污水處理與升級(jí)改造六項(xiàng)顛覆性技術(shù)
2016年12月8日-9日，第十一屆中國(guó)城鎮(zhèn)水務(wù)發(fā)展國(guó)際研討會(huì)與新技術(shù)設(shè)備博覽會(huì)在廣州白云國(guó)際會(huì)議中心盛大開幕。研討會(huì)就中國(guó)時(shí)下水務(wù)發(fā)展?fàn)顩r、目標(biāo)、相關(guān)政策及實(shí)施等問題進(jìn)行深入和全方位的探討，平行舉辦的分論壇對(duì)行業(yè)內(nèi)最前沿、最核心的理念和技術(shù)進(jìn)行了研討和展示。
2016年12月9日下午，尚川(北京)水務(wù)有限公司特別顧問、中國(guó)人民大學(xué)低碳水環(huán)境技術(shù)研究中心主任王洪臣教授在“污水處理與升級(jí)改造”分論壇作了精彩發(fā)言，對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠目前運(yùn)營(yíng)過程中存在的問題與未來面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行了全面剖析，并重點(diǎn)介紹了六項(xiàng)污水處理廠運(yùn)營(yíng)優(yōu)化的顛覆性技術(shù)。
王洪臣教授指出，我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理事業(yè)在“十一五”和“十二五”時(shí)期快速發(fā)展，日處理能力已高達(dá)1.62億立方米，超過了美國(guó)1.25億立方米的處理能力，但是運(yùn)營(yíng)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍然差距較大，主要體現(xiàn)在出水水質(zhì)不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，并且能耗物耗過高。在目前污水處理廠建設(shè)的基礎(chǔ)上，通過現(xiàn)有設(shè)施的優(yōu)化運(yùn)營(yíng)，耦合新型的優(yōu)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)出水水質(zhì)提升、能耗物耗降低的潛力非常大。
針對(duì)我國(guó)污水處理廠普遍存在設(shè)備效率偏低、過程監(jiān)察模糊、需求響應(yīng)機(jī)制未完全建立、工藝流程不合理等問題，王洪臣教授提出了六項(xiàng)污水處理廠提標(biāo)提效顛覆性技術(shù)：
(1)新型高分子彈性體曝氣器
曝氣系統(tǒng)是污水處理廠能耗最高的單元，占全廠能耗的50-70%;而曝氣器是曝氣系統(tǒng)中最關(guān)鍵的設(shè)備，投資只占到污水處理廠的0.5%以下。目前曝氣器采用陶瓷和橡膠兩個(gè)大類，但是普遍存在充氧性能差、易堵塞、壽命短等問題，導(dǎo)致水廠運(yùn)行效率低、能耗偏高，造成的經(jīng)濟(jì)損失遠(yuǎn)超曝氣器本身的投資。因此提高曝氣器品質(zhì)，對(duì)于水廠效益的提高至關(guān)重要。未來污水處理廠選用的曝氣器應(yīng)該具備以下三個(gè)特征：
長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定(不撕裂、不老化、不結(jié)垢、不漏氣、壽命長(zhǎng));
充氧性能高(OTE、OTR、AE等充氧指標(biāo)高);
調(diào)節(jié)品質(zhì)好(充氧效率對(duì)曝氣量敏感性差)。
新型高分子彈性體曝氣器克服了目前曝氣器存在的缺點(diǎn)，同時(shí)具備以上三個(gè)特征，能夠大幅提高水廠曝氣系統(tǒng)的運(yùn)行效率，并且提高處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
(2)新型污水處理過程監(jiān)測(cè)儀表
我國(guó)水廠的運(yùn)行工程師對(duì)污水處理過程的監(jiān)控能力有限，主要原因是可使用的監(jiān)測(cè)工具非常少，除了污泥濃度計(jì)、溶解氧儀做參考外，其他運(yùn)營(yíng)過程基本處于黑箱操作狀態(tài)。比耗氧速率在線測(cè)定儀和工藝狀態(tài)曝氣綜合充氧性能測(cè)定儀的使用為水廠運(yùn)行人員打開了全新的窗口�；钚晕勰啾群难跛俾�(Specific Oxygen Uptake Rate，SOUR)是單位時(shí)間內(nèi)單位質(zhì)量的活性污泥所消耗氧氣的量，反映了微生物的活性;工藝狀態(tài)曝氣綜合充氧性能測(cè)定儀可以直接測(cè)定工藝狀態(tài)下曝氣系統(tǒng)的實(shí)際氧轉(zhuǎn)移效率(Oxygen Transfer Efficiency, OTE)和區(qū)域曝氣量。通過這兩臺(tái)新型過程監(jiān)測(cè)儀表，水廠人員可準(zhǔn)確獲得活性污泥生化系統(tǒng)的性能狀況和曝氣系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，從而進(jìn)行科學(xué)、及時(shí)的運(yùn)行調(diào)控。
(3)曝氣極限控制策略
目前曝氣控制系統(tǒng)普遍采用DO反饋耦合數(shù)學(xué)模型的策略，存在控制滯后、調(diào)控精度低等問題。曝氣極限控制策略按照“按需供氣”的原則，采用了OUR前饋的控制邏輯，將曝氣系統(tǒng)供氧量與微生物需氧量進(jìn)行了精準(zhǔn)匹配。與傳統(tǒng)的精確曝氣相比，可以實(shí)現(xiàn)精度高、無滯后的曝氣控制，可最大程度地達(dá)到曝氣系統(tǒng)的節(jié)能。
(4)溶解氧科學(xué)管理系統(tǒng)
在污水好氧生物處理工藝中，溶解氧是最重要的狀態(tài)指標(biāo)之一。很多污水處理廠氨氮、總氮等不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，與厭氧區(qū)、缺氧區(qū)以及好氧區(qū)的溶解氧失衡、功能紊亂密切相關(guān)。因此將溶解氧科學(xué)管理起來，即是水廠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的需要，也是節(jié)能降耗的需要。溶解氧科學(xué)管理系統(tǒng)以新型的過程監(jiān)測(cè)技術(shù)與臨界氧傳質(zhì)-反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型為手段，通過對(duì)生化反應(yīng)池污泥特性和曝氣系統(tǒng)性能的綜合測(cè)定，核算針對(duì)不同污染物降解和不同生化反應(yīng)階段的最佳曝氣量和攪拌量，從而在不影響污泥懸浮的前提下，使生化池不同功能區(qū)達(dá)到最適溶解氧水平，避免溶氧錯(cuò)位，保證水廠穩(wěn)定高效運(yùn)行。
(5)新型二沉池回流比控制技術(shù)
目前水廠二沉池的回流比普遍較高，不僅造成能量的大量浪費(fèi)，也導(dǎo)致了前端生化池實(shí)際水力停留時(shí)間偏少，影響處理效果。傳統(tǒng)的運(yùn)行只考慮二沉池的澄清能力，并沒有挖掘濃縮潛力。新型的二沉池回流比控制技術(shù)基于流態(tài)模擬技術(shù)和回流污泥濃度預(yù)測(cè)模型，不僅可以優(yōu)化二沉池流態(tài)，提高二沉池濃縮性能，降低回流比，而且能增加曝氣池生物量，從而使生化系統(tǒng)的污染物降解能力得到強(qiáng)化。
(6)SSGO三相秒分技術(shù)
我國(guó)90%的污水處理廠未設(shè)初沉池，并且沉砂池對(duì)0.1 mm以下的沙粒去除效率不高，這就導(dǎo)致后續(xù)生化單元負(fù)荷過高，能量大量消耗，并且泥渣砂的沉積導(dǎo)致池容減少，后續(xù)設(shè)備損壞嚴(yán)重。而在水廠的提標(biāo)改造過程中，又因初沉池占地面積較大而使改造設(shè)計(jì)難以實(shí)現(xiàn)。SSGO三相秒分技術(shù)能夠在秒級(jí)別的時(shí)間內(nèi)快速去除污水中泥渣砂油，并且占地面積小，處理萬噸水/天占地僅12 m2，運(yùn)行能耗0.03 kwh/m3，可高效降低后續(xù)處理工藝負(fù)荷。另外對(duì)于沒有足夠土地?cái)U(kuò)建二沉池的水廠，該技術(shù)還可用于替代二沉池，幫助水廠快速實(shí)現(xiàn)泥水分離。SSGO可實(shí)現(xiàn)污水處理廠的提標(biāo)擴(kuò)容與本質(zhì)節(jié)能，是未來提標(biāo)提效改造的核心技術(shù)。
王教授的演講引起參會(huì)者強(qiáng)烈反響，特別是對(duì)新型曝氣器、活性污泥生化反應(yīng)過程監(jiān)測(cè)儀表、SSGO三相秒分技術(shù)等顛覆性技術(shù)有著濃厚興趣。王洪臣教授認(rèn)真聽取與會(huì)者提問并逐一解答，并希望與大家共同努力，促進(jìn)我國(guó)污水處理運(yùn)營(yíng)水平的優(yōu)化升級(jí)。
“污水處理與升級(jí)改造”分論壇由中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院總工程師鄭興燦主持，北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院總工程師黃鷗，國(guó)際水協(xié)大中華區(qū)總監(jiān)、北京北排裝備產(chǎn)業(yè)有限公司總經(jīng)理高瓊等也都作了精彩演講。污水處理廠的提標(biāo)提效和運(yùn)營(yíng)優(yōu)化關(guān)系著關(guān)系著企業(yè)的生存，也關(guān)系著我國(guó)水環(huán)境的改善。尚川水務(wù)為未來污水處理的提標(biāo)提效改造制定了一幅清晰的技術(shù)路線圖，希望通過今后不斷地努力和創(chuàng)新，引領(lǐng)行業(yè)向前發(fā)展。