“十二五”展望 脫氮除磷哪些不能忽視？
——污水處理廠應調整工藝、優化運行，切實提高脫氮除磷能力和效率
盡管還未有正式消息出臺，但“十二五”氨氮控制已經箭在弦上。為此，現有城市污水處理廠需要大幅提高脫氮除磷能力，進行升級改造。其中，北京、江蘇等地已經以一級A為目標開始對污水處理廠進行升級改造。
從各地實踐和專家研究來看，影響污水處理廠脫氮除磷效果的，不僅包括仍然不甚完美的工藝，工業廢水、管網、水溫等現實因素更不可忽視。面對城鎮生活污水處理廠升級改造應該選擇什么技術路線、如何確保成本可控、水質達標等問題，各地仍在探索中。不少業內專家指出，升級改造要優先考慮現有工藝的優化完善調整，有效提升運行管理水平，讓原有設備充分發揮潛能，切實提高脫氮除磷的能力和效率。
為什么氨氮難去除？
先天碳源不足，現有工藝對總氮去除有難度
中國環境規劃院副院長吳舜澤曾經總結說:“就運行來說，一些工業企業缺乏深度治理設施，且運行管理不到位，無法穩定達標排放。而早期建設的城市生活污水處理廠不具備脫氮除磷的功能，迫切需要進行提標改造。不少污水處理廠污水管網不配套，運行負荷率低，運行水平低下、污水處理費征收不足、監管不力等因素也影響實際處理效果，這些都使我國目前氨氮去除效率總體較低。”
而在各地進行的污水處理廠提標改造實踐也證明，不少“先天不足”的因素增加了脫氮除磷的難度。國家城市給水排水工程技術研究中心總工程師鄭興燦認為，一些客觀的非技術因素先天決定了氨氮控制特別是脫氮的困難。他在第四屆水業高級技術論壇上指出，由于我國城鎮污水水質水量變化較大、污水碳氮比普遍偏低、進水無機懸浮固體普遍偏高，再加上低水溫和工業廢水的影響，要想持續穩定達標比較難。
他同時指出，相對于除磷，現有污水處理廠工藝中對氮的去除較為局限，只能通過生物反硝化過程來實現。而強化生化反應、化學除磷、增加深度處理等傳統方式在去除懸浮物、有機物及磷方面效果較為顯著，但對于總氮穩定達到一級A標準則頗有難度，“尤其是在進水存在碳源不足的污水處理廠”。
清華大學環境工程系教授施漢昌指出，我們面臨的一個先天難題就是城鎮污水的碳氮比普遍偏低，導致總氮去除效果不理想。“(污水)沒有達到歐美國家的碳源濃度，這和目前的管網設施缺陷是有關系的。比如現有的污水管網一般會受到雨水以及地下水的影響，導致碳氮比較低。”
而在江蘇提標改造中，冬季水溫低和工業排放的問題已經顯現。談到升級改造中遇到的困難，無錫市排水總公司副總經理李激表示，碳源不足和冬天硝化問題是無錫市乃至全國城市污水處理廠生物脫氮面臨的棘手問題。特別是華東地區以及長江三角洲地區冬季地表溫度低，溫度常常只有10℃左右，嚴重影響污水處理效果。
北京路線和江蘇方法
脫氮還需研發經濟可行的高效技術
與江蘇省污水處理廠提標改造技術大攻關的“熱鬧”相比，北京污水處理廠提標改造工作低調但穩步推進。北京市市政工程設計研究總院總工程師李藝介紹說，因為城市極度缺水，北京市水務局早就提出了北京市污水需要全部回用的工作目標。這是污水處理廠提標改造非常緊迫的現實需要。
據李藝介紹，為滿足回用要求，北京污水處理廠升級改造的水質目標更高，“在各項指標上都嚴格于一級A”。他表示:“我們提標改造的基本原則是不新增建設用地，盡量利用現有設施；工程投資和運行費用合理；運行方式要相對靈活，保證升級后處理廠要連續穩定運行。”
為此，北京較早確定了升級改造的兩條技術路線:一是將現有污水處理廠改造或新建膜生物反應器MBR＋臭氧脫色工藝；二是保留(部分改造)污水處理廠設施＋曝氣生物濾池(BAF)＋過濾＋臭氧脫色工藝。
“加裝脫氮除磷裝置，運行效果確實能達標，可是費用太高了，不能被廣泛接受。”不少專家都坦言，無論是江蘇的經驗還是北京的技術路線，都并非放之四海而皆準，有其適用范圍和條件。
施漢昌在比較目前各主流脫氮除磷工藝的特點和運行后表示，目前來看，每種脫氮技術和工藝都有其特點和不足，以及最佳的適用條件，還沒有在經濟性和效果上都特別好的技術，“我國氨氮污染呈現點多、面廣、量大的特點，需要更加經濟高效的氨氮處理技術。”
在常規污水處理廠工藝改造的基礎上，增加反硝化處理反應，特別是增加反硝化生物濾池等固定生物膜反應器和反硝化膜反應器(DNMBR)，這是曾被不少業內人士追捧的脫氮新工藝。但作為一項登陸中國不久的工藝，它還存在著許多需要解決的技術問題，比如投資的經濟性、外加碳源的選擇、與原有工藝的協調運營控制、回流減少對原有工藝負荷的影響、如何有效控制二沉池溶氧濃度等等。
李藝曾反復強調，雖然他推薦新建擴建項目采用MBR工藝，但這種技術對中國而言還在摸索。“我不建議在大型(10萬噸以上規模)污水處理廠全部使用這種工藝。全部使用這種工藝有風險，運行不安全；能耗高，平均噸能耗達到0.8度電。”
鄭興燦指出，現在有很多企業認為膜分離技術可以達到更高的排放標準，其實基于成本、技術等多方面原因，這是具有一定困難的。“我認為，膜分離技術只是現行污水處理的環節之一，生物除磷脫氮技術還是不可或缺的。”
完善工藝優化運營
不能穩定達標排放關鍵是缺少工藝優化
施漢昌對大型城市污水處理廠一級A提標改造推薦的工藝主要是A2/O工藝與氧化溝工藝。“通過升級改造，提高運行人員素質，可有效提高工藝處理能力。但升級改造投資大，在資源有限時，對升級改造的標準、范圍需要有所選擇。”
現在不少污水處理廠一說提標，就跨越式上MBR等投資大且耗能高的工藝。在人民大學環境學院副院長王洪臣看來，這是很令人惋惜的。“缺少工藝優化是目前很多污水處理廠不能穩定達標排放的重要原因，目前優化空間還很大。”
王洪臣說，任何一套脫氮除磷系統實際上都具有較大的優化運營空間，因此面對目前普遍的一級B升一級A的調整(總氮指標從20mg/L調整到15mg/L)，應該首先優化現有的運行工藝，而不是一味的增加曝氣生物池或者生化池等單元處理，增大投資、增加運行費用。
污水處理廠的工藝從來不是一成不變的，而運營管理的重點就是根據不同水質的變化調整完善工藝。王洪臣認為，在運營優化或提標改造中，應優先考慮采用 A2/O的各種變型工藝，降低改造幅度和難度。然后根據要求，進一步可采用MBBR或IFAS等填料活性污泥工藝。當要求超深度脫氮除磷時，再考慮采用硝化濾池和反硝化濾池工藝。
定性到定量粗放到精細
污水處理廠運行要求更高
“目前國內污水處理廠普遍存在的問題是，相對于高標準的脫氮除磷要求，缺氧段時間短了。”王洪臣指出，要做到高效脫氮除磷，需要核算控制的指標是較為復雜的。
比如為保證足夠的碳源且實現成本控制，任何脫氮系統都要動態核算脫氮的需求是否充分，在此基礎上決定是否需要增加外部碳源。而厭氧和缺氧階段，溶解氧和氧化還原電位兩個指標，硝化速率、反硝化速率、吸磷速率、釋磷速率要符合一定的要求，必須認真定時檢測。同時，厭氧、缺氧、好氧階段都要確保足夠的停留時間和優化分配。“截至目前，沒有污水處理廠將上述4個速率作為日常工作。我國現有的高度定性運行管理水準距離上述高效脫氮除磷還很遙遠。”
事實上，我國2000多座污水處理廠基本上都在進行脫氮除磷，但普遍效率不高。正如吳舜澤所言，我國絕大部分污水處理廠缺乏控制氨氮的有效手段，硝化效果的有無很大程度上是依賴于自然界春夏秋冬的自然更替，部分污水處理廠提高硝化的效果僅僅是簡單地減少排泥或者增加曝氣量，遠遠沒有達到優化運行的效果。
不少業內專家指出，隨著污水處理廠提標改造范圍的不斷擴大，產業相關各環節也將面臨新的挑戰。對于環境工程企業來說，提標改造要求企業掌握建設、安裝和調試更高更復雜設備設施的能力；對于污水處理運營企業來說，提標改造要求污水處理廠投運后，企業改變以往“高定性”式的運行，而采取“高定量”管理和監控，使得投入和運營都更加經濟、節能。
對此，施漢昌強調，要做到一級A的穩定達標，需要大幅度提高污水處理廠管理運行的技術水平和智能控制水平，同時，應大力加強對污水處理廠運行人員的技術培訓。
而江蘇省的實踐證明，當城鎮污水處理廠設備能力和運行參數存在一定可供調節的空間時，可通過提高溶解氧濃度、延長污泥齡、降低污泥負荷等方法強化生物硝化能力；同時還可通過控制溶解氧、投加碳源、加大回流比和延長反硝化時間方法強化反硝化，從而減弱低溫對生物脫氮的影響，使NH3－N和TN穩定達標。
目前常用技術對出水水質的貢獻
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主要技術路線及適用情況
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