污水處理設施建設由“規模增長”向“提質增效”轉變的思考
2019年5月，住建部、生態環境部和國家發改委等三部委聯合發布《城鎮污水處理提質增效三年行動方案(2019—2021)》，該文件將對未來三年污水處理行業產生重大影響。日前，在2019（第十一屆)上海水業熱點論壇上，上海城投污水處理有限公司總經理姚杰分享了有關上海市中心城區污水處理設施建設由“規模增長”向“提質增效”的幾點思考。
以下為姚杰現場發言內容（根據現場速記整理，未經本人審閱）
提質增效的背景
姚杰首先介紹了上海實行提質增效的背景。上海是全國最早建設污水處理廠的城市，在1922年建立了中國第一座污水處理廠。整個上海污水治理的發展總共經歷了三個階段：
80年代以前，上海污水處理事業處于起步階段，建國后共建成了四座污水處理廠，上海的污水處理規模達到14萬噸/日。
80年代~2016年，上海中心城區污水治理進入快速發展階段，此階段上海開展了合流污水治理一期、二期、三期工程、蘇州河治理一期、二期、三期工程，開展了大量的污水輸送以及污水末端廠的建設，污水處理廠總處理規模增加了約56倍。
自2017年以來，上海污水處理進入了提質增效階段，此階段中上海污水處理以提質增效為主，規模增長為輔。
姚杰表示，進入提質增效為主的階段主要有兩方面的原因，一是政策驅動，二是需求驅動，包括水環境治理需求和污水處理廠自身發展的需求。
政策驅動即中央、國務院、部委和地方政府陸續制訂發布多部推動提質增效的文件。
圖1 “提質增效”全國相關發文
圖2 “提質增效”上海相關發文
水環境改善需求：主要是消除黑臭水體，提升水功能需要；
污水廠的內部需求：一是污水廠水、泥、氣沒做到同治，處理效果需要提升；二是污水廠的價值取向也有對提質增效有內在需求。污水廠城市基礎設施的重要組成部分，在基礎設施大規模建設完成的情況下，要立足存量市場，提質增效、節能降耗，將污水處理設施特別是污水廠的運行效率發揮到極致。綜合以上兩點原因，污水廠由“規模增長”向“提質增效”的轉變成為必然。
在提質增效時代，污水廠提質增效將會圍繞六個方面：泥水同步，水氣同治、資源循環、科技創新、環境友好、智慧管理。
圖3 污水處理廠提質增效六個方面
污水廠提質增效的方向
姚杰表示，近期上海中心城區污水處理廠提質增效主要有四個方向：
一，污水處理：全流程規劃提升。
二，污泥處理：全循環挖潛利用。
三，氣體處理：全方位收集控制。
四，智慧管控：全環節智慧高效。
污水廠提質增效的思考
針對污水廠提質增效四個方向，結合上海中心城區污水處理廠的情況，姚杰分享了九個具體的措施和思考。
第一、污水處理——全流程優化提升
關于如何實現污水處理全流程優化提升，姚杰提出了三點思考建議：
一、消減溢流負荷
上海污水處理是集中處理為主，分散處理為輔，污水廠受污水排放波動影響大，同時，中心城區合流和分流并存，分流存在雨污混接現象，污水廠受降雨等因素影響大，進污水廠水量波動，存在溢流污染風險。姚杰表示，污水廠的目標是雨污同治，最大限度地減少雨天溢流污染物，對此有五點建議：
1.通過新建污水廠增加污水處理能力，2020年底上海城投新增污水處理能力約40萬噸。
2.通過對老污水廠功能改造和在泵站、干線及污水廠建設調蓄池，增加調蓄量。目前上海已建和正在設施及計劃建的調蓄池，調蓄能力在兩百萬噸左右，這些調蓄能力對于進廠水量削峰填谷，調蓄初期雨水有較大的作用。
3.發揮現有設施的處理能力，盡可能多處理污水。
4.研究雨污水的快速處理技術。污水處理能力增加總是有一定的限度，而因為上海江南地區雨水比較多，我們正在研究如何將雨水經過快速的處理進行污染負荷消減的相關技術，以減少合流污水溢流污染負荷水。如目前正在對雨天降水的整個過程，中雨、小雨、大雨的來廠污水的污染負荷基本規律進行研究，為今后針對污染因子和負荷采取不同的處理措施打下基礎。下圖為降雨后進廠總氮值變化情況：
5.在污水廠對溢流污水進行快速處理排放的考核，我們建議應對標國際先進典型案例，建立以總量管控為目標，探索“晴雨不同標”的排放標準。
二、降低處理藥耗
隨著污水廠達標改造的開展，污水廠藥耗成倍地增加。化學藥劑的生產、運輸與投加需要消耗資源，也是變相地增加社會污染負荷容量。如何最大發揮生物脫氮除磷的功能，優化減少藥劑使用量，也是我們關注問題之一：
1.基于DO等參數控制和碳源投加點優化，減少投加碳源量，實現更好的脫氮效果。
2.開展異養反硝化碳源強化利用研究，增強生物脫氮除磷作用，減少外加碳源。如我們目前開展BBSNP工藝研究，可實現反硝化聚磷菌一碳兩用；開展污泥側流溶胞減量-碳源補充工藝研究，主要強化污水內部碳源循環利用。
3.開展自養反硝化研究，利用以無機碳作為碳源、氫氣為電子供體的自養菌完成反硝化，實現污水深度脫氮，節省成本并消除外加碳源二次污染。
三、提升出水水質
目前污水廠要求出水水質是達到一級A，我們一方面關注如何使出水水質優于一級A，同時也在關注加藥之后的消毒副產物安全問題：
1.對現有污水廠進行提標改造，出水水質標準從二級提高到一級A；
2.對尾水未消毒、消毒后糞大腸菌群變化規律，及消毒副產物進行研究，分析其在排放水體中變化規律和機理，及對水生態和生物多樣性的影響。探索消毒工藝優化和消毒的必要性，避免產生二次污染。
3.對達標改造后的廠進行精細化管理，進一步提升出水水質。
第二、污泥處理——全循環挖潛利用
按照污泥處理減量、穩定、無害和資源化的目標，上海污泥通過干化焚燒后，減量、穩定和無害基本做到，但資源化還有待提高，針對如何提高污泥資源回收利用效率的問題，姚杰提出了兩點思考建議：
一、提高能源自給率
目前，污水處理廠能源自給率較低，污水污泥中的能源利用率亟待提高。針對最大限度提取利用污水能源和提高污水廠能源自給率的目標，姚杰提出三點建議：
1.通過污泥厭氧強化工藝優化研發，進一步提高污泥厭氧消化產氣率，保證厭氧消化工程穩定、高效運行，提高生物質能源利用率；
2.研究污泥干化焚燒工藝中不同泥質情況下的入窯臨界含水率，最大程度地降低能耗；
3.基于污泥干化焚燒系統質能平衡校核計算，進行干化氣體余熱回收利用提質增效研究。
二、提升灰渣資源利用率
在確保環境安全前提下最大限度提高污泥灰渣資源化利用的目標，姚杰提出三點思考建議：
1.對污泥焚燒灰渣成分進行分析研究，對灰渣的性質進行鑒定，為后續處置提供依據；
2.開展焚燒灰渣建材利用研究，探索多種資源化途徑。經初步研究，污泥灰中SiO2含量在30%左右，可進行建材利用，作為水泥生料鐵質校正料、制備水泥混合材、制備水泥混合材、混凝土參合料、路基材料等；
3.開展污水污泥中磷等元素回收利用研究。污泥中磷含量達12%左右，可做為制備土壤改良劑或磷肥的原料。
第三、氣體處理——全方位收集控制
根據公司情況，目前主要關注污泥干化焚燒產生的煙氣和臭氣，針對這兩方面姚杰提出他們的思考和做法：
一、優化煙氣處理，進一步降低煙氣污染物的排放濃度
姚杰提出，一方面研究優化目前煙氣處理工藝，使煙氣排放濃度低于《生活垃圾焚燒大氣污染物排放標準》(DB31/768-2013)和歐盟標準。
另一方面，開展《污泥單獨干化焚燒煙氣排放標準》地方標準的研究，為進一步規范和優化煙氣排放控制提供依據。
二、提升臭氣控制標準。污水廠廠內也需做到臭氣全收集、全處理
姚杰指出，污水廠不僅需實現廠界外臭氣高標準排放，對廠內操作間也需要維持無臭工作環境，實現臭氣源全收集處理、臭氣廠界、廠內全控制，實現環境友好。這需要通過以下兩個方面推動：
一是通過污水廠提標改造工程，對污水廠產生臭氣的污染源進行全覆蓋，實現臭氣全收集、全處理，處理后臭氣排放可滿足目前全國最高標準《城鎮污水處理廠大氣污染物排放標準》（DB31/982-2016）和《惡臭（異味）污染物排放標準》（DB31/1025-2016）。
二是研究對操作空間臭氣的控制技術；推進上海地方標準《污水廠區臭氣治理技術要求》制定，確保廠內外臭氣同步達標，改善操作人員的工作環境。
第四、智能管控——全環節智能高效
針對全環節智能高效，我們主要圍繞智能感知和操作、智慧管理和決策兩方面展開。
一、智能感知和操作
目前，污水廠運營企業對智能感知和操作的需求較為強烈。因為所有現存污水廠加蓋以后，難易直接看到設備和工藝的運行狀態，只有提升智能感知、無人巡檢的能力，使設備和工藝遠程可測、可控、可視、可調，才能確保污水處理廠安全運行；從實現精細化管理的要求，我們也必須實時對工藝運行的數據快速掌握，為工藝的實時調整提供依據，確保廠達標排放。同時通過信息系統可以對系統進行優化，如精確加藥、精確曝氣等，可實現降本增效。
二、智能管理和決策
智慧管理方面，我們主要聚焦于建立大數據系統，將所有運行參數和運行數據進行收集匯總，通過開發專用系統為運行提供優化策略并實施。并且對污水廠的能源和資源進行審計，對全廠能耗、藥耗分析提供決策支持。
最后，姚杰呼吁：提質增效只有起點，沒有終點，希望行業同仁共同努力，為共建生態友好智慧的污水廠努力奮斗！
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