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2015.10.14
水環(huán)境治理仍任重道遠(yuǎn) 未來污水處理廠之路將如何走
治污之路，我們尚在中途
“要想使水環(huán)境的質(zhì)量恢復(fù)到公眾期望的狀態(tài)，仍是任重而道遠(yuǎn)，起碼還需要20~30年的努力才可能全面改善。”
近年來，我國水環(huán)境污染問題呈逐漸上升之勢，治污之路也一直在磕絆中前行。盡管污水處理廠建了一個又一個，但仍有不少地方的水污染問題十分嚴(yán)重。原因何在？
我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展壓力巨大，多種污染類型共存及疊加，污染成因十分復(fù)雜，影響因素眾多，特別是人口過度集中、污染型企業(yè)各地遍布、城市發(fā)展存量短缺，加之大量的水庫和閘壩建設(shè)，破壞了原有地形與環(huán)境條件，影響應(yīng)有的自然徑流、泥砂輸送和自然凈化能力。
就城市區(qū)域來說，除了生活污水和工業(yè)廢水之外，還有源自地表徑流(尤其初期雨水)、園林綠化土肥流失、地表廢棄物、垃圾收集轉(zhuǎn)運(yùn)站滲濾液等污染源。目前還很難做到工業(yè)廢水和生活污水的全收集與全處理，分流制系統(tǒng)的初期雨水或合流制系統(tǒng)的雨水溢流凈化處理尚未提到議事日程，城市面源污染系統(tǒng)缺乏有效的控制手段和工程措施。可以說，污染治理之路，我們尚在半道。
因此，要想使水環(huán)境的質(zhì)量恢復(fù)到公眾期望的狀態(tài)，仍是任重而道遠(yuǎn)，起碼還需要20年~30年的努力才可能全面改善。即使歐美發(fā)達(dá)國家，水污染問題也沒有得到完全解決，只是他們的自然環(huán)境條件比較優(yōu)越，人口密度較低，重污染工業(yè)基本上都已經(jīng)轉(zhuǎn)移，加上河川自然徑流充裕，水環(huán)境容量大，使其水環(huán)境問題不怎么突出。
一級A及地方排放標(biāo)準(zhǔn)有失偏頗
“城市污水的再生處理十分重要，但目前一些地方排放標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)指標(biāo)及限值，有朝著地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械靠攏的趨勢，這是一種不科學(xué)的錯誤導(dǎo)向。”
污水深度處理最初是為解決水資源不足，滿足再生水水質(zhì)要求而設(shè)置的工藝單元。我國局部地區(qū)水資源嚴(yán)重不足，再生水利用具有資源循環(huán)和環(huán)境質(zhì)量改善雙重作用，意義重大。但污水再生利用是一個高度復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及政策導(dǎo)向、目標(biāo)定位、用水途徑、水質(zhì)要求、技術(shù)選擇、安全保障、經(jīng)濟(jì)效益、公眾宣傳、價格差異、資源及產(chǎn)品付費(fèi)原則等多個層面，實施中存在諸多的障礙，使再生水的利用未能達(dá)到期望的發(fā)展速度。
因此，嚴(yán)重缺水城市有必要強(qiáng)制推行污水再生處理與利用，一般缺水城市宜通過經(jīng)濟(jì)手段加以鼓勵和推動，水質(zhì)型缺水城市應(yīng)積極實施以削減水污染負(fù)荷、提高水體水質(zhì)功能為目標(biāo)的污水再生處理?？紤]經(jīng)濟(jì)效率和社會效益，再生水應(yīng)優(yōu)先用于城市景觀水體、園林綠化和生態(tài)環(huán)境，對工業(yè)用水和市政雜用，需水量相對恒定且收費(fèi)可以承受，也應(yīng)積極發(fā)展。而一刀切的要求再生水入戶或建設(shè)分散的小區(qū)再生水工程，其實不利于再生水利用的健康發(fā)展，甚至是有害的。
“十一五”以來，隨著污水排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，深度處理已經(jīng)大量應(yīng)用于城鎮(zhèn)污水處理廠的一級A提標(biāo)改造或新建(擴(kuò)建)工程，將其作為出水達(dá)標(biāo)的把關(guān)工藝單元，但早先設(shè)置一級A排放標(biāo)準(zhǔn)的初衷是提出再生水的基本水質(zhì)要求，后來將其直接轉(zhuǎn)變?yōu)榕欧艠?biāo)準(zhǔn)并不太合適，部分水質(zhì)指標(biāo)及限值需要做比較大的重新調(diào)整，特別是糞大腸桿菌以及總氮、總磷指標(biāo)值。
城市污水的再生處理十分重要，但目前一些地方排放標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)指標(biāo)及限值，有朝著地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械靠攏的趨勢，這是一種不科學(xué)的錯誤導(dǎo)向。一方面，現(xiàn)行的地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)本身存在明顯的缺陷，另一方面，混淆了排放標(biāo)準(zhǔn)與接納水體的水質(zhì)目標(biāo)(標(biāo)準(zhǔn))之間應(yīng)有的界限與區(qū)別。例如，過度強(qiáng)調(diào)出水COD達(dá)到30mg/L，甚至20mg/L的水平，是沒有必要的，容易造成明顯的浪費(fèi)；而TP0.3mg/L的所謂IV類水標(biāo)準(zhǔn)，其實僅僅適合于流動性良好的河流，對于基本沒有流速或流速緩慢的城市水體，特別是再生水為主要或唯一補(bǔ)水的情況，TP至少應(yīng)該低于0.1mg/L，最好低于0.05mg/L的水平。
保障未來污水處理廠的工程質(zhì)量
“如果項目實施中，能夠嚴(yán)格按照項目實施各個階段應(yīng)有的程序來做，各負(fù)其責(zé)，各當(dāng)其任，全面論證，科學(xué)決策，精心組織，精細(xì)管理，工程及施工質(zhì)量是有保障的?！?/span>
在一些地方，有的污水處理廠在建成后運(yùn)營不久，就出現(xiàn)這樣那樣的質(zhì)量問題，如工藝流程不合理，關(guān)鍵功能單元不全，系統(tǒng)運(yùn)行不正常，施工精度不夠、設(shè)備安裝困難,平整度超標(biāo)，混凝土質(zhì)量不穩(wěn)定，設(shè)備能力不足、故障率高等等，不僅影響了污水處理廠的運(yùn)行，還造成了不小的損失。這些問題的出現(xiàn)，通常是由于工程前期準(zhǔn)備工作長期得不到足夠的重視，往往缺少必要的基礎(chǔ)調(diào)查、戰(zhàn)略策劃、詳細(xì)分析和科學(xué)決策，在工程設(shè)計和施工招投標(biāo)階段，大幅度壓低設(shè)計費(fèi)和工程費(fèi)用，未能做到更科學(xué)、更合理和更適用，在施工和安裝階段，監(jiān)管不夠嚴(yán)格，流于形式或受到“人情”關(guān)系的驅(qū)使。
例如，一些項目過度追求時髦或所謂的“創(chuàng)新”工藝，未充分考慮當(dāng)?shù)氐目陀^實際和發(fā)展需求；有的項目過于追求項目周期的縮短及低價，無論設(shè)計還是施工，業(yè)主未能提供足夠詳細(xì)的項目基礎(chǔ)資料，過度壓低咨詢與設(shè)計費(fèi)用，提出明顯不合理的設(shè)計要求和施工周期；項目單位專業(yè)人員不配套，有的專業(yè)技能偏低，但往往“影響力”很大，特別是工藝、設(shè)備和施工方法選擇上，經(jīng)常居主導(dǎo)作用；設(shè)計和施工單位設(shè)計交底時間壓了又壓，沒有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)參數(shù)，就做設(shè)計，沒有選定設(shè)備就要施工；一些地方，主持招標(biāo)的不是專業(yè)機(jī)構(gòu)、專業(yè)人員，而是地方黨政部門、紀(jì)檢干部，過于追求低價中標(biāo)和“公平、公正”；這些不夠科學(xué)合理的項目實施過程與運(yùn)作方式，往往是導(dǎo)致工程及施工質(zhì)量問題的主要因素。如果項目實施中，能夠嚴(yán)格按照項目實施各個階段應(yīng)有的科學(xué)程序來做，各負(fù)其責(zé)，各當(dāng)其任，全面論證，科學(xué)決策，精心組織，精細(xì)管理，工程及施工質(zhì)量是有保障的。
因此，下一代水廠在建設(shè)過程中應(yīng)吸取此類經(jīng)驗教訓(xùn)，做好前期調(diào)研分析與可行性論證工作，有針對性地解決以上問題，才能未雨綢繆，防患于未然。
能耗物耗的核算不可或缺
“對于未來的污水處理廠，精細(xì)化的設(shè)計與運(yùn)行控制至關(guān)重要，全過程的能耗物耗核算同樣不可或缺?！?/span>
根據(jù)2012年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，我國城鎮(zhèn)污水處理電能消耗約占全社會用電總量的0.219%。隨著污水處理規(guī)模的加大和全社會產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，這個比例將呈現(xiàn)持續(xù)加大的趨勢。因此，不僅未來污水處理廠應(yīng)該是節(jié)能降耗的，當(dāng)前的城市污水處理廠也同樣需要強(qiáng)調(diào)節(jié)能降耗，在保證穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的前提下，降低能耗物耗，節(jié)約能源資源，這是所有從業(yè)者都應(yīng)該共同努力的發(fā)展方向。
與此同時，我們還需要尊重不同發(fā)展階段的歷史事實，遵循經(jīng)濟(jì)學(xué)原理和客觀規(guī)律，考慮實際條件和可行性，不宜過度強(qiáng)調(diào)污水處理廠本身的節(jié)能降耗。在當(dāng)前普遍市場化運(yùn)營的模式下能耗物耗不一定是污水處理成本的最主要影響因素，但屬于可量化的指標(biāo)，相對容易控制并獲得節(jié)省效果。
就城市污水處理的全過程來說，影響能耗物耗的主要因素包括所處地區(qū)的自然環(huán)境和社會環(huán)境特征，要達(dá)到的排放或用水標(biāo)準(zhǔn)，采取的污水處理工藝路線，接納的工業(yè)廢水比例及構(gòu)成，處理的污水總量及運(yùn)行負(fù)荷率，污水水質(zhì)變化與主要污染物去除量，污泥處理與處置途徑的選擇，以及運(yùn)營管理單位的經(jīng)濟(jì)屬性等方面，需要進(jìn)行綜合分析和考慮，尤其輸運(yùn)環(huán)節(jié)的能耗與成本。
城市污水處理廠由眾多構(gòu)筑物及設(shè)備組成，進(jìn)水情況、處理水平、管理水平、設(shè)施設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況等因素，相互聯(lián)系，相互影響，相互制約，構(gòu)成了一個紛繁復(fù)雜的系統(tǒng)，其中某一個因素的改變往往會連鎖影響到其他因素。因此，城市污水處理廠節(jié)能降耗潛力與途徑的分析也需要采用系統(tǒng)的、全視角的觀點(diǎn)，充分考慮這些措施可能帶來的各種影響，優(yōu)化整體設(shè)計和運(yùn)行控制。
在實際運(yùn)行過程中，隨著進(jìn)水水質(zhì)水量的變化，部分設(shè)備或單元功能區(qū)的運(yùn)行狀況需要適時調(diào)整，還有部分設(shè)備或功能單元的運(yùn)行狀態(tài)與進(jìn)水水質(zhì)水量的變化基本無關(guān)。對于不同的工藝單元及耗能設(shè)備，需要通過運(yùn)行狀況與運(yùn)行條件的動態(tài)分析來確定可采取的節(jié)能降耗措施和方法。
對于未來的污水處理廠，精細(xì)化的設(shè)計與運(yùn)行控制至關(guān)重要，全過程的能耗物耗核算同樣不可或缺。例如，曝氣供氧與機(jī)械混合是最大的耗能單元，風(fēng)機(jī)通常按滿足最大運(yùn)行負(fù)荷時所需氣量加上安全系數(shù)來選定，如果設(shè)計不合理或運(yùn)行控制不到位，必然造成不必要的能量損耗；攪拌(推進(jìn))器、提升泵、污泥與混合液回流泵也是主要耗能設(shè)備，目前通常僅按現(xiàn)行規(guī)范中規(guī)定的池容、最大揚(yáng)程與最大流量等邊界條件設(shè)計計算，不利系統(tǒng)節(jié)能和優(yōu)化運(yùn)行，今后應(yīng)進(jìn)一步重視這些設(shè)施的運(yùn)行調(diào)節(jié)靈活性，以便依據(jù)條件變化適時進(jìn)行調(diào)整。
地下污水處理廠
“對于地下式污水處理廠的工藝流程選擇，應(yīng)該是多樣化和因地制宜的?！?/span>
城市污水處理廠實施方式和工程決策需要體現(xiàn)：“集中為主，分散為輔；全面論證，因地制宜；技術(shù)先進(jìn)，穩(wěn)妥可靠；經(jīng)濟(jì)適用，簡約省地；低能低耗，運(yùn)維簡便”的基本原則。從科學(xué)決策和技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度而言，下一代的城市污水處理廠不應(yīng)該以地下式的污水處理廠為主導(dǎo)，這是一種錯誤的導(dǎo)向，地下式污水處理廠有其存在與發(fā)展的合理性，但不可能是應(yīng)有的、順勢而為的發(fā)展機(jī)遇，也不一定都是迫不得已的選擇，而是源自成因復(fù)雜的非科學(xué)、非理性的決策。
從工程投資、運(yùn)行成本、能耗物耗、安全保障、運(yùn)行維護(hù)等方面綜合考慮，地下式污水處理廠是把簡單問題復(fù)雜化、技術(shù)決策政治化利益化的選擇，多數(shù)情況下不一定是科學(xué)合理的抉擇，但從政治、社會和人居環(huán)境的角度考慮，在某些特殊的地域、特殊的人文與社會環(huán)境條件下，或者出于特殊的商業(yè)利益考慮，有其存在的空間，但決策應(yīng)該慎之又慎，全面權(quán)衡與論證。
地下式的污水處理廠確實可以節(jié)省地表占地面積，但節(jié)省不了地下空間。地下空間作為城市發(fā)展的存量資源，正在成為新城鎮(zhèn)化建設(shè)的寶貴資源，特別是人口或商業(yè)密集的地域，已經(jīng)是非常寶貴的社會公共資源。如果僅從消除周圍環(huán)境影響和節(jié)省占地的角度而選擇地下式的話，不如選擇半地下式或地上全封閉式的建設(shè)模式，通過系統(tǒng)考慮和精心設(shè)計，可以達(dá)到同樣的節(jié)地和環(huán)境效果，而且能夠避免完全地下式的諸多弊端。
對于地下式污水處理廠的工藝流程選擇，應(yīng)該是多樣化和因地制宜的。實際上，污水處理廠的占地面積大小并不完全取決于工藝流程的選擇，就達(dá)到同樣排放標(biāo)準(zhǔn)來說，不同工藝選擇之間的占地面積差別不明顯，差別主要源自平面布置與空間布局，尤其是各種管線、電纜、通道和綠化區(qū)的布設(shè)方式。地上式污水處理廠通常習(xí)慣采用平面伸展模式，而地下式污水處理廠采用立體疊加模式，其實，地上式污水處理廠同樣可以采用立體疊加模式，并不影響地上空間的利用和環(huán)境效果，通過建筑景觀綠化的精細(xì)設(shè)計與裝點(diǎn)，甚至可以成為城市的地標(biāo)性設(shè)施。
未來污水處理廠的工藝創(chuàng)新
“未來的城市污水處理廠到底應(yīng)該有一個怎樣的革新……我們應(yīng)該鼓勵多樣化的發(fā)展、多樣化的實施模式，融入地域特色元素、考慮歷史文化背景、與人居及自然環(huán)境協(xié)調(diào)，做到能源化、資源化、生態(tài)化、景觀化、智能化和個性化，并成為科學(xué)研究與人文環(huán)境教育的基地或地標(biāo)設(shè)施?！?/span>
1、未來污水處理工藝的發(fā)展方向未來城市污水處理工藝將繼續(xù)是已有技術(shù)的延伸擴(kuò)展與新型改進(jìn)技術(shù)的不斷融入。從過去的發(fā)展來看，城市污水處理工藝是不斷改進(jìn)和升級的，去除對象從有機(jī)物發(fā)展到氨氮，再從氨氮發(fā)展到總氮，以及生物除磷的興起，都體現(xiàn)了不同時期已有技術(shù)與新技術(shù)的不斷融合與集成應(yīng)用。
因此，可以認(rèn)為，今后的城市污水處理工藝技術(shù)發(fā)展仍然離不開歷史的積淀和工程經(jīng)驗，任何新技術(shù)都需要逐步融入到已有的系統(tǒng)之中，然后實現(xiàn)進(jìn)一步的能力提升以及完全的更替。
例如，從普通曝氣發(fā)展出生物硝化，由生物硝化提升到A/O脫氮，然后再擴(kuò)展到A2/O除磷脫氮；微孔曝氣的出現(xiàn)，使鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)生物池污泥濃度完全可以達(dá)到氧化溝系統(tǒng)的水平。
從當(dāng)前的國際趨勢和國內(nèi)需求來看，城市污水處理工藝技術(shù)的主要發(fā)展方向是穩(wěn)定達(dá)標(biāo)前提下的能源化、資源化和低能耗低物耗的精細(xì)化管理控制。例如，通過水質(zhì)的部分或完全恢復(fù)，包括反滲透與正滲透技術(shù)的應(yīng)用，達(dá)到特定用水功能要求，實現(xiàn)水的回收，供區(qū)域水系統(tǒng)循環(huán)使用或下游界外用戶取用；通過污水與污泥有機(jī)物的沼氣化和污水源熱能利用，回收熱能、電能；從污水或污泥中回收有價值的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，以及回收磷、氮、硫等有使用價值的礦物組分。通過已有技術(shù)的回歸與不斷完善，新技術(shù)和新設(shè)備在工程應(yīng)用層面的重大突破，以及運(yùn)行管理能力的提升，人員素質(zhì)及技能水平的提高，城市污水處理工藝技術(shù)將持續(xù)發(fā)展與不斷升級，呈現(xiàn)多樣化、集成化、智能化、精細(xì)化和個性化的特征，在源頭控制與管網(wǎng)功能改進(jìn)、碳氮分離與污泥高濃度厭氧消化、高品質(zhì)再生水生產(chǎn)與磷酸鹽回收、側(cè)流與主流工藝厭氧氨氧化等方面取得進(jìn)一步發(fā)展與技術(shù)突破，并成為未來城市污水處理系統(tǒng)的核心組成部分。
2、未來城市污水處理廠的革新現(xiàn)狀是時間與人類智慧的積累，未來是現(xiàn)在的不斷發(fā)展與修正，回顧歷史過程，可以在一定程度上預(yù)知未來?；钚晕勰喾ㄕQ生百年之際，有人說到了該終止的時候了，有人說還會延續(xù)100年、500年，甚至更長久的時間。曾經(jīng)在丹麥的一個污水處理廠，看到最古老的滴濾池在運(yùn)行，最新的厭氧氨氧化在建設(shè)，老舊泵房運(yùn)轉(zhuǎn)中，新擴(kuò)泵站將建成。20世紀(jì)70~80年代在德國和奧地利盛行的AB工藝，90年代之后基本沒有新增，但隨著污水能源化利用和厭氧氨氧化技術(shù)的發(fā)展，其A段作為碳氮分離的有效方法，現(xiàn)在又出現(xiàn)了回歸的發(fā)展趨勢。
1997年，我陪Poul-Harremoes教授參觀紀(jì)莊子污水處理廠時，他很奇怪地問，你們污水處理廠怎么會種這么多高大的落葉樹木，不怕秋冬季落葉飄落在池子里面嗎？我說，我們有景觀綠化的指標(biāo)要求，落葉可以人工清理。后來注意到，北歐的污水處理廠特別注意節(jié)省人力，傾向于無人值守的發(fā)展方向，而在德國看到的是員工人數(shù)不低于國內(nèi)的污水處理廠人數(shù)，并且有不少博士和高級技師，此外，大學(xué)教授會與某個或若干個污水處理廠建立密切的聯(lián)系和長期合作關(guān)系。
2009年，參觀美國華盛頓特區(qū)Blue-Plain污水處理廠時，曾經(jīng)對他們的工藝流程感到不可思議，首先是20世紀(jì)50年代的高負(fù)荷活性污泥法去除全部有機(jī)物，然后是60年代的氨氮硝化，接著全部依靠外加甲醇的深度反硝化，后續(xù)出水過濾系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)也較原始，當(dāng)時正在進(jìn)行自控系統(tǒng)更新?lián)Q代，目前這些工藝系統(tǒng)仍然照舊運(yùn)行。發(fā)生的重大變化是，2015年該廠啟動了全球規(guī)模最大的Cambi污泥熱水解和污泥高濃度厭氧消化系統(tǒng)，采用側(cè)流厭氧氨氧化技術(shù)，并匯聚歐洲和北美的科技力量，開展了主流工藝厭氧氨氧化技術(shù)的工程應(yīng)用研究。
因此，未來的城市污水處理廠到底應(yīng)該有一個怎樣的革新，是不太可能有確定性答案的，不同的人會有不同的想法，不同的地域會有不同的實踐，可以跨越歷史，但不可能切斷聯(lián)系，我們應(yīng)該鼓勵多樣化的發(fā)展、多樣化的實施模式，融入地域特色元素、考慮歷史文化背景、與人居及自然環(huán)境協(xié)調(diào)，做到能源化、資源化、生態(tài)化、景觀化、智能化和個性化，并成為科學(xué)研究與人文環(huán)境教育的基地。同樣，未來的污水處理廠人才需求將是復(fù)合型的管理人與經(jīng)理人，全能型的技術(shù)支持與服務(wù)團(tuán)隊，技能型的精細(xì)化運(yùn)營團(tuán)隊，以及公眾認(rèn)知水平的顯著提高與廣泛參與。
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