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高標(biāo)準(zhǔn)排放下污水廠運(yùn)營的痛點(diǎn)與出路

發(fā)布時間:2022-06-06

閱讀文字: 【

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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)。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(shí)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?yàn)樵蹅儚闹笜?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(shí)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(diǎn),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(xiàng)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(diǎn)配水就會面臨總氮放棄率高的問題,第四點(diǎn)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(diǎn)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(fèi)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(fèi)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(shí)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(shí)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(fèi)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(diǎn)需要突破,還有一點(diǎn)就是精細(xì)化管理只能掛在嘴上,因?yàn)槿狈π兄行У氖侄危灾荒芎昂翱谔枴?br />
第3大點(diǎn)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(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)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(diǎn)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?yàn)楹腿祟惖乃季S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(shí)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(diǎn)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(shí)際上設(shè)備壞之前都會有預(yù)兆,有經(jīng)驗(yàn)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(yàn)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(shí)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(shí)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。

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