我今天給大家匯報的題目是高標(biāo)準(zhǔn)排放下污水廠運(yùn)營的痛點與出路。主要從四個方面介紹。首先從行業(yè)背景和技術(shù)背景方面談一下提標(biāo)改造的內(nèi)憂和外患。
首先說一下行業(yè)背景，就是外患。外患第一點是監(jiān)管的壓力，大家知道近兩年來的“環(huán)保風(fēng)暴”，對于污水處理廠，包括整個環(huán)保行業(yè)的監(jiān)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(yán)格的地方標(biāo)準(zhǔn)，壓力很大，另外一方面就是要求污水廠加裝總氮、總磷的在線儀表，這種變化對于污水廠的運(yùn)營影響還是比較大的，24小時的連續(xù)監(jiān)測對于精細(xì)化的控制要求提高了。再有一點就是環(huán)保的一瓢式監(jiān)管方式?？傮w來說，在監(jiān)管壓力增加的情況下，幾乎是資本的冬天，但同時也帶來了機(jī)遇，監(jiān)管嚴(yán)了，正是促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步的一個外在的動力。
第二個外患是排放標(biāo)準(zhǔn)的問題。排放標(biāo)準(zhǔn)我主要從運(yùn)營管理的角度來解讀一下地表四類給我們帶來的運(yùn)營方面的一些問題以及高排放標(biāo)準(zhǔn)條件下的成本和技術(shù)的平衡點。先講一下我們運(yùn)營人員的狀態(tài)，在執(zhí)行二級標(biāo)準(zhǔn)的時候大家可以躺著干，幾乎不需要做太多的調(diào)整，實行一級標(biāo)準(zhǔn)的時候，包括一級A和一級B，我們的運(yùn)營人員就要走起來，不能躺著干了。到了地表水標(biāo)準(zhǔn)，不用干！為什么不用干了？因為咱們從指標(biāo)上可以看一下，地表四類氨氮的指標(biāo)是1.5，這里還要講一個叫需氧量，進(jìn)水的需氧量因子，常規(guī)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，兩個指標(biāo)需氧量在500mg/L左右。也就是說在供氧總量在500的條件下，控制精度要到7，如果少了氨氮不達(dá)標(biāo)，如果多給了會影響總氮和總磷的達(dá)標(biāo)，所以說控制區(qū)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(jī)器來干。
第三個外患是低價競爭+支付風(fēng)險。在這里我們呼吁兩個精神，就是契約精神和工匠精神，需要加強(qiáng)。另外在綜合以上這些外部的條件的壓力情況下，如果要實現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)排放，唯一的出路就是要做到低成本，這是我們的觀點，只有低成本才可持續(xù)。
下面講一下技術(shù)背景，也就是內(nèi)憂。在說之前，先說兩個概念，一個叫碳源利用率，我在去年的時候也說過這個概念，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方向，同化反應(yīng)、與氧氣反應(yīng)、與硝態(tài)氮反應(yīng)。碳源與氧氣反應(yīng)或者同化反應(yīng)，對于碳源來說都是不利的，雖然做不到100%與硝態(tài)氮反應(yīng)，但是要追求盡量高比例的碳源，于硝態(tài)氮的反應(yīng)。另外一個叫總氮放棄率，總氮放棄率是什么概念呢，就是在假設(shè)碳源無限充足的情況下，我們得工藝仍然無法去除的總氮。
比如說AAO工藝，通過內(nèi)回流和外回流將硝化液拉回缺氧區(qū)，內(nèi)回流比200%，外回流比100%的情況下，將有25%的TN通過二沉池出水排出，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。
下面就用這兩個概念判斷一下目前提標(biāo)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(nèi)回流夾帶氧氣，碳源利用率較高，總氮放棄率高。這個工藝面臨一個問題就是配水的問題，第四點配水就會面臨總氮放棄率高的問題，第四點不配水需要外加碳源來補(bǔ)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最后一點不配水一樣，碳源利用率低，總氮放棄率低。
另外一個問題就是刻意追求SND，碳源浪費巨大。SND是一個非常偉大的發(fā)現(xiàn)，可能過去對它過度神化了。首先先說一下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。也就是說你的供氧量大于它的消耗量才會產(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(yīng)，浪費極大，利用率必然是低的。
2、運(yùn)行管理的內(nèi)憂：我們目前雖然做了很多的工作，但是目前從各方面來看，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(yùn)行模式：過量曝氣。成本高一些。增加總氮、總磷之后的運(yùn)行模式：過量曝氣+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，二沉池具備幾個條件？可以說，二沉池目前在生物池末端的BOD都已經(jīng)要求小于6了，實際可能也就2,3個，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(yīng)的話，它的碳源需要污泥水解實現(xiàn)，但二沉池的污泥停留時間顯然是不夠水解需求的，所以這里要說一個情況，我們可以完全不用擔(dān)心二沉池發(fā)生反硝化反應(yīng)，現(xiàn)在我們是地表四類、地表三類了，完全不用擔(dān)心這個問題，執(zhí)行二級標(biāo)準(zhǔn)的時候大家擔(dān)心是對的，新形勢下這種擔(dān)心是多余的。第四個就是大比例內(nèi)回流。氧氣夾帶很嚴(yán)重，浪費了碳源。
運(yùn)行管理的其他問題，例如設(shè)備維修，我們現(xiàn)在設(shè)備維修基本上處在設(shè)備壞了才會修，很難做到預(yù)防工作，另外水量水質(zhì)波動大，上游偷排成本低，一瓢式監(jiān)管變相進(jìn)一步提高了對出水水質(zhì)的要求，常規(guī)自動控制技術(shù)過渡以來儀表的準(zhǔn)確度和完好率，一個污水廠有數(shù)百臺儀表，不可能同時都是好的，都準(zhǔn)確，過高的要求反倒帶來自身運(yùn)行不穩(wěn)定的問題，這一點需要突破，還有一點就是精細(xì)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大點分享一下我們創(chuàng)業(yè)環(huán)保在面對以上問題的解決方案，主要有3個方面，都源自運(yùn)營，主體思路是以低成本實現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)排放，3個方面分別是工藝設(shè)計優(yōu)化，運(yùn)行控制優(yōu)化和設(shè)備運(yùn)維優(yōu)化。工藝設(shè)計要求工藝不僅僅以可能達(dá)標(biāo)為目的，同時還要考慮達(dá)到這一目的的成本，運(yùn)行控制要更多的采用精細(xì)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(shè)備運(yùn)維方面要能夠?qū)υO(shè)備故障進(jìn)行預(yù)判，前置維修保養(yǎng)，支撐工藝需求。
先講一下我們在工藝設(shè)計方面的改進(jìn)，采用了側(cè)流強(qiáng)化多級AO工藝，這個側(cè)流并非水解，而是利用生態(tài)學(xué)原理，通過側(cè)流強(qiáng)化提高反硝化菌群的生長繁殖，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(nèi)源呼吸抑制技術(shù)，促進(jìn)反硝化酶系統(tǒng)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(yīng)效率，另一方面提高了好氧區(qū)發(fā)生同步硝化反硝化的比例，這里可以看出來SND不是不可用，而是要用對地方，該有的缺氧區(qū)還要有，這一工藝，碳源利用率高，同時總氮放棄率低，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(dá)到95%。
該工藝在紀(jì)莊子污水處理廠一個12萬噸每天的系列做進(jìn)行生產(chǎn)性實驗效果也非常顯著，這是進(jìn)水COD，BOD和TN的數(shù)據(jù)，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).
實驗同期對比另外一個21萬噸/天的普通多級AO工藝，通過九個月的對比發(fā)現(xiàn)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(cè)流強(qiáng)化多級AO出水TN平均6.2。
可以看出該工藝在常規(guī)條件下比普通多級AO可以多去除10個左右的TN，由于更多的硝態(tài)氮參與了氧化，曝氣量也更少，10個TN節(jié)約的碳源成本大約是一噸水3毛錢，效果是很顯著的。基本在工藝設(shè)計上做到了低成本達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)要求。
下面第二個優(yōu)化方向就是智慧水務(wù)，我們所認(rèn)為的智慧水務(wù)有三個階段，就像一個人，分為骨架，肉體和靈魂三個層次，骨架階段就是搭建基本的通訊通道，建立工業(yè)以太網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程開關(guān)控制，智慧水務(wù)的肉體就是現(xiàn)在比較火的大數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)模型分析以及基于專家診斷系統(tǒng)包括WEB端和移動APP監(jiān)控等，那么以上這些都只是把數(shù)據(jù)進(jìn)行了采集和分析，這些數(shù)據(jù)究竟怎么樣才能為水質(zhì)達(dá)標(biāo)和降低成本發(fā)揮作用呢，那就需要第三個層次，也就是我們說的靈魂階段，我們認(rèn)為智慧水務(wù)的靈魂就是關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)的智能化控制，將人的控制策略交給機(jī)器來執(zhí)行，通過對有效數(shù)據(jù)的利用實現(xiàn)自動調(diào)整，達(dá)到節(jié)能和增效的作用，這才是智慧水務(wù)的落腳點和存在價值。
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，以接近人類思維的模式對關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，通過多因子周期性的步幅調(diào)整，按照不同的權(quán)重因子抓大放小，使得控制值自動無限趨近與合理區(qū)間，避開了大量的公式計算，對水質(zhì)水量變化的應(yīng)對能力更強(qiáng)，以模糊的手段獲得了精確的結(jié)果，因為和人類的思維模式很接近，這種控制方式也稱為工藝管理機(jī)器人。
以曝氣量智能控制為例，系統(tǒng)投入使用前出水氨氮和生物池DO變化都比較大，系統(tǒng)投入使用后運(yùn)行曲線則非常平穩(wěn)，既防止了過量曝氣，又促進(jìn)了氨氮的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，避免過量曝氣同時也促進(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(jù)實際運(yùn)行統(tǒng)計，節(jié)約電耗和藥號可達(dá)到噸水約1毛錢，同時模糊控制的方式降低了對儀表完好率和準(zhǔn)確度的要求，允許儀表的誤差和正常維修，這一點反過來大幅度提高了系統(tǒng)本身運(yùn)行的穩(wěn)定性。
第三個方面是設(shè)備運(yùn)維的優(yōu)化，再好的工藝和控制手段都離不開正常的設(shè)備支持，如果設(shè)備壞了或者維修周期特別長一切也都是空談，對于設(shè)備運(yùn)維我們以前大多采用救火式維修，也就是等設(shè)備壞了才修，維修周期還很長，實際上設(shè)備壞之前都會有預(yù)兆，有經(jīng)驗的維修師傅可以根據(jù)設(shè)備聲音，振動，電流，發(fā)熱量等方面對設(shè)備狀態(tài)做出預(yù)判，我們所做的全生命周期設(shè)備運(yùn)維管理就是將人的經(jīng)驗通過一系列的探頭和數(shù)據(jù)采集分析判斷來表達(dá)出來，從而自動判斷設(shè)備健康狀態(tài)，給出風(fēng)險預(yù)警，進(jìn)行預(yù)防性維修，即可以縮短維修周期又能夠延長設(shè)備使用壽命，對工藝運(yùn)行提供有力支持！
這些優(yōu)化措施同時作用，在達(dá)到準(zhǔn)四類標(biāo)準(zhǔn)的情況下，總計可節(jié)約噸水0.3-0.5元的成本，如果這些技術(shù)應(yīng)用到全國的污水處理廠，按照每天2億噸污水計算，每天節(jié)約的成本量將達(dá)到0.6-1億元，成本節(jié)約量將非?？捎^。只有做到低成本達(dá)標(biāo)高標(biāo)準(zhǔn)排放才可持續(xù)，我們的提標(biāo)改造研討會現(xiàn)在開到了第二屆，還能不能開第三屆第四屆甚至更多界，就要依托更多的技術(shù)創(chuàng)新來實現(xiàn)低成本高標(biāo)準(zhǔn)排放的目標(biāo)，才能繼續(xù)開下去。
最后給大家分享一下我們還在研究的幾個方向，還沒有用到實際生產(chǎn)運(yùn)行中，一是工藝參數(shù)模擬與專家診斷預(yù)警，二是基于電網(wǎng)峰谷平電價的進(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(nóng)村廢水處理站，四是二沉池運(yùn)行效果優(yōu)化技術(shù)，五是人造顆粒污泥。