【www.www.hrystdyf.com武漢純水設(shè)備】隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加速以及水污染問題的日益突出，我國城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施近十多年來持續(xù)高速建設(shè)。目前，全國共建成并投入運(yùn)營4000多座城鎮(zhèn)污水處理廠，日總污水處理規(guī)模超過2億m3，約占全球總污水處理規(guī)模的1/5。20多萬名污水處理從業(yè)人員在一線日夜運(yùn)營維護(hù)，大量基層執(zhí)法人員動(dòng)態(tài)嚴(yán)格監(jiān)管，對(duì)保護(hù)水環(huán)境發(fā)揮著決定性作用，他們是控制水污染的主力軍。如果不建設(shè)這些設(shè)施，如果不能保障已建成的這些設(shè)施持續(xù)運(yùn)營，我們的水環(huán)境狀況將無法想象。
城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施運(yùn)營可分為兩個(gè)層次：一是正常穩(wěn)定運(yùn)營，也就是在正常工況下持續(xù)實(shí)現(xiàn)污水處理功能；二是可持續(xù)運(yùn)營，在正常穩(wěn)定運(yùn)營的基礎(chǔ)上，通過節(jié)能降耗以及資源回收利用，降低運(yùn)營成本并同時(shí)降低總碳排放量。武漢工業(yè)純水處理設(shè)備目前，一大批設(shè)施的運(yùn)營既不正常也不穩(wěn)定，不同程度地面臨運(yùn)營困境，幾乎所有設(shè)施都偏離了可持續(xù)運(yùn)營理念。為保障城鎮(zhèn)污水處理廠正常高效運(yùn)營，充分發(fā)揮環(huán)境效益，全行業(yè)應(yīng)關(guān)注城鎮(zhèn)污水處理廠運(yùn)營困境，分析導(dǎo)致運(yùn)營困境的原因，共同探尋解決之道。
1城鎮(zhèn)污水處理廠目前有哪些主要運(yùn)營困境
我們調(diào)研了全國467座城鎮(zhèn)污水處理廠5月份的運(yùn)行工況，發(fā)現(xiàn)困擾正常穩(wěn)定運(yùn)營并同時(shí)干擾可持續(xù)運(yùn)營的問題主要有3個(gè)：一是活性污泥問題，二是能耗高與物耗過高，三是水量超負(fù)荷與設(shè)備欠維護(hù)。這467座處理廠日總設(shè)計(jì)處理規(guī)模約4 500萬m3，約占全行業(yè)總規(guī)模的1/4，覆蓋了除西藏以外的全部省市和自治區(qū)。分析調(diào)研5月份的運(yùn)行工況，可基本排除降水和低溫等自然因素的影響。
1.1能耗高與物耗過高
全行業(yè)單位水能耗與國外基本相當(dāng)，但單位污染物能耗則遠(yuǎn)高于西方國家，這與我國污水處理廠進(jìn)水污染物濃度偏低有關(guān)，前述活性污泥問題也是導(dǎo)致高電耗的重要原因。當(dāng)前，為實(shí)現(xiàn)氮磷達(dá)標(biāo)，不惜一切代價(jià)，過度投加大量化學(xué)藥劑，成為污水處理廠運(yùn)營的又一突出問題。為降低總氮普遍大量投加外購碳源，為降低總磷大量投加無機(jī)混凝劑，一些污水處理廠為控制污泥流失還直接往二沉池投加絮凝劑。雖未統(tǒng)計(jì)出準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，但許多污水處理廠藥劑費(fèi)超過電費(fèi)躍升為第一大成本要素，一些水務(wù)公司的運(yùn)行經(jīng)營難以為繼。大量藥劑的投加，除大大提高了運(yùn)營成本，還導(dǎo)致污泥產(chǎn)量明顯增加，進(jìn)一步加重了污泥處理處置的困難。污水處理本應(yīng)是個(gè)污染物減量過程，但實(shí)際卻變成大量物料的增加，嚴(yán)重偏離了可持續(xù)運(yùn)營的理念和目標(biāo)。
實(shí)踐中，外加碳源量要滿足兩個(gè)需求：一是部分污水處理廠進(jìn)水碳源不足，客觀上需要補(bǔ)充碳源；二是用于消氧，消耗掉大量通過內(nèi)回流帶入缺氧區(qū)的溶解氧，滿足反硝化要求。許多污水處理廠進(jìn)水碳源并不缺乏，投加碳源只是用于消耗缺氧區(qū)過量的溶解氧。絕大部分污水處理廠缺氧區(qū)太短、反硝化時(shí)間不足，加上污泥中活性比例太低、反硝化菌群的數(shù)量也不足，綜合導(dǎo)致反硝化效果很差，而大量投加優(yōu)質(zhì)碳源，可提高反硝化速率，彌補(bǔ)反硝化時(shí)間和反硝化菌群數(shù)量的不足。由于以上原因，大量投加外碳源就成為提高反硝化能力的一條捷徑。另外，監(jiān)管普遍采用瞬時(shí)取樣方法，大大提高了脫氮要求，進(jìn)一步增大了碳源投加量。
過量投加化學(xué)除磷藥劑的主要原因是生物除磷機(jī)制的失敗。當(dāng)脫氮效果不佳時(shí)，外回流帶回厭氧區(qū)的硝酸鹽，既與聚磷菌爭奪本就不足的優(yōu)質(zhì)碳源，也使ORP難以降低到釋磷的要求。另外，生物除磷需要通過排泥實(shí)現(xiàn)，而超高污泥濃度運(yùn)行工況排泥量不足，無法獲得較好的生物除磷效果。當(dāng)沒有生物除磷效果，全部采用化學(xué)除磷時(shí)，除磷藥劑投加量將是一個(gè)很大的藥量，同時(shí)產(chǎn)生大量化學(xué)污泥。一部分污水處理廠沒有生物除磷而又采用同步化學(xué)除磷時(shí)，污泥活性將進(jìn)一步降低，形成惡性循環(huán)。
1.2污泥濃度過高與污泥活性太差
活性污泥是實(shí)現(xiàn)污水處理功能的核心?；钚晕勰鄦栴}體現(xiàn)在兩個(gè)方面：濃度（MLSS）太高、活性（MLVSS/MLSS）太差。合肥純水處理設(shè)備調(diào)研發(fā)現(xiàn)，2/3的污水處理廠污泥濃度超過4 000 mg/L，1/3的污水處理廠超過了6 000 mg/L，有20座污水處理廠污泥濃度竟然超過了10 000 mg/L。污水處理廠在如此高濃度下運(yùn)行，增大了二沉池固體負(fù)荷，使本就不足的二沉池進(jìn)一步處于超負(fù)荷狀態(tài)，泥水界面上升，污泥流失，堵塞深度處理單元，或直接導(dǎo)致出水超標(biāo)。另外，為防止污泥沉積，必須增大曝氣量，而增大曝氣則抬高了溶解氧，干擾生物脫氮，進(jìn)而影響生物除磷，出水氮和磷難以達(dá)標(biāo)。一些處理廠靠大量投加化學(xué)藥實(shí)現(xiàn)氮磷達(dá)標(biāo)，使運(yùn)營偏離了可持續(xù)目標(biāo)。在宏觀尺度上，我們可以用MLVSS/MLSS表征污泥活性，正常活性的污泥，MLVSS/MLSS應(yīng)大于0.7，活性較好的污泥可超過0.8。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，95%的污水處理廠污泥MLVSS/MLSS低于0.7，其中60%的污水處理廠污泥MLVSS/MLSS低于0.5，30%的污水處理廠污泥MLVSS/MLSS低于0.4，有27座污水處理廠污泥MLVSS/MLSS竟然低于0.3。如此低的污泥活性，大大降低了現(xiàn)有設(shè)施的污水處理能力與效果，降低了系統(tǒng)抗水量水質(zhì)沖擊的能力。為維持出水達(dá)標(biāo)，不得不提高污泥濃度，從而降低了系統(tǒng)穩(wěn)定性。另外，低MLVSS/MLSS還導(dǎo)致污泥澄清性能變差。在調(diào)研的污水處理廠中，超過一半的處理廠污泥SVI值低于80 mL/g，這樣的污泥對(duì)游離生物微絮體失去“網(wǎng)捕作用”，澄清性能變差。這些絮狀物使出水感觀變差，對(duì)后續(xù)過濾單元造成嚴(yán)重干擾。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，90%以上的污水處理廠建設(shè)了深度處理設(shè)施，90%以上的這些深度處理設(shè)施設(shè)置了砂過濾單元，40%的砂濾池反沖洗水占處理量的比例超過5%，超過10%的污水處理廠反沖洗水比例大于10%，有8座污水處理廠的砂濾池反沖洗水竟然高達(dá)處理量的20%。大量反沖洗水回流到工藝前端，占用提升能力、縮短有效停留時(shí)間、增大能耗，形成惡性循環(huán)。
活性污泥濃度太高的主要原因是污泥沒有穩(wěn)定連續(xù)的出路，脫水污泥出不了廠，只能停止脫水或減少污泥脫水量，將大量污泥暫存在曝氣池。武漢實(shí)驗(yàn)室純水處理設(shè)備一旦污泥臨時(shí)有了出路，即使脫水機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行，也無法快速將長期積存的污泥脫水外運(yùn)。污泥沒有穩(wěn)定出路，已經(jīng)成為行業(yè)的普遍狀態(tài)，是污水處理廠運(yùn)營的最大困境。另外，污泥活性差也是導(dǎo)致污泥濃度高的原因，污泥中大部分為非活性組分，如不保持較高的污泥濃度，出水無法達(dá)標(biāo)。污泥活性差的原因較為復(fù)雜，一是排水管網(wǎng)建設(shè)質(zhì)量差、養(yǎng)護(hù)管理不到位，加之公眾文明使用下水道意識(shí)不強(qiáng)，致使過多的渣砂進(jìn)入管網(wǎng)并最終進(jìn)入污水處理廠。二是污水處理廠內(nèi)預(yù)處理效果不佳，許多格柵和沉砂池形同虛設(shè)，在普遍沒有初沉池的情況下，大量渣砂等無機(jī)組分進(jìn)入曝氣池并在生物處理系統(tǒng)積累，致使污泥的MLVSS/MLSS普遍極低。另外，濃度太高和活性太差還互為原因，活性差需要提高污泥濃度，而提高污泥濃度則降低了排泥量，使無機(jī)組分(ISS)更難離開系統(tǒng)，形成惡性循環(huán)。除了以上因素，同步化學(xué)除磷的過量加藥，也成為一些污水處理廠污泥活性降低的重要原因。
1.3水量超負(fù)荷與設(shè)備欠維護(hù)
在調(diào)研的467座城鎮(zhèn)污水處理廠中，約2/3的水力負(fù)荷率大于80%，約1/3的大于120%，有5座污水處理廠大于150%。高水力負(fù)荷運(yùn)行的污水處理廠沒有運(yùn)行調(diào)控余地，不能應(yīng)對(duì)水量水質(zhì)變化，出水超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)增大。當(dāng)水力負(fù)荷率大于80%，除少數(shù)超大型污水處理廠以外，一般污水處理廠無法在出水達(dá)標(biāo)的前提下倒池停水檢修，而曝氣器和二沉池吸刮泥機(jī)等無備用水下設(shè)備只有泄空才能徹底檢修或更換。無法進(jìn)行計(jì)劃性維修的設(shè)備，長期帶病運(yùn)行，將隨時(shí)導(dǎo)致運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，約1/2的污水處理廠曝氣器超過2年沒有泄空檢修，約1/4的污水處理廠曝氣器竟然長達(dá)6年沒有泄空檢修。曝氣器的主要材料是三元乙丙類橡膠，這類橡膠材料的理論壽命只有4～6年，因此，這些長期不檢修曝氣器的污水處理廠將隨時(shí)面臨由于曝氣器大量損壞導(dǎo)致的運(yùn)行崩潰。與曝氣器情況類似，二沉池吸刮泥機(jī)也存在長期無法泄空檢修的普遍問題，一旦吸刮泥機(jī)因故障停運(yùn)，二沉池將不能正常泥水分離，整個(gè)處理系統(tǒng)將面臨崩潰。
污水水量持續(xù)增加，污水處理設(shè)施設(shè)計(jì)建設(shè)冗余度不足，以及規(guī)劃的相應(yīng)擴(kuò)建工程不能及時(shí)建成投入運(yùn)行，是水量超負(fù)荷的直接原因。有關(guān)方面認(rèn)為污水處理廠不滿負(fù)荷運(yùn)行就會(huì)造成已建設(shè)施的浪費(fèi)，事實(shí)上，高水力負(fù)荷必然導(dǎo)致出水水質(zhì)不穩(wěn)定，難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。歐洲一些國家排水設(shè)施的績效評(píng)價(jià)，水力負(fù)荷超過70%就要扣分，而我國一些地方則要求滿負(fù)荷運(yùn)行。武漢反滲透純水處理設(shè)備在水量超負(fù)荷的情況下，幾乎所有地方主管或監(jiān)管部門都不允許污水處理廠停產(chǎn)或部分停產(chǎn)檢修，必然導(dǎo)致主要設(shè)備尤其是水下無備用設(shè)備嚴(yán)重欠維護(hù)。水量超負(fù)荷導(dǎo)致運(yùn)行不穩(wěn)定，水下無備用設(shè)備因欠維護(hù)隨時(shí)停止運(yùn)行，都使運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)大大增加。
2解決當(dāng)前困境的可能路徑
2.1找準(zhǔn)阻礙污水處理可持續(xù)運(yùn)營的根源，對(duì)癥開展提升改造
管網(wǎng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量不高、排水體制混亂、清污混流、養(yǎng)護(hù)管理不足，致使大量無機(jī)泥渣砂進(jìn)入污水處理廠，并伴隨部分有機(jī)碳源流失，而污水處理流程設(shè)置又普遍無法應(yīng)對(duì)這一狀況，導(dǎo)致污水處理廠難以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)運(yùn)營的良性循環(huán)，從而只能被動(dòng)低效應(yīng)對(duì)。具體表現(xiàn)為：預(yù)處理單元設(shè)計(jì)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)過低，大量細(xì)渣細(xì)砂進(jìn)入后續(xù)單元；90%以上的污水處理廠沒有設(shè)置初沉池，致使無機(jī)泥渣砂直接進(jìn)入了生物處理系統(tǒng)，導(dǎo)致活性污泥處于高濃度、低活性；生物脫氮工藝的缺氧區(qū)普遍太短，無法適用污水特征；用于除碳和硝化的好氧區(qū)普遍太長，既增大能耗又干擾脫氮；厭氧消化等污泥穩(wěn)定化設(shè)施普遍缺失，無法在廠內(nèi)實(shí)現(xiàn)污泥穩(wěn)定并回收能源。
排水系統(tǒng)問題較為復(fù)雜，南北差異大，不同城市間差別也很大，需要系統(tǒng)深入地識(shí)別問題所在，因地制宜提出改造對(duì)策，減少無機(jī)渣砂進(jìn)入管網(wǎng)，減少碳源的損失。必須認(rèn)識(shí)到，管網(wǎng)改造是個(gè)復(fù)雜過程，非短時(shí)突擊所能解決，既要積極推進(jìn)提質(zhì)增效行動(dòng)方案，也要從長計(jì)議，久久為功。在污水處理廠內(nèi)，首先要通過改造強(qiáng)化預(yù)處理效果，把渣砂等無機(jī)組分在預(yù)處理單元徹底分離出來，提高生物處理單元污泥MLVSS/MLSS，提升整個(gè)生物處理系統(tǒng)的效率，這是一個(gè)事半功倍的方案。其次，一大批污水處理廠可在系統(tǒng)測試的基礎(chǔ)上把多余的好氧區(qū)改造成缺氧區(qū)，通過增大缺氧區(qū)提高脫氮效果并降低對(duì)外加碳源的依賴，進(jìn)而提高生物除磷效果，降低除磷藥劑的投加量。再者，應(yīng)通過曝氣系統(tǒng)的改造，提升氧的科學(xué)管理水平，既滿足耗氧物質(zhì)降解需求，又不因曝氣過量而投加過多的碳源。對(duì)于水力負(fù)荷率超過80%，尤其是滿負(fù)荷或超負(fù)荷的污水處理廠，有關(guān)方面應(yīng)加快設(shè)施擴(kuò)建，使污水處理廠在適宜的負(fù)荷下運(yùn)行。
2.2突破污泥處理處置設(shè)施建設(shè)的瓶頸，補(bǔ)齊污泥處理處置短板
《“十三五”全國城鎮(zhèn)污水處理及再生利用設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》提出，“十三五”期間應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃，加大投入，實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施建設(shè)由“規(guī)模增長”向“提質(zhì)增效”轉(zhuǎn)變，由“重水輕泥”向“泥水并重”轉(zhuǎn)變，到2020年底，地級(jí)及以上城市污泥無害化處置率達(dá)到90%，其他城市達(dá)到75%；縣城力爭達(dá)到60%。目前看，污泥處理處置設(shè)施建設(shè)狀況與以上目標(biāo)相距甚遠(yuǎn)。問題在哪里？瓶頸在哪里？問題在沒有出路。污泥最終出路無非就是3個(gè)：一是填埋，二是焚燒，三是回到土地。污泥填埋是與垃圾爭場地，隨著填埋場地越來越少，填埋就成為一條死路。污泥焚燒在技術(shù)上是可行的，但鄰避效應(yīng)突出，難以成為主流路徑。
幾十年來，歐美國家將絕大部分污泥消納到了土地，叫土地處置，也叫土地利用。污泥土地利用有3個(gè)方向：一是沙荒地改良，二是林業(yè)利用，三是農(nóng)業(yè)循環(huán)利用。西方的實(shí)踐中，由于運(yùn)距和操作的困難，沙荒地改良和林業(yè)利用總量不多。美國年產(chǎn)含水率80%的污泥3 500萬t，其中60%進(jìn)行農(nóng)業(yè)循環(huán)利用，3%用于土壤修復(fù)，17%進(jìn)行填埋，20%予以焚燒。關(guān)于污泥農(nóng)業(yè)循環(huán)利用，控制重金屬及其化合物的含量是關(guān)鍵，汞和鎘是兩個(gè)活躍的重金屬，是控制重點(diǎn)。1984年制定的《農(nóng)用污泥污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 4284-1984）中，污泥用于酸性土壤時(shí)，汞的限值是5 mg/kg DS，鎘的限值是5 mg/kg DS；用于中性及堿性土壤時(shí)，汞的限值放寬到15 mg/kg DS，鎘的限值放寬到20 mg/kg DS。在該標(biāo)準(zhǔn)生效的30多年間，《農(nóng)用污泥污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 4284-1984）一直是世界上嚴(yán)格的污泥農(nóng)用污染物控制標(biāo)準(zhǔn)，而2018年最新發(fā)布的《農(nóng)用污泥污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 4284-2018）又進(jìn)一步趨嚴(yán)。按照這個(gè)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，污泥農(nóng)業(yè)循環(huán)利用的去向被進(jìn)一步堵死。填埋困難，焚燒困難，土地利用困難，污泥都去了哪里？污泥沒了出路，污水處理廠如何保持正常運(yùn)營？因此，有關(guān)方面應(yīng)合力打通污泥農(nóng)業(yè)循環(huán)利用這一主要出路，一是在政策上明確土地可以消納污泥、應(yīng)該消納污泥，二是制定科學(xué)合理的污染物控制標(biāo)準(zhǔn)，尤其不可讓標(biāo)準(zhǔn)阻礙純粹的生活污泥進(jìn)入土地，三是加速建設(shè)污泥穩(wěn)定化設(shè)施，穩(wěn)定化就是無害化，穩(wěn)定化的污泥就可以進(jìn)入土地。
2.3構(gòu)建科學(xué)理性的運(yùn)營監(jiān)管體系，促進(jìn)正常穩(wěn)定的可持續(xù)運(yùn)營
對(duì)污水處理廠出水水質(zhì)的監(jiān)管，應(yīng)回歸到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）的規(guī)定：“取樣頻率為至少每兩小時(shí)一次，取24 h混合樣，以日均值計(jì)”，不可以瞬時(shí)樣作為處罰的依據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)中的所有指標(biāo)限值是以日均值為基礎(chǔ)，如果改為瞬時(shí)樣，就需要以更加嚴(yán)格日均值為設(shè)計(jì)和運(yùn)行目標(biāo)，這就變成了一個(gè)更高的標(biāo)準(zhǔn)，既不合理也不合規(guī)。武漢EDI純水處理設(shè)備以總氮為例，一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)要求日均值低于15 mg/L，如按瞬時(shí)樣監(jiān)管，則實(shí)際設(shè)計(jì)和運(yùn)行目標(biāo)通常需控制在10 mg/L以下，這實(shí)際就是兩個(gè)不同的標(biāo)準(zhǔn)了。實(shí)際監(jiān)管中，可以瞬時(shí)樣作為預(yù)警，發(fā)現(xiàn)瞬時(shí)樣超標(biāo)時(shí)，可立即安排混合樣取樣監(jiān)測，并最終以混合樣為依據(jù)。另外，有機(jī)污染物、氮磷無機(jī)營養(yǎng)物不是毒性物質(zhì)，其環(huán)境效應(yīng)是累積性的，以混合樣監(jiān)管更為科學(xué)合理。
《城鎮(zhèn)排水與污水處理?xiàng)l例》第三十一條規(guī)定：“城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施維護(hù)運(yùn)營單位不得擅自停運(yùn)城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施，因檢修等原因需要停運(yùn)或者部分停運(yùn)城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施的，應(yīng)當(dāng)在90個(gè)工作日前向城鎮(zhèn)排水主管部門、環(huán)境保護(hù)主管部門報(bào)告?！边@里有兩層意思：一是運(yùn)營單位不得擅自停運(yùn)，二是因檢修等原因需要停運(yùn)或者部分停運(yùn)，提前3個(gè)月報(bào)告后可以停運(yùn)。當(dāng)污水處理廠運(yùn)行負(fù)荷很高，因設(shè)施設(shè)備檢修，尤其是曝氣器和二沉池吸刮泥機(jī)等水下無備用設(shè)備需要例行檢修時(shí)，有關(guān)部門應(yīng)批準(zhǔn)污水處理廠停運(yùn)或者部分停運(yùn)，以免導(dǎo)致更加不利的后果。