今天給大家匯報的題目是高標準排放下污水廠(chǎng)運營(yíng)的痛點(diǎn)與出路。主要從四個(gè)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憂(yōu)和外患。

首先說(shuō)一下行業(yè)背景，就是外患。外患第一點(diǎn)是監管的壓力，大家知道近兩年來(lái)的“環(huán)保風(fēng)暴”，對于污水處理廠(chǎng)，包括整個(gè)環(huán)保行業(yè)的監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(chǎng)加裝總氮、總磷的在線(xiàn)儀表，這種變化對于污水廠(chǎng)的運營(yíng)影響還是比較大的，24小時(shí)的連續監測對于精細化的控制要求提高了。再有一點(diǎn)就是環(huán)保的一瓢式監管方式?？傮w來(lái)說(shuō)，在監管壓力增加的情況下，幾乎是資本的冬天，但同時(shí)也帶來(lái)了機遇，監管?chē)懒?，正是促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)外在的動(dòng)力。

第二個(gè)外患是排放標準的問(wèn)題。排放標準我主要從運營(yíng)管理的角度來(lái)解讀一下地表四類(lèi)給我們帶來(lái)的運營(yíng)方面的一些問(wèn)題以及高排放標準條件下的成本和技術(shù)的平衡點(diǎn)。先講一下我們運營(yíng)人員的狀態(tài)，在執行二級標準的時(shí)候大家可以躺著(zhù)干，幾乎不需要做太多的調整，實(shí)行一級標準的時(shí)候，包括一級A和一級B，我們的運營(yíng)人員就要走起來(lái)，不能躺著(zhù)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(lèi)氨氮的指標是1.5，這里還要講一個(gè)叫需氧量，進(jìn)水的需氧量因子，常規的生活污水進(jìn)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(gè)指標需氧量在500mg/L左右。也就是說(shuō)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(huì )影響總氮和總磷的達標，所以說(shuō)控制區間非常地狹窄，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(lái)干。

下面簡(jiǎn)單說(shuō)一下高標準下幾大項指標帶來(lái)的新問(wèn)題，COD根據我們的經(jīng)驗，生活污水COD達標是沒(méi)有問(wèn)題的，之所以會(huì )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，沒(méi)有什么太大問(wèn)題，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(wèn)題的就是氨氮指標，氨氮的高標準對自動(dòng)控制水平提出了新要求，總氮是一個(gè)比較難的指標，總氮也被稱(chēng)之為燒錢(qián)指標，總氮的高標準對工藝過(guò)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(mǎi)單?？偭缀蛻腋∥镞@兩個(gè)指標一般比較容易達到，但也決定了高效沉淀和過(guò)濾成為標配。

第三個(gè)外患是低價(jià)競爭+支付風(fēng)險。在這里我們呼吁兩個(gè)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(shí)現高標準排放，唯一的出路就是要做到低成本，這是我們的觀(guān)點(diǎn)，只有低成本才可持續。

下面講一下技術(shù)背景，也就是內憂(yōu)。在說(shuō)之前，先說(shuō)兩個(gè)概念，一個(gè)叫碳源利用率，我在去年的時(shí)候也說(shuō)過(guò)這個(gè)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(gè)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(lái)說(shuō)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。另外一個(gè)叫總氮放棄率，總氮放棄率是什么概念呢，就是在假設碳源無(wú)限充足的情況下，我們得工藝仍然無(wú)法去除的總氮。

比如說(shuō)AAO工藝，通過(guò)內回流和外回流將硝化液拉回缺氧區，內回流比200%，外回流比100%的情況下，將有25%的TN通過(guò)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(gè)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(gè)工藝面臨一個(gè)問(wèn)題就是配水的問(wèn)題，第四點(diǎn)配水就會(huì )面臨總氮放棄率高的問(wèn)題，第四點(diǎn)不配水需要外加碳源來(lái)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(diǎn)不配水一樣，碳源利用率低，總氮放棄率低。

另外一個(gè)問(wèn)題就是刻意追求SND，碳源浪費巨大。SND是一個(gè)非常偉大的發(fā)現，可能過(guò)去對它過(guò)度神化了。首先先說(shuō)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(shuō)你的供氧量大于它的消耗量才會(huì )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(gè)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(jìn)行反應，浪費極大，利用率必然是低的。

2、運行管理的內憂(yōu)：我們目前雖然做了很多的工作，但是目前從各方面來(lái)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(guò)量曝氣。成本高一些。增加總氮、總磷之后的運行模式：過(guò)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(méi)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(gè)條件？可以說(shuō)，二沉池目前在生物池末端的BOD都已經(jīng)要求小于6了，實(shí)際可能也就2,3個(gè)，二沉池已經(jīng)不具有碳源的條件，如果二沉池想發(fā)生反應的話(huà)，它的碳源需要污泥水解實(shí)現，但二沉池的污泥停留時(shí)間顯然是不夠水解需求的，所以這里要說(shuō)一個(gè)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(lèi)、地表三類(lèi)了，完全不用擔心這個(gè)問(wèn)題，執行二級標準的時(shí)候大家擔心是對的，新形勢下這種擔心是多余的。第四個(gè)就是大比例內回流。氧氣夾帶很?chē)乐?，浪費了碳源。

運行管理的其他問(wèn)題，例如設備維修，我們現在設備維修基本上處在設備壞了才會(huì )修，很難做到預防工作，另外水量水質(zhì)波動(dòng)大，上游偷排成本低，一瓢式監管變相進(jìn)一步提高了對出水水質(zhì)的要求，常規自動(dòng)控制技術(shù)過(guò)渡以來(lái)儀表的準確度和完好率，一個(gè)污水廠(chǎng)有數百臺儀表，不可能同時(shí)都是好的，都準確，過(guò)高的要求反倒帶來(lái)自身運行不穩定的問(wèn)題，這一點(diǎn)需要突破，還有一點(diǎn)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(diǎn)分享一下我們創(chuàng )業(yè)環(huán)保在面對以上問(wèn)題的解決方案，主要有3個(gè)方面，都源自運營(yíng)，主體思路是以低成本實(shí)現高標準排放，3個(gè)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(shí)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，設備運維方面要能夠對設備故障進(jìn)行預判，前置維修保養，支撐工藝需求。

先講一下我們在工藝設計方面的改進(jìn)，采用了側流強化多級AO工藝，這個(gè)側流并非水解，而是利用生態(tài)學(xué)原理，通過(guò)側流強化提高反硝化菌群的生長(cháng)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(shù)，促進(jìn)反硝化酶系統的合成，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發(fā)生同步硝化反硝化的比例，這里可以看出來(lái)SND不是不可用，而是要用對地方，該有的缺氧區還要有，這一工藝，碳源利用率高，同時(shí)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(chǎng)一個(gè)12萬(wàn)噸每天的系列做進(jìn)行生產(chǎn)性實(shí)驗效果也非常顯著(zhù)，這是進(jìn)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(zhì).

實(shí)驗同期對比另外一個(gè)21萬(wàn)噸/天的普通多級AO工藝，通過(guò)九個(gè)月的對比發(fā)現在進(jìn)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條件下比普通多級AO可以多去除10個(gè)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(gè)TN節約的碳源成本大約是一噸水3毛錢(qián)，效果是很顯著(zhù)的?；驹诠に囋O計上做到了低成本達到高標準要求。

下面第二個(gè)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(gè)階段，就像一個(gè)人，分為骨架，肉體和靈魂三個(gè)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(shí)現數據采集和遠程開(kāi)關(guān)控制，智慧水務(wù)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(zhuān)家診斷系統包括WEB端和移動(dòng)APP監控等，那么以上這些都只是把數據進(jìn)行了采集和分析，這些數據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(gè)層次，也就是我們說(shuō)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)節的智能化控制，將人的控制策略交給機器來(lái)執行，通過(guò)對有效數據的利用實(shí)現自動(dòng)調整，達到節能和增效的作用，這才是智慧水務(wù)的落腳點(diǎn)和存在價(jià)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(lèi)思維的模式對關(guān)鍵參數進(jìn)行調整，通過(guò)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(dòng)無(wú)限趨近與合理區間，避開(kāi)了大量的公式計算，對水質(zhì)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(lèi)的思維模式很接近，這種控制方式也稱(chēng)為工藝管理機器人。

以曝氣量智能控制為例，系統投入使用前出水氨氮和生物池DO變化都比較大，系統投入使用后運行曲線(xiàn)則非常平穩，既防止了過(guò)量曝氣，又促進(jìn)了氨氮的穩定達標，避免過(guò)量曝氣同時(shí)也促進(jìn)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(shí)際運行統計，節約電耗和藥號可達到噸水約1毛錢(qián)，同時(shí)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(diǎn)反過(guò)來(lái)大幅度提高了系統本身運行的穩定性。

第三個(gè)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(kāi)正常的設備支持，如果設備壞了或者維修周期特別長(cháng)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(cháng)，實(shí)際上設備壞之前都會(huì )有預兆，有經(jīng)驗的維修師傅可以根據設備聲音，振動(dòng)，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(jīng)驗通過(guò)一系列的探頭和數據采集分析判斷來(lái)表達出來(lái)，從而自動(dòng)判斷設備健康狀態(tài)，給出風(fēng)險預警，進(jìn)行預防性維修，即可以縮短維修周期又能夠延長(cháng)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(shí)作用，在達到準四類(lèi)標準的情況下，總計可節約噸水0.3-0.5元的成本，如果這些技術(shù)應用到全國的污水處理廠(chǎng)，按照每天2億噸污水計算，每天節約的成本量將達到0.6-1億元，成本節約量將非?？捎^(guān)。只有做到低成本達標高標準排放才可持續，我們的提標改造研討會(huì )現在開(kāi)到了第二屆，還能不能開(kāi)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(lái)實(shí)現低成本高標準排放的目標，才能繼續開(kāi)下去。

最后給大家分享一下我們還在研究的幾個(gè)方向，還沒(méi)有用到實(shí)際生產(chǎn)運行中，一是工藝參數模擬與專(zhuān)家診斷預警，二是基于電網(wǎng)峰谷平電價(jià)的進(jìn)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。