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2015.10.14
水環(huán)境治理仍任重道遠 未來(lái)污水處理廠(chǎng)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)量恢復到公眾期望的狀態(tài)，仍是任重而道遠，起碼還需要20~30年的努力才可能全面改善?！?/span>
近年來(lái)，我國水環(huán)境污染問(wèn)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(chǎng)建了一個(gè)又一個(gè)，但仍有不少地方的水污染問(wèn)題十分嚴重。原因何在？
我國經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展壓力巨大，多種污染類(lèi)型共存及疊加，污染成因十分復雜，影響因素眾多，特別是人口過(guò)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，破壞了原有地形與環(huán)境條件，影響應有的自然徑流、泥砂輸送和自然凈化能力。
就城市區域來(lái)說(shuō)，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、垃圾收集轉運站滲濾液等污染源。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，分流制系統的初期雨水或合流制系統的雨水溢流凈化處理尚未提到議事日程，城市面源污染系統缺乏有效的控制手段和工程措施?？梢哉f(shuō)，污染治理之路，我們尚在半道。
因此，要想使水環(huán)境的質(zhì)量恢復到公眾期望的狀態(tài)，仍是任重而道遠，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)達國家，水污染問(wèn)題也沒(méi)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(wèn)題不怎么突出。
一級A及地方排放標準有失偏頗
“城市污水的再生處理十分重要，但目前一些地方排放標準的水質(zhì)指標及限值，有朝著(zhù)地表水水質(zhì)標準機械靠攏的趨勢，這是一種不科學(xué)的錯誤導向?！?/span>
污水深度處理最初是為解決水資源不足，滿(mǎn)足再生水水質(zhì)要求而設置的工藝單元。我國局部地區水資源嚴重不足，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(gè)高度復雜的系統工程，涉及政策導向、目標定位、用水途徑、水質(zhì)要求、技術(shù)選擇、安全保障、經(jīng)濟效益、公眾宣傳、價(jià)格差異、資源及產(chǎn)品付費原則等多個(gè)層面，實(shí)施中存在諸多的障礙，使再生水的利用未能達到期望的發(fā)展速度。
因此，嚴重缺水城市有必要強制推行污水再生處理與利用，一般缺水城市宜通過(guò)經(jīng)濟手段加以鼓勵和推動(dòng)，水質(zhì)型缺水城市應積極實(shí)施以削減水污染負荷、提高水體水質(zhì)功能為目標的污水再生處理?？紤]經(jīng)濟效率和社會(huì )效益，再生水應優(yōu)先用于城市景觀(guān)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可以承受，也應積極發(fā)展。而一刀切的要求再生水入戶(hù)或建設分散的小區再生水工程，其實(shí)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(lái)，隨著(zhù)污水排放標準的提高，深度處理已經(jīng)大量應用于城鎮污水處理廠(chǎng)的一級A提標改造或新建(擴建)工程，將其作為出水達標的把關(guān)工藝單元，但早先設置一級A排放標準的初衷是提出再生水的基本水質(zhì)要求，后來(lái)將其直接轉變?yōu)榕欧艠藴什⒉惶线m，部分水質(zhì)指標及限值需要做比較大的重新調整，特別是糞大腸桿菌以及總氮、總磷指標值。
城市污水的再生處理十分重要，但目前一些地方排放標準的水質(zhì)指標及限值，有朝著(zhù)地表水水質(zhì)標準機械靠攏的趨勢，這是一種不科學(xué)的錯誤導向。一方面，現行的地表水水質(zhì)標準本身存在明顯的缺陷，另一方面，混淆了排放標準與接納水體的水質(zhì)目標(標準)之間應有的界限與區別。例如，過(guò)度強調出水COD達到30mg/L，甚至20mg/L的水平，是沒(méi)有必要的，容易造成明顯的浪費；而TP0.3mg/L的所謂IV類(lèi)水標準，其實(shí)僅僅適合于流動(dòng)性良好的河流，對于基本沒(méi)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水的情況，TP至少應該低于0.1mg/L，最好低于0.05mg/L的水平。
保障未來(lái)污水處理廠(chǎng)的工程質(zhì)量
“如果項目實(shí)施中，能夠嚴格按照項目實(shí)施各個(gè)階段應有的程序來(lái)做，各負其責，各當其任，全面論證，科學(xué)決策，精心組織，精細管理，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(chǎng)在建成后運營(yíng)不久，就出現這樣那樣的質(zhì)量問(wèn)題，如工藝流程不合理，關(guān)鍵功能單元不全，系統運行不正常，施工精度不夠、設備安裝困難,平整度超標，混凝土質(zhì)量不穩定，設備能力不足、故障率高等等，不僅影響了污水處理廠(chǎng)的運行，還造成了不小的損失。這些問(wèn)題的出現，通常是由于工程前期準備工作長(cháng)期得不到足夠的重視，往往缺少必要的基礎調查、戰略策劃、詳細分析和科學(xué)決策，在工程設計和施工招投標階段，大幅度壓低設計費和工程費用，未能做到更科學(xué)、更合理和更適用，在施工和安裝階段，監管不夠嚴格，流于形式或受到“人情”關(guān)系的驅使。
例如，一些項目過(guò)度追求時(shí)髦或所謂的“創(chuàng )新”工藝，未充分考慮當地的客觀(guān)實(shí)際和發(fā)展需求；有的項目過(guò)于追求項目周期的縮短及低價(jià)，無(wú)論設計還是施工，業(yè)主未能提供足夠詳細的項目基礎資料，過(guò)度壓低咨詢(xún)與設計費用，提出明顯不合理的設計要求和施工周期；項目單位專(zhuān)業(yè)人員不配套，有的專(zhuān)業(yè)技能偏低，但往往“影響力”很大，特別是工藝、設備和施工方法選擇上，經(jīng)常居主導作用；設計和施工單位設計交底時(shí)間壓了又壓，沒(méi)有基礎數據參數，就做設計，沒(méi)有選定設備就要施工；一些地方，主持招標的不是專(zhuān)業(yè)機構、專(zhuān)業(yè)人員，而是地方黨政部門(mén)、紀檢干部，過(guò)于追求低價(jià)中標和“公平、公正”；這些不夠科學(xué)合理的項目實(shí)施過(guò)程與運作方式，往往是導致工程及施工質(zhì)量問(wèn)題的主要因素。如果項目實(shí)施中，能夠嚴格按照項目實(shí)施各個(gè)階段應有的科學(xué)程序來(lái)做，各負其責，各當其任，全面論證，科學(xué)決策，精心組織，精細管理，工程及施工質(zhì)量是有保障的。
因此，下一代水廠(chǎng)在建設過(guò)程中應吸取此類(lèi)經(jīng)驗教訓，做好前期調研分析與可行性論證工作，有針對性地解決以上問(wèn)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(lái)的污水處理廠(chǎng)，精細化的設計與運行控制至關(guān)重要，全過(guò)程的能耗物耗核算同樣不可或缺?！?/span>
根據2012年的統計數據，我國城鎮污水處理電能消耗約占全社會(huì )用電總量的0.219%。隨著(zhù)污水處理規模的加大和全社會(huì )產(chǎn)業(yè)結構的調整，這個(gè)比例將呈現持續加大的趨勢。因此，不僅未來(lái)污水處理廠(chǎng)應該是節能降耗的，當前的城市污水處理廠(chǎng)也同樣需要強調節能降耗，在保證穩定達標的前提下，降低能耗物耗，節約能源資源，這是所有從業(yè)者都應該共同努力的發(fā)展方向。
與此同時(shí)，我們還需要尊重不同發(fā)展階段的歷史事實(shí)，遵循經(jīng)濟學(xué)原理和客觀(guān)規律，考慮實(shí)際條件和可行性，不宜過(guò)度強調污水處理廠(chǎng)本身的節能降耗。在當前普遍市場(chǎng)化運營(yíng)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，相對容易控制并獲得節省效果。
就城市污水處理的全過(guò)程來(lái)說(shuō)，影響能耗物耗的主要因素包括所處地區的自然環(huán)境和社會(huì )環(huán)境特征，要達到的排放或用水標準，采取的污水處理工藝路線(xiàn)，接納的工業(yè)廢水比例及構成，處理的污水總量及運行負荷率，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，以及運營(yíng)管理單位的經(jīng)濟屬性等方面，需要進(jìn)行綜合分析和考慮，尤其輸運環(huán)節的能耗與成本。
城市污水處理廠(chǎng)由眾多構筑物及設備組成，進(jìn)水情況、處理水平、管理水平、設施設備運轉狀況等因素，相互聯(lián)系，相互影響，相互制約，構成了一個(gè)紛繁復雜的系統，其中某一個(gè)因素的改變往往會(huì )連鎖影響到其他因素。因此，城市污水處理廠(chǎng)節能降耗潛力與途徑的分析也需要采用系統的、全視角的觀(guān)點(diǎn)，充分考慮這些措施可能帶來(lái)的各種影響，優(yōu)化整體設計和運行控制。
在實(shí)際運行過(guò)程中，隨著(zhù)進(jìn)水水質(zhì)水量的變化，部分設備或單元功能區的運行狀況需要適時(shí)調整，還有部分設備或功能單元的運行狀態(tài)與進(jìn)水水質(zhì)水量的變化基本無(wú)關(guān)。對于不同的工藝單元及耗能設備，需要通過(guò)運行狀況與運行條件的動(dòng)態(tài)分析來(lái)確定可采取的節能降耗措施和方法。
對于未來(lái)的污水處理廠(chǎng)，精細化的設計與運行控制至關(guān)重要，全過(guò)程的能耗物耗核算同樣不可或缺。例如，曝氣供氧與機械混合是最大的耗能單元，風(fēng)機通常按滿(mǎn)足最大運行負荷時(shí)所需氣量加上安全系數來(lái)選定，如果設計不合理或運行控制不到位，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備，目前通常僅按現行規范中規定的池容、最大揚程與最大流量等邊界條件設計計算，不利系統節能和優(yōu)化運行，今后應進(jìn)一步重視這些設施的運行調節靈活性，以便依據條件變化適時(shí)進(jìn)行調整。
地下污水處理廠(chǎng)
“對于地下式污水處理廠(chǎng)的工藝流程選擇，應該是多樣化和因地制宜的?！?/span>
城市污水處理廠(chǎng)實(shí)施方式和工程決策需要體現：“集中為主，分散為輔；全面論證，因地制宜；技術(shù)先進(jìn)，穩妥可靠；經(jīng)濟適用，簡(jiǎn)約省地；低能低耗，運維簡(jiǎn)便”的基本原則。從科學(xué)決策和技術(shù)經(jīng)濟角度而言，下一代的城市污水處理廠(chǎng)不應該以地下式的污水處理廠(chǎng)為主導，這是一種錯誤的導向，地下式污水處理廠(chǎng)有其存在與發(fā)展的合理性，但不可能是應有的、順勢而為的發(fā)展機遇，也不一定都是迫不得已的選擇，而是源自成因復雜的非科學(xué)、非理性的決策。
從工程投資、運行成本、能耗物耗、安全保障、運行維護等方面綜合考慮，地下式污水處理廠(chǎng)是把簡(jiǎn)單問(wèn)題復雜化、技術(shù)決策政治化利益化的選擇，多數情況下不一定是科學(xué)合理的抉擇，但從政治、社會(huì )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(huì )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，但決策應該慎之又慎，全面權衡與論證。
地下式的污水處理廠(chǎng)確實(shí)可以節省地表占地面積，但節省不了地下空間。地下空間作為城市發(fā)展的存量資源，正在成為新城鎮化建設的寶貴資源，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(huì )公共資源。如果僅從消除周?chē)h(huán)境影響和節省占地的角度而選擇地下式的話(huà)，不如選擇半地下式或地上全封閉式的建設模式，通過(guò)系統考慮和精心設計，可以達到同樣的節地和環(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(chǎng)的工藝流程選擇，應該是多樣化和因地制宜的。實(shí)際上，污水處理廠(chǎng)的占地面積大小并不完全取決于工藝流程的選擇，就達到同樣排放標準來(lái)說(shuō)，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(xiàn)、電纜、通道和綠化區的布設方式。地上式污水處理廠(chǎng)通常習慣采用平面伸展模式，而地下式污水處理廠(chǎng)采用立體疊加模式，其實(shí)，地上式污水處理廠(chǎng)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(guò)建筑景觀(guān)綠化的精細設計與裝點(diǎn)，甚至可以成為城市的地標性設施。
未來(lái)污水處理廠(chǎng)的工藝創(chuàng )新
“未來(lái)的城市污水處理廠(chǎng)到底應該有一個(gè)怎樣的革新……我們應該鼓勵多樣化的發(fā)展、多樣化的實(shí)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，做到能源化、資源化、生態(tài)化、景觀(guān)化、智能化和個(gè)性化，并成為科學(xué)研究與人文環(huán)境教育的基地或地標設施?！?/span>
1、未來(lái)污水處理工藝的發(fā)展方向未來(lái)城市污水處理工藝將繼續是已有技術(shù)的延伸擴展與新型改進(jìn)技術(shù)的不斷融入。從過(guò)去的發(fā)展來(lái)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，都體現了不同時(shí)期已有技術(shù)與新技術(shù)的不斷融合與集成應用。
因此，可以認為，今后的城市污水處理工藝技術(shù)發(fā)展仍然離不開(kāi)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之中，然后實(shí)現進(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，然后再擴展到A2/O除磷脫氮；微孔曝氣的出現，使鼓風(fēng)曝氣系統生物池污泥濃度完全可以達到氧化溝系統的水平。
從當前的國際趨勢和國內需求來(lái)看，城市污水處理工藝技術(shù)的主要發(fā)展方向是穩定達標前提下的能源化、資源化和低能耗低物耗的精細化管理控制。例如，通過(guò)水質(zhì)的部分或完全恢復，包括反滲透與正滲透技術(shù)的應用，達到特定用水功能要求，實(shí)現水的回收，供區域水系統循環(huán)使用或下游界外用戶(hù)取用；通過(guò)污水與污泥有機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(jià)值的有機物轉化為產(chǎn)品，以及回收磷、氮、硫等有使用價(jià)值的礦物組分。通過(guò)已有技術(shù)的回歸與不斷完善，新技術(shù)和新設備在工程應用層面的重大突破，以及運行管理能力的提升，人員素質(zhì)及技能水平的提高，城市污水處理工藝技術(shù)將持續發(fā)展與不斷升級，呈現多樣化、集成化、智能化、精細化和個(gè)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(lái)城市污水處理系統的核心組成部分。
2、未來(lái)城市污水處理廠(chǎng)的革新現狀是時(shí)間與人類(lèi)智慧的積累，未來(lái)是現在的不斷發(fā)展與修正，回顧歷史過(guò)程，可以在一定程度上預知未來(lái)?；钚晕勰喾ㄕQ生百年之際，有人說(shuō)到了該終止的時(shí)候了，有人說(shuō)還會(huì )延續100年、500年，甚至更長(cháng)久的時(shí)間。曾經(jīng)在丹麥的一個(gè)污水處理廠(chǎng)，看到最古老的滴濾池在運行，最新的厭氧氨氧化在建設，老舊泵房運轉中，新擴泵站將建成。20世紀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(méi)有新增，但隨著(zhù)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，現在又出現了回歸的發(fā)展趨勢。
1997年，我陪Poul-Harremoes教授參觀(guān)紀莊子污水處理廠(chǎng)時(shí)，他很奇怪地問(wèn)，你們污水處理廠(chǎng)怎么會(huì )種這么多高大的落葉樹(shù)木，不怕秋冬季落葉飄落在池子里面嗎？我說(shuō)，我們有景觀(guān)綠化的指標要求，落葉可以人工清理。后來(lái)注意到，北歐的污水處理廠(chǎng)特別注意節省人力，傾向于無(wú)人值守的發(fā)展方向，而在德國看到的是員工人數不低于國內的污水處理廠(chǎng)人數，并且有不少博士和高級技師，此外，大學(xué)教授會(huì )與某個(gè)或若干個(gè)污水處理廠(chǎng)建立密切的聯(lián)系和長(cháng)期合作關(guān)系。
2009年，參觀(guān)美國華盛頓特區Blue-Plain污水處理廠(chǎng)時(shí)，曾經(jīng)對他們的工藝流程感到不可思議，首先是20世紀50年代的高負荷活性污泥法去除全部有機物，然后是60年代的氨氮硝化，接著(zhù)全部依靠外加甲醇的深度反硝化，后續出水過(guò)濾系統，其控制系統也較原始，當時(shí)正在進(jìn)行自控系統更新?lián)Q代，目前這些工藝系統仍然照舊運行。發(fā)生的重大變化是，2015年該廠(chǎng)啟動(dòng)了全球規模最大的Cambi污泥熱水解和污泥高濃度厭氧消化系統，采用側流厭氧氨氧化技術(shù)，并匯聚歐洲和北美的科技力量，開(kāi)展了主流工藝厭氧氨氧化技術(shù)的工程應用研究。
因此，未來(lái)的城市污水處理廠(chǎng)到底應該有一個(gè)怎樣的革新，是不太可能有確定性答案的，不同的人會(huì )有不同的想法，不同的地域會(huì )有不同的實(shí)踐，可以跨越歷史，但不可能切斷聯(lián)系，我們應該鼓勵多樣化的發(fā)展、多樣化的實(shí)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，做到能源化、資源化、生態(tài)化、景觀(guān)化、智能化和個(gè)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(lái)的污水處理廠(chǎng)人才需求將是復合型的管理人與經(jīng)理人，全能型的技術(shù)支持與服務(wù)團隊，技能型的精細化運營(yíng)團隊，以及公眾認知水平的顯著(zhù)提高與廣泛參與。
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