我今天給大家匯報的題目是高標準排放下污水廠運營的痛點與出路。主要從四個方面介紹。首先從行業(yè)背景和技術(shù)背景方面談一下提標改造的內(nèi)憂和外患。

首先說一下行業(yè)背景，就是外患。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。總體來說，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(shù)進步的一個外在的動力。

第二個外患是排放標準的問題。排放標準我主要從運營管理的角度來解讀一下地表四類給我們帶來的運營方面的一些問題以及高排放標準條件下的成本和技術(shù)的平衡點。先講一下我們運營人員的狀態(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(diào)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，不能躺著干了。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。

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(xiàn)高標準排放，唯一的出路就是要做到低成本，這是我們的觀點，只有低成本才可持續(xù)。

下面講一下技術(shù)背景，也就是內(nèi)憂。在說之前，先說兩個概念，一個叫碳源利用率，我在去年的時候也說過這個概念，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(yīng)、與氧氣反應(yīng)、與硝態(tài)氮反應(yīng)。碳源與氧氣反應(yīng)或者同化反應(yīng)，對于碳源來說都是不利的，雖然做不到100%與硝態(tài)氮反應(yīng)，但是要追求盡量高比例的碳源，于硝態(tài)氮的反應(yīng)。另外一個叫總氮放棄率，總氮放棄率是什么概念呢，就是在假設(shè)碳源無限充足的情況下，我們得工藝仍然無法去除的總氮。

比如說AAO工藝，通過內(nèi)回流和外回流將硝化液拉回缺氧區(qū)，內(nèi)回流比200%，外回流比100%的情況下，將有25%的TN通過二沉池出水排出，前面加再多的碳源這些TN也是去除不掉的，這就是TN的放棄率。

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(nèi)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(xiàn)，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(chǎn)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(yīng)，浪費極大，利用率必然是低的。

2、運行管理的內(nèi)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(jīng)要求小于6了，實際可能也就2,3個，二沉池已經(jīng)不具有碳源的條件，如果二沉池想發(fā)生反應(yīng)的話，它的碳源需要污泥水解實現(xiàn)，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(yīng)，現(xiàn)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(nèi)回流。氧氣夾帶很嚴重，浪費了碳源。

運行管理的其他問題，例如設(shè)備維修，我們現(xiàn)在設(shè)備維修基本上處在設(shè)備壞了才會修，很難做到預(yù)防工作，另外水量水質(zhì)波動大，上游偷排成本低，一瓢式監(jiān)管變相進一步提高了對出水水質(zhì)的要求，常規(guī)自動控制技術(shù)過渡以來儀表的準確度和完好率，一個污水廠有數(shù)百臺儀表，不可能同時都是好的，都準確，過高的要求反倒帶來自身運行不穩(wěn)定的問題，這一點需要突破，還有一點就是精細化管理只能掛在嘴上，因為缺乏行之有效的手段，所以只能喊喊口號。

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(xiàn)高標準排放，3個方面分別是工藝設(shè)計優(yōu)化，運行控制優(yōu)化和設(shè)備運維優(yōu)化。工藝設(shè)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(wù)由選修課變成了必修課，設(shè)備運維方面要能夠?qū)υO(shè)備故障進行預(yù)判，前置維修保養(yǎng)，支撐工藝需求。

先講一下我們在工藝設(shè)計方面的改進，采用了側(cè)流強化多級AO工藝，這個側(cè)流并非水解，而是利用生態(tài)學原理，通過側(cè)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(nèi)源呼吸抑制技術(shù)，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(yīng)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(chǎn)性實驗效果也非常顯著，這是進水COD，BOD和TN的數(shù)據(jù)，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(zhì).

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(xiàn)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(cè)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(shè)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(wù)，我們所認為的智慧水務(wù)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(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和遠程開關(guān)控制，智慧水務(wù)的肉體就是現(xiàn)在比較火的大數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)進行了采集和分析，這些數(shù)據(jù)究竟怎么樣才能為水質(zhì)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(wù)的靈魂就是關(guān)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(shù)據(jù)的利用實現(xiàn)自動調(diào)整，達到節(jié)能和增效的作用，這才是智慧水務(wù)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(guān)鍵參數(shù)進行調(diào)整，通過多因子周期性的步幅調(diào)整，按照不同的權(quán)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(zhì)水量變化的應(yīng)對能力更強，以模糊的手段獲得了精確的結(jié)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(jù)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(shè)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(shè)備支持，如果設(shè)備壞了或者維修周期特別長一切也都是空談，對于設(shè)備運維我們以前大多采用救火式維修，也就是等設(shè)備壞了才修，維修周期還很長，實際上設(shè)備壞之前都會有預(yù)兆，有經(jīng)驗的維修師傅可以根據(jù)設(shè)備聲音，振動，電流，發(fā)熱量等方面對設(shè)備狀態(tài)做出預(yù)判，我們所做的全生命周期設(shè)備運維管理就是將人的經(jīng)驗通過一系列的探頭和數(shù)據(jù)采集分析判斷來表達出來，從而自動判斷設(shè)備健康狀態(tài)，給出風險預(yù)警，進行預(yù)防性維修，即可以縮短維修周期又能夠延長設(shè)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(shù)應(yīng)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)，我們的提標改造研討會現(xiàn)在開到了第二屆，還能不能開第三屆第四屆甚至更多界，就要依托更多的技術(shù)創(chuàng)新來實現(xiàn)低成本高標準排放的目標，才能繼續(xù)開下去。

最后給大家分享一下我們還在研究的幾個方向，還沒有用到實際生產(chǎn)運行中，一是工藝參數(shù)模擬與專家診斷預(yù)警，二是基于電網(wǎng)峰谷平電價的進水泵優(yōu)化控制策略，三是基于物聯(lián)網(wǎng)的小型一體化農(nóng)村廢水處理站，四是二沉池運行效果優(yōu)化技術(shù)，五是人造顆粒污泥。