高標準排放下污水處理廠運營的痛點和出路

高標準排放下污水廠運營的痛點與出路，主要從四個方面來分析。

1.外患第一點是監(jiān)管的壓力。

大家知道近兩年來的“環(huán)保風暴”，對于污水處理廠，包括整個環(huán)保行業(yè)的監(jiān)管壓力是空前的增加，新的《環(huán)保法》、“水十條”、按日計罰以及日趨嚴格的地方標準，壓力很大，另外一方面就是今年6月份要求污水廠加裝總氮、總磷的在線儀表，這種變化對于污水廠的運營影響還是比較大的，24小時的連續(xù)監(jiān)測對于精細化的控制要求提高了。再有一點就是環(huán)保的一瓢式監(jiān)管方式?？傮w來說，在監(jiān)管壓力增加的情況下，幾乎是資本的冬天，但同時也帶來了機遇，監(jiān)管嚴了，正是促進技術進步的一個外在的動力。

2.第二個外患是排放標準的問題。

排放標準主要從運營管理的角度來解讀地表四類給運營方面帶來的一些問題，以及高排放標準條件下的成本和技術的平衡點。

先講一下運營人員的狀態(tài)，在執(zhí)行二級標準的時候大家可以躺著干，幾乎不需要做太多的調整，實行一級標準的時候，包括一級A和一級B，我們的運營人員就要走起來了。到了地表水標準，不用干！為什么不用干了？因為咱們從指標上可以看一下，地表四類氨氮的指標是1.5，這里還要講一個叫需氧量，進水的需氧量因子，常規(guī)的生活污水進水假如COD300mg/L，氨氮40mg/L，COD需氧量按1:1計算，氨氮需氧量按5:1計算，兩個指標需氧量在500mg/L左右。也就是說在供氧總量在500的條件下，控制精度要到7，如果少了氨氮不達標，如果多給了會影響總氮和總磷的達標，所以說控制區(qū)間非常地狹窄，因此僅僅靠人的控制基本上是做不到這種要求了，那么人也就不用干了，要交給機器來干。

那么，高標準下幾大項指標會帶來什么新問題呢？

COD根據我們的經驗，生活污水COD達標是沒有問題的，之所以會出現達不到的情況，一般是混合了一定的工業(yè)廢水。BOD的指標一般是可以達到的，但BOD的高標準要求生化處理工藝要以O段結束，不能以A段結束。氨氮是對曝氣量非常敏感的指標，如果稍有不足，首先出現問題的就是氨氮指標，氨氮的高標準對自動控制水平提出了新要求，總氮是一個比較難的指標，總氮也被稱之為燒錢指標，總氮的高標準對工藝過程的智能化控制由選修課轉為必修課，在DO控制上偷的懶由碳源買單?？偭缀蛻腋∥镞@兩個指標一般比較容易達到，但也決定了高效沉淀和過濾成為標配。

3.第三個外患是低價競爭+支付風險。

在這里我們呼吁兩個精神，就是契約精神和工匠精神需要加強。另外在綜合以上這些外部的條件的壓力情況下，如果要實現高標準排放，唯一的出路就是要做到低成本，只有低成本才可持續(xù)。

二.接下來講一下技術背景，也就是內憂

這里，先說兩個概念。

一個叫碳源利用率，碳源利用率就是碳源用于脫氮、除磷的比例，碳的去向大概有三個方向，同化反應、與氧氣反應、與硝態(tài)氮反應。碳源與氧氣反應或者同化反應，對于碳源來說都是不利的，雖然做不到100%與硝態(tài)氮反應，但是要追求盡量高比例的碳源，于硝態(tài)氮的反應。

下面就用這兩個概念判斷一下目前提標改造常用的工藝是否符合要求。

1、AAO工藝及其改良工藝：碳源利用率低、總氮放棄率高。兩項都不合格

多級AO：避免了大量的內回流夾帶氧氣，碳源利用率較高，總氮放棄率高。這個工藝面臨一個問題就是配水的問題，第四點配水就會面臨總氮放棄率高的問題，第四點不配水需要外加碳源來補充，雖然可以把總氮降的很低，但是碳源利用率就低了，二者不能兼顧。

Bardenpho工藝：和多級AO最后一點不配水一樣，碳源利用率低，總氮放棄率低。

另外一個問題就是刻意追求SND，碳源浪費巨大。SND是一個非常偉大的發(fā)現，可能過去對它過度神化了。首先先說一下DO的概念，DO是什么，氧氣的輸入量減去氧氣的消耗量，剩下的溶解在水里是DO。也就是說你的供氧量大于它的消耗量才會產生溶解氧，即使DO小于0.2mg/L，只要你在曝氣，它仍然是一個不折不扣的好氧環(huán)境。所以在好氧環(huán)境下，碳源首先是和氧氣進行反應，浪費極大，利用率必然是低的。

2、運行管理的內憂：

我們目前雖然做了很多的工作，但是目前從各方面來看，對于溶解氧控制的重視程度還是不夠的，只考核COD、氨氮的運行模式：過量曝氣。成本高一些。增加總氮、總磷之后的運行模式：過量曝氣+投藥的方式。第三就是二沉池防止反硝化：反硝化需要什么條件，反硝化第一需要沒有氧，第二，需要有微生物，第三，需要碳源，第四，需要有硝態(tài)氮，二沉池具備幾個條件？可以說，二沉池目前在生物池末端的BOD都已經要求小于6了，實際可能也就2,3個，二沉池已經不具有碳源的條件，如果二沉池想發(fā)生反應的話，它的碳源需要污泥水解實現，但二沉池的污泥停留時間顯然是不夠水解需求的，所以這里要說一個情況，我們可以完全不用擔心二沉池發(fā)生反硝化反應，現在我們是地表四類、地表三類了，完全不用擔心這個問題，執(zhí)行二級標準的時候大家擔心是對的，新形勢下這種擔心是多余的。第四個就是大比例內回流。氧氣夾帶很嚴重，浪費了碳源。

三.第3大點分享一下我們創(chuàng)業(yè)環(huán)保在面對以上問題的解決方案

主要有3個方面，都源自運營，主體思路是以低成本實現高標準排放，3個方面分別是工藝設計優(yōu)化，運行控制優(yōu)化和設備運維優(yōu)化。工藝設計要求工藝不僅僅以可能達標為目的，同時還要考慮達到這一目的的成本，運行控制要更多的采用精細化和智能化的控制手段，那么智慧水務由選修課變成了必修課，設備運維方面要能夠對設備故障進行預判，前置維修保養(yǎng)，支撐工藝需求。

先講一下我們在工藝設計方面的改進

采用了側流強化多級AO工藝，這個側流并非水解，而是利用生態(tài)學原理，通過側流強化提高反硝化菌群的生長繁殖，提高其種群密度，并利用好氧、缺氧交替的環(huán)境，以及O段的低氧和內源呼吸抑制技術，促進反硝化酶系統(tǒng)的合成，提高反硝化速率。反硝化速率的提高一方面提高了缺氧段的反應效率，另一方面提高了好氧區(qū)發(fā)生同步硝化反硝化的比例，這里可以看出來SND不是不可用，而是要用對地方，該有的缺氧區(qū)還要有，這一工藝，碳源利用率高，同時總氮放棄率低，在不外加碳源的情況下，一般碳氮比條件下，理論TN去除率可以達到95%。

該工藝在紀莊子污水處理廠一個12萬噸每天的系列做進行生產性實驗效果也非常顯著，這是進水COD，BOD和TN的數據，可以看出B/C為0.5以上，B/N為2.99，C/N為5.78，TN平均49，屬于典型的生活水水質。

實驗同期對比另外一個21萬噸/天的普通多級AO工藝，通過九個月的對比發(fā)現在進水條件和管理人員完全一致的情況下，普通多級AO出水TN平均16.4，側流強化多級AO出水TN平均6.2。

可以看出該工藝在常規(guī)條件下比普通多級AO可以多去除10個左右的TN，由于更多的硝態(tài)氮參與了氧化，曝氣量也更少，10個TN節(jié)約的碳源成本大約是一噸水3毛錢，效果是很顯著的。基本在工藝設計上做到了低成本達到高標準要求。

下面第二個優(yōu)化方向就是智慧水務

我們所認為的智慧水務有三個階段，就像一個人，分為骨架，肉體和靈魂三個層次，骨架階段就是搭建基本的通訊通道，建立工業(yè)以太網，實現數據采集和遠程開關控制，智慧水務的肉體就是現在比較火的大數據分析，數據模型分析以及基于專家診斷系統(tǒng)包括WEB端和移動APP監(jiān)控等，那么以上這些都只是把數據進行了采集和分析，這些數據究竟怎么樣才能為水質達標和降低成本發(fā)揮作用呢，那就需要第三個層次，也就是我們說的靈魂階段，我們認為智慧水務的靈魂就是關鍵工藝環(huán)節(jié)的智能化控制，將人的控制策略交給機器來執(zhí)行，通過對有效數據的利用實現自動調整，達到節(jié)能和增效的作用，這才是智慧水務的落腳點和存在價值。

我們目前對配水量，曝氣量，曝氣量又分為曝氣分量和曝氣總量，以及污泥量，加藥量等采用模糊控制的方法，以接近人類思維的模式對關鍵參數進行調整，通過多因子周期性的步幅調整，按照不同的權重因子抓大放小，使得控制值自動無限趨近與合理區(qū)間，避開了大量的公式計算，對水質水量變化的應對能力更強，以模糊的手段獲得了精確的結果，因為和人類的思維模式很接近，這種控制方式也稱為工藝管理機器人。

以曝氣量智能控制為例，系統(tǒng)投入使用前出水氨氮和生物池DO變化都比較大，系統(tǒng)投入使用后運行曲線則非常平穩(wěn)，既防止了過量曝氣，又促進了氨氮的穩(wěn)定達標，避免過量曝氣同時也促進了總氮總磷的去除效果，提高了工藝對碳源的利用率，降低了加藥成本。

根據實際運行統(tǒng)計，節(jié)約電耗和藥號可達到噸水約1毛錢，同時模糊控制的方式降低了對儀表完好率和準確度的要求，允許儀表的誤差和正常維修，這一點反過來大幅度提高了系統(tǒng)本身運行的穩(wěn)定性。

第三個方面是設備運維的優(yōu)化

再好的工藝和控制手段都離不開正常的設備支持，如果設備壞了或者維修周期特別長一切也都是空談，對于設備運維我們以前大多采用救火式維修，也就是等設備壞了才修，維修周期還很長，實際上設備壞之前都會有預兆，有經驗的維修師傅可以根據設備聲音，振動，電流，發(fā)熱量等方面對設備狀態(tài)做出預判，我們所做的全生命周期設備運維管理就是將人的經驗通過一系列的探頭和數據采集分析判斷來表達出來，從而自動判斷設備健康狀態(tài)，給出風險預警，進行預防性維修，即可以縮短維修周期又能夠延長設備使用壽命，對工藝運行提供有力支持！

這些優(yōu)化措施同時作用，在達到準四類標準的情況下，總計可節(jié)約噸水0.3-0.5元的成本，如果這些技術應用到全國的污水處理廠，按照每天2億噸污水計算，每天節(jié)約的成本量將達到0.6-1億元，成本節(jié)約量將非常可觀。只有做到低成本達標高標準排放才可持續(xù)。