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6月13日，在“2020(第十八屆)水業(yè)戰(zhàn)略論壇”上，中國人民大學(xué)教授、博生導(dǎo)師、環(huán)境學(xué)院副院長、低碳水環(huán)境技術(shù)研究中心主任王洪臣以“城鎮(zhèn)污水處理：回歸問題本質(zhì)，精準(zhǔn)提制增效”為主題進(jìn)行了分享。
王洪臣首先表示，提質(zhì)增效是污水處理行業(yè)當(dāng)前乃至今后一個時期的中心任務(wù)，中央和地方都有許多舉措，但提什么、增什么，提質(zhì)增效的路徑是什么，一直是個討論熱點(diǎn)。他說，十九大報告提出的三大攻堅(jiān)戰(zhàn)，一是防范化解重大風(fēng)險，二是精準(zhǔn)脫貧，三是污染防治。精準(zhǔn)扶貧的“精準(zhǔn)”二字，用到污染防治上也很貼切，而用到污水處理提質(zhì)增效上則尤為必要。王洪臣提出，城鎮(zhèn)污水處理行業(yè)應(yīng)找準(zhǔn)低質(zhì)低效的本質(zhì)原因，精準(zhǔn)提質(zhì)增效。
王洪臣認(rèn)為，治理水污染、改善水環(huán)境、恢復(fù)水生態(tài)，關(guān)鍵在污水處理。無論是城市黑臭，還是流域性水污染，主要是污水收集不徹底、污水處理不徹底。
那么，我國目前污水處理做得怎么樣？王洪臣介紹，2008～2018十年間，全國污水處理能力翻了一番，是一個了不起的成績。截至2018年，全國排水管道超過100萬公里，污水處理能力超過2億立方米/日，形成了“100+2”的污水收集處理能力，成為中國水污染控制的基本物質(zhì)基礎(chǔ)。但是，他表示，這個系統(tǒng)還沒有充分發(fā)揮應(yīng)有的環(huán)境效益，還要提質(zhì)、要增效。
他說，城鎮(zhèn)污水處理低質(zhì)低效突出表現(xiàn)在兩個方面：第一，污染物收集處理率低，大量污染物進(jìn)入水體，導(dǎo)致黑臭；第二，污水處理過程資源消耗大，導(dǎo)致成本高，且產(chǎn)泥量大。只有充分認(rèn)識產(chǎn)生這兩大問題的本質(zhì)原因，才能找到提質(zhì)增效的路徑，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)提質(zhì)增效。
污染物收集處理率低
1.污染物收集處理率有多低？
污染物收集處理率是指收集到污水處理廠予以處理的污染物占污染物產(chǎn)生量的比率。王洪臣介紹，2018年，全國城鎮(zhèn)人口以8.3億計(jì)，假設(shè)人口污染物當(dāng)量80克COD，實(shí)際城鎮(zhèn)污水處理量587.6(497+90.6)億立方米，污水處理廠進(jìn)水年平均COD 280 mg/L，粗算只有67%的污染物被收集到處理廠進(jìn)行了處理；如果人口當(dāng)量按照120克COD計(jì)，則粗算僅有45%污染物被收集到處理廠，一多半污染物沒有經(jīng)過污水處理廠的處理。
2.沒進(jìn)入污水處理廠的污染物去了哪里？
“分析清楚原因，才能對癥下藥，才能精準(zhǔn)提質(zhì)增效。”
王洪臣提出，第一，由于管道錯接、混接、漏接，部分污染物隨污水直排水體。通過這個途徑(SSOs)，美國每年約有2億立方米污水直接排入各類水體，中國一年排了多少？目前并不清楚。他表示，要認(rèn)真開展管網(wǎng)普查，要予以糾正，要雷厲風(fēng)行。
第二，由于污水處理廠超負(fù)荷，部分污染物只能隨污水排入水體。王洪臣調(diào)研了全國470多個污水處理廠，63%的污水處理廠水量負(fù)荷率超過80%，南方則是70%的處理廠超過80%，實(shí)際中，當(dāng)水量負(fù)荷率超過80%，水量高峰時就可能存在溢流。進(jìn)一步分析，24%的污水處理廠水量負(fù)荷率超過120%，收集管網(wǎng)存在經(jīng)常性溢流。這些數(shù)字說明，我國污水處理設(shè)施能力還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，本已收集起來的大量污水因處理能力不足而繼續(xù)排入水體。
第三，由于合流制溢流(CSOs)，部分污染物隨雨污水進(jìn)入水體。下雨時污水量增加的都是合流制，因此合流制是個普遍狀態(tài)。王洪臣表示，理論上，分流制適于建設(shè)密度低的中小城市，合流制應(yīng)是大城市的首選排水體制，同時要提高截留倍數(shù)，否則就會產(chǎn)生嚴(yán)重的溢流污染。南方城市降水量大、管網(wǎng)入流入滲(I/I)以及河水倒灌等特征加劇了合流制溢流污染。放眼各地的城市水環(huán)境，不下雨時看得過去，有的城市還真有“水清岸綠、魚翔淺底”的景象，但“一下雨就回到解放前 ”也是普遍常態(tài)，致使辛苦獲得的治理效果瞬時大打折扣。美國從1989年開始系統(tǒng)治理CSOs ，經(jīng)歷了“六對策”、“九對策”和“對策”(LTC)等歷史階段，雖然成效顯著，但目前每年合流制污水溢流量仍達(dá)到37億立方米。美國“六對策”和“九對策”各持續(xù)了大約五年，屬于“雷厲風(fēng)行”，而“對策”(LTC)則屬于“久久為功”，總預(yù)算近2000億美元，紐約和洛杉磯等大城市仍在執(zhí)行中。我國目前還沒有合流制溢流(CSOs)污染控制的政策、規(guī)劃以及技術(shù)對策，應(yīng)盡早展開部署。
第四，部分污染物在排水系統(tǒng)被降解。王洪臣研究團(tuán)隊(duì)針對23個城市進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)居民小區(qū)總排口COD濃度都大于400mg/L，但近兩年全國污水處理廠進(jìn)水COD濃度年均值280mg/L左右。這些減少的污染物去了哪里？王洪臣表示，一少部分在化糞池中被降解更多的則沉積在管網(wǎng)并終被厭氧降解。污染物在管網(wǎng)的沉積降解，導(dǎo)致COD延程降低，但氮磷基本沒有變化，造成污水處理過程碳氮比失調(diào)，需要投加外碳源，增加處理成本。
王洪臣表示，他的團(tuán)隊(duì)通過中試模擬發(fā)現(xiàn)，污水中硫酸鹽在厭氧條件下發(fā)生硫酸鹽還原反應(yīng)，生成硫化氫，這個過程大量消耗有機(jī)碳。另外，管道的結(jié)構(gòu)、污水流速以及在管網(wǎng)的停留時間都決定著污染物沉積和降解。他介紹，我國下水道普遍采用方涵和圓管，流速慢，停留時間長，增大了污染物的沉積和降解。歐洲普遍采用的結(jié)構(gòu)形式是倒馬蹄形，具有“小流量速度不減、大流量仍可通過”的特點(diǎn)，有機(jī)污染物在管網(wǎng)損失較少。
在水資源豐富的河網(wǎng)地區(qū)，污水COD濃度在管網(wǎng)中沿程下降多。一是由于入流入滲(I/I)嚴(yán)重，加上河水倒灌，COD被稀釋；二是為減少地下水進(jìn)入，泵站通常保持高水位運(yùn)行，這樣就增大了污水在管網(wǎng)的停留時間，更易沉積及厭氧降解，因此這些地區(qū)碳氮比失調(diào)問題也更加嚴(yán)重。在河網(wǎng)地區(qū)，解決河水倒灌可以“雷厲風(fēng)行”，而減少地下水入流入滲(I/I)則屬于“久久為功”，是個長期任務(wù)。
3.提質(zhì)增效優(yōu)先序？
綜合以上分析，王洪臣表示，針對污染物收集處理率低，應(yīng)優(yōu)先實(shí)施投入不大但效果明顯的提質(zhì)增效措施，具體包括：在對管網(wǎng)全面普查的基礎(chǔ)上，糾正管網(wǎng)的錯接、混接、漏接，把直排的污水接入處理廠；對超負(fù)荷污水處理設(shè)施予以改擴(kuò)建，提高現(xiàn)有設(shè)施處理能力；采取低投入對策降低合流制溢流。這些對策屬于“雷厲風(fēng)行”。另外一些提質(zhì)增效對策投入大、工期長，需要從長計(jì)議，系統(tǒng)規(guī)劃、逐步實(shí)施，具體包括：建設(shè)綠色基礎(chǔ)設(shè)施(海綿)，控制溢流污染；建設(shè)溢流控制設(shè)施，提高截留倍數(shù)；控制管道的入流/入滲(I/I)。這些對策只能“久久為功”。
1.污水處理過程資源消耗有多大？
王洪臣認(rèn)為主要有投資大、占地大、能耗高、物耗高等幾個方面。目前，我國在污水處理方面的投資已超過6000億人民幣，消耗城市土地超過30萬畝，能耗接近全社會總電耗的1%，年消耗各種藥劑超過10015萬噸。問題是，這些資源消耗是否為必需？答案肯定是否定的，污水處理過程存在巨大提質(zhì)增效潛力。
2. 低質(zhì)低效的主要原因在哪里？
王洪臣的團(tuán)隊(duì)隨機(jī)調(diào)查了全國467座污水處理廠(約占總數(shù)量的10%，總規(guī)模的25%)的主要運(yùn)行工況，發(fā)現(xiàn)目前相當(dāng)一批污水處理廠運(yùn)行工況極其不合理，與可持續(xù)運(yùn)營的理念相距甚遠(yuǎn)，一批處理廠面臨運(yùn)營困境。王洪臣建議，應(yīng)分析原因，找到對策，擺脫困境，走向可持續(xù)運(yùn)營之路。
第一，生物系統(tǒng)污泥濃度(MLSS)過高。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，67%的污水處理廠MLSS大于4000mg/L，約30%的處理廠MLSS大于6000mg/L。MLSS過高將導(dǎo)致一系列后果：電耗升高(為滿足曝氣與攪拌的需要)；曝氣器堵塞，降低曝氣效率，進(jìn)一步增大電耗；污泥沉積，減少有效池容，影響處理效果；增大二沉池固體負(fù)荷，增大出水SS，嚴(yán)重干擾后續(xù)深度處理；增大污泥流失導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰的風(fēng)險。
造成MLSS過高的原因有哪些？首先，由于污泥活性太低，不提高污泥濃度，出水氨氮將超標(biāo)；由于缺氧段太短，只能通過提高污泥濃度盡量提高脫氮效率。另外，污泥沒有出路也是重要原因。污泥運(yùn)不出去，只能暫時存在系統(tǒng)中。第二，生物系統(tǒng)污泥活性(MLVSS⁄MLSS)太低。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，61%的污水處理廠MLVSS/MLSS小于0.5，約30%的處理廠MLVSS/MLSS低于0。4。污泥活性太低的后果：在同樣污泥濃度時處理效果降低；電耗升高(為滿足攪拌的需要)；曝氣器堵塞，降低曝氣效率，進(jìn)一步增大電耗；污泥沉積，減少有效池容，設(shè)備磨損嚴(yán)重，大修理成本提高；降低污泥在二沉池的 “網(wǎng)捕作用”，增大出水漂浮絮體，干擾后續(xù)深度處理。
污泥活性太低的原因有哪些？首先原因是污水預(yù)處理系統(tǒng)(格柵和沉沙)效果太差，約有一半渣砂進(jìn)入后續(xù)處理單元；另外的原因是，我國90%以上的污水處理廠沒有建設(shè)初沉池，穿透預(yù)處理系統(tǒng)的渣砂直接進(jìn)入生物處理單元并逐漸積累。第三，生物系統(tǒng)污泥沉降性能(SVI)太差。污泥SVI在80～120時沉降性能。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，只有36%的污水處理廠SVI在80～120范圍內(nèi)，52%的處理廠SVI小于80，21%的處理廠SVI小于50。SVI大于120，屬于微膨脹；SVI小于80，則網(wǎng)捕作用消失，出水水質(zhì)仍然變差。
污泥沉降性能太差的后果：SVI太低，污泥在二沉池的”網(wǎng)捕作用“變差，大量生物絮體隨出水流失，干擾后續(xù)深度處理；SVI太低，污泥處于微膨脹或膨脹狀態(tài)，污泥界面上升，導(dǎo)致污泥流失風(fēng)險，目前不是主要問題。
污泥SVI太低的原因有哪些？與活性低的原因相似，主要是預(yù)處理系統(tǒng)(格柵和沉沙)效果差，大量渣砂進(jìn)入生物處理單元。另外，污泥濃度MLSS高，污泥齡(SRT)大，也是SVI低的重要原因。第四，深度處理系統(tǒng)反沖洗回流量太大。反沖洗回流量太大的后果：大量反沖洗水回到工藝首端，浪費(fèi)提升能力；大量反沖洗水回流至曝氣池，減少構(gòu)筑物的實(shí)際水力停留時間，降低處理效果；大量反沖洗水回流至曝氣池，增大二沉池水力表面負(fù)荷，使二沉池普遍不足問題更加突出；大量反沖洗水后還要重新回流至深度處理的過濾系統(tǒng)，增大濾速，減少實(shí)際過濾能力。
反沖洗回流量太大的原因有哪些？首先，二沉池出水SS或生物絮體增大，導(dǎo)致過濾單元堵塞頻率增加；其次，水力負(fù)荷太大，導(dǎo)致過濾單元堵塞頻率增加；再者，同步化學(xué)除磷投加藥劑量太大，在濾池沉積；后濾池承擔(dān)污染物負(fù)荷太高，例如，加到反硝化濾池的硝酸鹽量太大，導(dǎo)致生物堵塞。
第五，各種藥劑投加量過大。過量投加的藥劑包括為生物脫氮投加的外碳源、為化學(xué)除磷投加的無機(jī)混凝劑以及各種污泥脫水調(diào)理藥劑。為什么說是過量投加？對于脫氮，沒有充分利用內(nèi)碳源就盲目投加外碳源，投加的一大部分外碳源是用于消耗過量曝氣的氧，這是個巨大的惡性循環(huán)。對于除磷，不調(diào)整優(yōu)化生物除磷，直接用大劑量除磷藥劑保證出水，影響了污泥活性，增加了反沖洗水量，還增大了污泥量，是個多重惡性循環(huán)。
3.提質(zhì)增效優(yōu)先序？
王洪臣總結(jié)污水處理過程的提質(zhì)增效說，每個污水處理廠差別都比較大，原則上應(yīng)因廠施策地提質(zhì)增效。但是，預(yù)處理對渣砂去除效果差，大量渣砂進(jìn)入生物系統(tǒng)造成低效是普遍狀況，應(yīng)采取一切必要手段，將渣砂在源頭全部去除，這里蘊(yùn)含著一塊巨大的運(yùn)營優(yōu)化潛力。另外一個普遍狀況是過曝氣，雖有許多客觀原因，但在確保耗氧指標(biāo)達(dá)標(biāo)的前提下，優(yōu)化調(diào)整曝氣量，既可降低外碳源投加量，又可降低出水的氮磷指標(biāo)，提質(zhì)增效潛力很大。
后一句話做個總結(jié)，收集系統(tǒng)需要提質(zhì)增效，處理系統(tǒng)也需要提質(zhì)增效。污水處理行業(yè)要在分析清楚低質(zhì)低效原因的基礎(chǔ)上進(jìn)行精準(zhǔn)提質(zhì)增效。謝謝大家！
原標(biāo)題：王洪臣：城鎮(zhèn)污水處理要回歸問題本質(zhì)，精準(zhǔn)提質(zhì)增效
