污水處理與升級改造六項顛覆性技術(shù)
2016年12月8日-9日，第十一屆中國城鎮(zhèn)水務(wù)發(fā)展國際研討會與新技術(shù)設(shè)備博覽會在廣州白云國際會議中心盛大開幕。研討會就中國時下水務(wù)發(fā)展狀況、目標、相關(guān)政策及實施等問題進行深入和全方位的探討，平行舉辦的分論壇對行業(yè)內(nèi)最前沿、最核心的理念和技術(shù)進行了研討和展示。
2016年12月9日下午，尚川(北京)水務(wù)有限公司特別顧問、中國人民大學低碳水環(huán)境技術(shù)研究中心主任王洪臣教授在“污水處理與升級改造”分論壇作了精彩發(fā)言，對城鎮(zhèn)污水處理廠目前運營過程中存在的問題與未來面臨的挑戰(zhàn)進行了全面剖析，并重點介紹了六項污水處理廠運營優(yōu)化的顛覆性技術(shù)。
王洪臣教授指出，我國城鎮(zhèn)污水處理事業(yè)在“十一五”和“十二五”時期快速發(fā)展，日處理能力已高達1.62億立方米，超過了美國1.25億立方米的處理能力，但是運營水平與發(fā)達國家相比仍然差距較大，主要體現(xiàn)在出水水質(zhì)不能穩(wěn)定達標，并且能耗物耗過高。在目前污水處理廠建設(shè)的基礎(chǔ)上，通過現(xiàn)有設(shè)施的優(yōu)化運營，耦合新型的優(yōu)化技術(shù)，實現(xiàn)出水水質(zhì)提升、能耗物耗降低的潛力非常大。
針對我國污水處理廠普遍存在設(shè)備效率偏低、過程監(jiān)察模糊、需求響應(yīng)機制未完全建立、工藝流程不合理等問題，王洪臣教授提出了六項污水處理廠提標提效顛覆性技術(shù)：
(1)新型高分子彈性體曝氣器
曝氣系統(tǒng)是污水處理廠能耗最高的單元，占全廠能耗的50-70%;而曝氣器是曝氣系統(tǒng)中最關(guān)鍵的設(shè)備，投資只占到污水處理廠的0.5%以下。目前曝氣器采用陶瓷和橡膠兩個大類，但是普遍存在充氧性能差、易堵塞、壽命短等問題，導(dǎo)致水廠運行效率低、能耗偏高，造成的經(jīng)濟損失遠超曝氣器本身的投資。因此提高曝氣器品質(zhì)，對于水廠效益的提高至關(guān)重要。未來污水處理廠選用的曝氣器應(yīng)該具備以下三個特征：
長期運行穩(wěn)定(不撕裂、不老化、不結(jié)垢、不漏氣、壽命長);
充氧性能高(OTE、OTR、AE等充氧指標高);
調(diào)節(jié)品質(zhì)好(充氧效率對曝氣量敏感性差)。
新型高分子彈性體曝氣器克服了目前曝氣器存在的缺點，同時具備以上三個特征，能夠大幅提高水廠曝氣系統(tǒng)的運行效率，并且提高處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
(2)新型污水處理過程監(jiān)測儀表
我國水廠的運行工程師對污水處理過程的監(jiān)控能力有限，主要原因是可使用的監(jiān)測工具非常少，除了污泥濃度計、溶解氧儀做參考外，其他運營過程基本處于黑箱操作狀態(tài)。比耗氧速率在線測定儀和工藝狀態(tài)曝氣綜合充氧性能測定儀的使用為水廠運行人員打開了全新的窗口�；钚晕勰啾群难跛俾�(Specific Oxygen Uptake Rate，SOUR)是單位時間內(nèi)單位質(zhì)量的活性污泥所消耗氧氣的量，反映了微生物的活性;工藝狀態(tài)曝氣綜合充氧性能測定儀可以直接測定工藝狀態(tài)下曝氣系統(tǒng)的實際氧轉(zhuǎn)移效率(Oxygen Transfer Efficiency, OTE)和區(qū)域曝氣量。通過這兩臺新型過程監(jiān)測儀表，水廠人員可準確獲得活性污泥生化系統(tǒng)的性能狀況和曝氣系統(tǒng)的運行狀況，從而進行科學、及時的運行調(diào)控。
(3)曝氣極限控制策略
目前曝氣控制系統(tǒng)普遍采用DO反饋耦合數(shù)學模型的策略，存在控制滯后、調(diào)控精度低等問題。曝氣極限控制策略按照“按需供氣”的原則，采用了OUR前饋的控制邏輯，將曝氣系統(tǒng)供氧量與微生物需氧量進行了精準匹配。與傳統(tǒng)的精確曝氣相比，可以實現(xiàn)精度高、無滯后的曝氣控制，可最大程度地達到曝氣系統(tǒng)的節(jié)能。
(4)溶解氧科學管理系統(tǒng)
在污水好氧生物處理工藝中，溶解氧是最重要的狀態(tài)指標之一。很多污水處理廠氨氮、總氮等不能穩(wěn)定達標，與厭氧區(qū)、缺氧區(qū)以及好氧區(qū)的溶解氧失衡、功能紊亂密切相關(guān)。因此將溶解氧科學管理起來，即是水廠穩(wěn)定達標的需要，也是節(jié)能降耗的需要。溶解氧科學管理系統(tǒng)以新型的過程監(jiān)測技術(shù)與臨界氧傳質(zhì)-反應(yīng)動力學模型為手段，通過對生化反應(yīng)池污泥特性和曝氣系統(tǒng)性能的綜合測定，核算針對不同污染物降解和不同生化反應(yīng)階段的最佳曝氣量和攪拌量，從而在不影響污泥懸浮的前提下，使生化池不同功能區(qū)達到最適溶解氧水平，避免溶氧錯位，保證水廠穩(wěn)定高效運行。
(5)新型二沉池回流比控制技術(shù)
目前水廠二沉池的回流比普遍較高，不僅造成能量的大量浪費，也導(dǎo)致了前端生化池實際水力停留時間偏少，影響處理效果。傳統(tǒng)的運行只考慮二沉池的澄清能力，并沒有挖掘濃縮潛力。新型的二沉池回流比控制技術(shù)基于流態(tài)模擬技術(shù)和回流污泥濃度預(yù)測模型，不僅可以優(yōu)化二沉池流態(tài)，提高二沉池濃縮性能，降低回流比，而且能增加曝氣池生物量，從而使生化系統(tǒng)的污染物降解能力得到強化。
(6)SSGO三相秒分技術(shù)
我國90%的污水處理廠未設(shè)初沉池，并且沉砂池對0.1 mm以下的沙粒去除效率不高，這就導(dǎo)致后續(xù)生化單元負荷過高，能量大量消耗，并且泥渣砂的沉積導(dǎo)致池容減少，后續(xù)設(shè)備損壞嚴重。而在水廠的提標改造過程中，又因初沉池占地面積較大而使改造設(shè)計難以實現(xiàn)。SSGO三相秒分技術(shù)能夠在秒級別的時間內(nèi)快速去除污水中泥渣砂油，并且占地面積小，處理萬噸水/天占地僅12 m2，運行能耗0.03 kwh/m3，可高效降低后續(xù)處理工藝負荷。另外對于沒有足夠土地擴建二沉池的水廠，該技術(shù)還可用于替代二沉池，幫助水廠快速實現(xiàn)泥水分離。SSGO可實現(xiàn)污水處理廠的提標擴容與本質(zhì)節(jié)能，是未來提標提效改造的核心技術(shù)。
王教授的演講引起參會者強烈反響，特別是對新型曝氣器、活性污泥生化反應(yīng)過程監(jiān)測儀表、SSGO三相秒分技術(shù)等顛覆性技術(shù)有著濃厚興趣。王洪臣教授認真聽取與會者提問并逐一解答，并希望與大家共同努力，促進我國污水處理運營水平的優(yōu)化升級。
“污水處理與升級改造”分論壇由中國市政工程華北設(shè)計研究總院總工程師鄭興燦主持，北京市市政工程設(shè)計研究總院總工程師黃鷗，國際水協(xié)大中華區(qū)總監(jiān)、北京北排裝備產(chǎn)業(yè)有限公司總經(jīng)理高瓊等也都作了精彩演講。污水處理廠的提標提效和運營優(yōu)化關(guān)系著關(guān)系著企業(yè)的生存，也關(guān)系著我國水環(huán)境的改善。尚川水務(wù)為未來污水處理的提標提效改造制定了一幅清晰的技術(shù)路線圖，希望通過今后不斷地努力和創(chuàng)新，引領(lǐng)行業(yè)向前發(fā)展。
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