盡管還未有正式消息出臺(tái)，但“十二五”氨氮控制已經(jīng)箭在弦上。為此，現(xiàn)有城市污水處理廠需要大幅提高脫氮除磷能力，進(jìn)行升級(jí)改造。其中，北京、江蘇等地已經(jīng)以一級(jí)A為目標(biāo)開(kāi)始對(duì)污水處理廠進(jìn)行升級(jí)改造。
從各地實(shí)踐和專(zhuān)家研究來(lái)看，影響污水處理廠脫氮除磷效果的，不僅包括仍然不甚完美的工藝，工業(yè)廢水、管網(wǎng)、水溫等現(xiàn)實(shí)因素更不可忽視。面對(duì)城鎮(zhèn)生活污水處理廠升級(jí)改造應(yīng)該選擇什么技術(shù)路線、如何確保成本可控、水質(zhì)達(dá)標(biāo)等問(wèn)題，各地仍在探索中。不少業(yè)內(nèi)專(zhuān)家指出，升級(jí)改造要優(yōu)先考慮現(xiàn)有工藝的優(yōu)化完善調(diào)整，有效提升運(yùn)行管理水平，讓原有設(shè)備充分發(fā)揮潛能，切實(shí)提高脫氮除磷的能力和效率。
為什么氨氮難去除？
先天碳源不足，現(xiàn)有工藝對(duì)總氮去除有難度
中國(guó)環(huán)境規(guī)劃院副院長(zhǎng)吳舜澤曾經(jīng)總結(jié)說(shuō):“就運(yùn)行來(lái)說(shuō)，一些工業(yè)企業(yè)缺乏深度治理設(shè)施，且運(yùn)行管理不到位，無(wú)法穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。而早期建設(shè)的城市生活污水處理廠不具備脫氮除磷的功能，迫切需要進(jìn)行提標(biāo)改造。不少污水處理廠污水管網(wǎng)不配套，運(yùn)行負(fù)荷率低，運(yùn)行水平低下、污水處理費(fèi)征收不足、監(jiān)管不力等因素也影響實(shí)際處理效果，這些都使我國(guó)目前氨氮去除效率總體較低。”
而在各地進(jìn)行的污水處理廠提標(biāo)改造實(shí)踐也證明，不少“先天不足”的因素增加了脫氮除磷的難度。國(guó)家城市給水排水工程技術(shù)研究中心總工程師鄭興燦認(rèn)為，一些客觀的非技術(shù)因素先天決定了氨氮控制特別是脫氮的困難。他在第四屆水業(yè)高級(jí)技術(shù)論壇上指出，由于我國(guó)城鎮(zhèn)污水水質(zhì)水量變化較大、污水碳氮比普遍偏低、進(jìn)水無(wú)機(jī)懸浮固體普遍偏高，再加上低水溫和工業(yè)廢水的影響，要想持續(xù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)比較難。
他同時(shí)指出，相對(duì)于除磷，現(xiàn)有污水處理廠工藝中對(duì)氮的去除較為局限，只能通過(guò)生物反硝化過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。而強(qiáng)化生化反應(yīng)、化學(xué)除磷、增加深度處理等傳統(tǒng)方式在去除懸浮物、有機(jī)物及磷方面效果較為顯著，但對(duì)于總氮穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)則頗有難度，“尤其是在進(jìn)水存在碳源不足的污水處理廠”。
清華大學(xué)環(huán)境工程系教授施漢昌指出，我們面臨的一個(gè)先天難題就是城鎮(zhèn)污水的碳氮比普遍偏低，導(dǎo)致總氮去除效果不理想。“(污水)沒(méi)有達(dá)到歐美國(guó)家的碳源濃度，這和目前的管網(wǎng)設(shè)施缺陷是有關(guān)系的。比如現(xiàn)有的污水管網(wǎng)一般會(huì)受到雨水以及地下水的影響，導(dǎo)致碳氮比較低。”
而在江蘇提標(biāo)改造中，冬季水溫低和工業(yè)排放的問(wèn)題已經(jīng)顯現(xiàn)。談到升級(jí)改造中遇到的困難，無(wú)錫市排水總公司副總經(jīng)理李激表示，碳源不足和冬天硝化問(wèn)題是無(wú)錫市乃至全國(guó)城市污水處理廠生物脫氮面臨的棘手問(wèn)題。特別是華東地區(qū)以及長(zhǎng)江三角洲地區(qū)冬季地表溫度低，溫度常常只有10℃左右，嚴(yán)重影響污水處理效果。
北京路線和江蘇方法
脫氮還需研發(fā)經(jīng)濟(jì)可行的高效技術(shù)
與江蘇省污水處理廠提標(biāo)改造技術(shù)大攻關(guān)的“熱鬧”相比，北京污水處理廠提標(biāo)改造工作低調(diào)但穩(wěn)步推進(jìn)。北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院總工程師李藝介紹說(shuō)，因?yàn)槌鞘袠O度缺水，北京市水務(wù)局早就提出了北京市污水需要全部回用的工作目標(biāo)。這是污水處理廠提標(biāo)改造非常緊迫的現(xiàn)實(shí)需要。
據(jù)李藝介紹，為滿足回用要求，北京污水處理廠升級(jí)改造的水質(zhì)目標(biāo)更高，“在各項(xiàng)指標(biāo)上都嚴(yán)格于一級(jí)A”。他表示:“我們提標(biāo)改造的基本原則是不新增建設(shè)用地，盡量利用現(xiàn)有設(shè)施；工程投資和運(yùn)行費(fèi)用合理；運(yùn)行方式要相對(duì)靈活，保證升級(jí)后處理廠要連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。”
為此，北京較早確定了升級(jí)改造的兩條技術(shù)路線:一是將現(xiàn)有污水處理廠改造或新建膜生物反應(yīng)器MBR＋臭氧脫色工藝；二是保留(部分改造)污水處理廠設(shè)施＋曝氣生物濾池(BAF)＋過(guò)濾＋臭氧脫色工藝。
“加裝脫氮除磷裝置，運(yùn)行效果確實(shí)能達(dá)標(biāo)，可是費(fèi)用太高了，不能被廣泛接受。”不少專(zhuān)家都坦言，無(wú)論是江蘇的經(jīng)驗(yàn)還是北京的技術(shù)路線，都并非放之四海而皆準(zhǔn)，有其適用范圍和條件。
施漢昌在比較目前各主流脫氮除磷工藝的特點(diǎn)和運(yùn)行后表示，目前來(lái)看，每種脫氮技術(shù)和工藝都有其特點(diǎn)和不足，以及最佳的適用條件，還沒(méi)有在經(jīng)濟(jì)性和效果上都特別好的技術(shù)，“我國(guó)氨氮污染呈現(xiàn)點(diǎn)多、面廣、量大的特點(diǎn)，需要更加經(jīng)濟(jì)高效的氨氮處理技術(shù)。”
在常規(guī)污水處理廠工藝改造的基礎(chǔ)上，增加反硝化處理反應(yīng)，特別是增加反硝化生物濾池等固定生物膜反應(yīng)器和反硝化膜反應(yīng)器(DNMBR)，這是曾被不少業(yè)內(nèi)人士追捧的脫氮新工藝。但作為一項(xiàng)登陸中國(guó)不久的工藝，它還存在著許多需要解決的技術(shù)問(wèn)題，比如投資的經(jīng)濟(jì)性、外加碳源的選擇、與原有工藝的協(xié)調(diào)運(yùn)營(yíng)控制、回流減少對(duì)原有工藝負(fù)荷的影響、如何有效控制二沉池溶氧濃度等等。
李藝曾反復(fù)強(qiáng)調(diào)，雖然他推薦新建擴(kuò)建項(xiàng)目采用MBR工藝，但這種技術(shù)對(duì)中國(guó)而言還在摸索。“我不建議在大型(10萬(wàn)噸以上規(guī)模)污水處理廠全部使用這種工藝。全部使用這種工藝有風(fēng)險(xiǎn)，運(yùn)行不安全；能耗高，平均噸能耗達(dá)到0.8度電。”
鄭興燦指出，現(xiàn)在有很多企業(yè)認(rèn)為膜分離技術(shù)可以達(dá)到更高的排放標(biāo)準(zhǔn)，其實(shí)基于成本、技術(shù)等多方面原因，這是具有一定困難的。“我認(rèn)為，膜分離技術(shù)只是現(xiàn)行污水處理的環(huán)節(jié)之一，生物除磷脫氮技術(shù)還是不可或缺的。”
完善工藝優(yōu)化運(yùn)營(yíng)
不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放關(guān)鍵是缺少工藝優(yōu)化
施漢昌對(duì)大型城市污水處理廠一級(jí)A提標(biāo)改造推薦的工藝主要是A2/O工藝與氧化溝工藝。“通過(guò)升級(jí)改造，提高運(yùn)行人員素質(zhì)，可有效提高工藝處理能力。但升級(jí)改造投資大，在資源有限時(shí)，對(duì)升級(jí)改造的標(biāo)準(zhǔn)、范圍需要有所選擇。”
現(xiàn)在不少污水處理廠一說(shuō)提標(biāo)，就跨越式上MBR等投資大且耗能高的工藝。在人民大學(xué)環(huán)境學(xué)院副院長(zhǎng)王洪臣看來(lái)，這是很令人惋惜的。“缺少工藝優(yōu)化是目前很多污水處理廠不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放的重要原因，目前優(yōu)化空間還很大。”
王洪臣說(shuō)，任何一套脫氮除磷系統(tǒng)實(shí)際上都具有較大的優(yōu)化運(yùn)營(yíng)空間，因此面對(duì)目前普遍的一級(jí)B升一級(jí)A的調(diào)整(總氮指標(biāo)從20mg/L調(diào)整到15mg/L)，應(yīng)該首先優(yōu)化現(xiàn)有的運(yùn)行工藝，而不是一味的增加曝氣生物池或者生化池等單元處理，增大投資、增加運(yùn)行費(fèi)用。
污水處理廠的工藝從來(lái)不是一成不變的，而運(yùn)營(yíng)管理的重點(diǎn)就是根據(jù)不同水質(zhì)的變化調(diào)整完善工藝。王洪臣認(rèn)為，在運(yùn)營(yíng)優(yōu)化或提標(biāo)改造中，應(yīng)優(yōu)先考慮采用A2/O的各種變型工藝，降低改造幅度和難度。然后根據(jù)要求，進(jìn)一步可采用MBBR或IFAS等填料活性污泥工藝。當(dāng)要求超深度脫氮除磷時(shí)，再考慮采用硝化濾池和反硝化濾池工藝。
定性到定量粗放到精細(xì)
污水處理廠運(yùn)行要求更高
“目前國(guó)內(nèi)污水處理廠普遍存在的問(wèn)題是，相對(duì)于高標(biāo)準(zhǔn)的脫氮除磷要求，缺氧段時(shí)間短了。”王洪臣指出，要做到高效脫氮除磷，需要核算控制的指標(biāo)是較為復(fù)雜的。
比如為保證足夠的碳源且實(shí)現(xiàn)成本控制，任何脫氮系統(tǒng)都要?jiǎng)討B(tài)核算脫氮的需求是否充分，在此基礎(chǔ)上決定是否需要增加外部碳源。而厭氧和缺氧階段，溶解氧和氧化還原電位兩個(gè)指標(biāo)，硝化速率、反硝化速率、吸磷速率、釋磷速率要符合一定的要求，必須認(rèn)真定時(shí)檢測(cè)。同時(shí)，厭氧、缺氧、好氧階段都要確保足夠的停留時(shí)間和優(yōu)化分配。“截至目前，沒(méi)有污水處理廠將上述4個(gè)速率作為日常工作。我國(guó)現(xiàn)有的高度定性運(yùn)行管理水準(zhǔn)距離上述高效脫氮除磷還很遙遠(yuǎn)。”
事實(shí)上，我國(guó)2000多座污水處理廠基本上都在進(jìn)行脫氮除磷，但普遍效率不高。正如吳舜澤所言，我國(guó)絕大部分污水處理廠缺乏控制氨氮的有效手段，硝化效果的有無(wú)很大程度上是依賴于自然界春夏秋冬的自然更替，部分污水處理廠提高硝化的效果僅僅是簡(jiǎn)單地減少排泥或者增加曝氣量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到優(yōu)化運(yùn)行的效果。
不少業(yè)內(nèi)專(zhuān)家指出，隨著污水處理廠提標(biāo)改造范圍的不斷擴(kuò)大，產(chǎn)業(yè)相關(guān)各環(huán)節(jié)也將面臨新的挑戰(zhàn)。對(duì)于環(huán)境工程企業(yè)來(lái)說(shuō)，提標(biāo)改造要求企業(yè)掌握建設(shè)、安裝和調(diào)試更高更復(fù)雜設(shè)備設(shè)施的能力；對(duì)于污水處理運(yùn)營(yíng)企業(yè)來(lái)說(shuō)，提標(biāo)改造要求污水處理廠投運(yùn)后，企業(yè)改變以往“高定性”式的運(yùn)行，而采取“高定量”管理和監(jiān)控，使得投入和運(yùn)營(yíng)都更加經(jīng)濟(jì)、節(jié)能。
對(duì)此，施漢昌強(qiáng)調(diào)，要做到一級(jí)A的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，需要大幅度提高污水處理廠管理運(yùn)行的技術(shù)水平和智能控制水平，同時(shí)，應(yīng)大力加強(qiáng)對(duì)污水處理廠運(yùn)行人員的技術(shù)培訓(xùn)。
而江蘇省的實(shí)踐證明，當(dāng)城鎮(zhèn)污水處理廠設(shè)備能力和運(yùn)行參數(shù)存在一定可供調(diào)節(jié)的空間時(shí)，可通過(guò)提高溶解氧濃度、延長(zhǎng)污泥齡、降低污泥負(fù)荷等方法強(qiáng)化生物硝化能力；同時(shí)還可通過(guò)控制溶解氧、投加碳源、加大回流比和延長(zhǎng)反硝化時(shí)間方法強(qiáng)化反硝化，從而減弱低溫對(duì)生物脫氮的影響，使NH3－N和TN穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。
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