王洪臣：城镇污水处理厂运营困局怎么破？

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随着城市化进程的加快和水污染问题的日益突出，近十年来我国城市污水处理设施不断高速建设。目前，中国已有4000多家城市污水处理厂建成投产，日污水处理总规模超过2亿立方米，居世界第一位，约占全球污水处理总规模的五分之一。20多万污水处理工人日夜操作维护，大量基层执法人员实行动态严格监管，对保护水环境起到了决定性作用。他们是控制水污染的主要力量。如果我们不建造这些设施，如果我们不能保证这些已建设施的持续运行，我们的水环境将不堪设想。

城市污水处理设施的运行可分为两个层次:一是正常稳定运行，即在正常工况下连续实现污水处理功能；第二，可持续经营，在正常稳定运行的基础上，通过节能和资源循环利用，降低运营成本，减少碳排放总量。目前，大量设施的运行既不正常也不稳定，面临不同程度的运行困难，几乎所有设施都偏离了可持续运行的理念。为确保城市污水处理厂正常高效运行，充分发挥环境效益，全行业应关注城市污水处理厂运行困难，分析运行困难的原因，共同探索解决办法。

1目前城市污水处理厂的主要运行难点是什么

5月份，我们对全国467家城市污水处理厂的运行情况进行了调查，发现影响其正常稳定运行和可持续运行的主要问题有三个:一是活性污泥；二是高能耗、高物耗；第三，水超载和设备维护。这467座污水处理厂的总设计处理能力约为每天4500万立方米，约占整个行业总规模的1/4，覆盖除西藏以外的所有省、市、自治区。通过对5月份运行情况的分析和调查，降水、低温等自然因素的影响可以基本消除。

1.1污泥浓度过高，污泥活性太差

活性污泥是污水处理的核心。活性污泥问题体现在两个方面:高浓度(mlss)和低活性(mlvss/mlss)。调查显示，2/3污水处理厂的污泥浓度超过4 000毫克/升，1/3污水处理厂超过6 000毫克/升，20个污水处理厂的污泥浓度超过10 000毫克/升..当污水处理厂在如此高的浓度下运行时，二沉池的固体负荷增加，已经不足的二沉池进一步超载，泥水界面上升，污泥流失，深度处理单元堵塞，或出水直接超标。此外，为了防止污泥沉积，必须增加曝气量，这样会增加溶解氧，干扰生物脱氮，进而影响生物除磷，出水氮和磷难以达标。一些处理厂依靠大量的化学物质来达到氮和磷的标准，这使得操作偏离了可持续的目标。在宏观尺度上，我们可以使用mlvss/mlss来表征污泥活性。对于普通活性污泥，mlvss/mlss应该大于0.7，对于更好的活性污泥，它可以超过0.8。调查显示，95%污水处理厂污泥的mlvss/mlss低于0.7，其中60%污水处理厂污泥的mlvss/mlss低于0.5，30%污水处理厂污泥的mlvss/mlss低于0.4，27%污水处理厂污泥的mlvss/mlss低于0.3。这种低污泥活性大大降低了现有设施的污水处理能力和效果，并降低了系统抵抗水量和水质影响的能力。为了保持污水达标，必须提高污泥浓度，这降低了系统的稳定性。此外，低mlvss/mlss也导致污泥澄清性能差。在调查的污水处理厂中，半数以上的污水处理厂污泥的svi值低于80 ml/g，污泥失去了对游离生物微絮体的“净捕捉效果”，澄清性能变差。这些絮状物恶化了对流出物的感知，并对后续过滤单元造成严重干扰。调查显示，90%以上的污水处理厂都建有深度处理设施，其中90%以上的深度处理设施都配有砂滤装置。40%砂滤的反冲洗水占处理能力的5%以上，10%以上污水处理厂的反冲洗水占10%以上。8个污水处理厂的砂滤反冲洗水量高达处理能力的20%。大量反冲洗水回流到工艺前端，占用提升能力，缩短有效停留时间，增加能耗，形成恶性循环。

活性污泥浓度过高的主要原因是污泥没有稳定连续的出口，脱水后的污泥不能出厂，只能停止脱水或减少污泥脱水量，大量污泥暂时储存在曝气池中。一旦污泥有了临时出口，即使脱水机满负荷运转，也不能快速脱水和输送长时间积累的污泥。污泥没有稳定的出路，这已成为行业内的普遍现象和污水处理厂运行中的最大难题。此外，污泥活性差也是污泥浓度高的原因。大部分污泥是无活性成分。如果污泥浓度不保持在较高水平，出水就不能达标。污泥活性差的原因很复杂。一是排水管网施工质量差，维护管理不到位，公众文明使用下水道的意识不强，导致过多的矿渣和沙子进入管网，最终进入污水处理厂。二是污水处理厂预处理效果不好，许多格栅和沉砂池形同虚设。在没有初级沉砂池的情况下，大量的无机成分如矿渣和沙子进入曝气池并在生物处理系统中积累，导致污泥的mlvss/mlss非常低。此外，浓度过高和活性差是相互的原因。活性差需要增加污泥浓度，而增加污泥浓度会减少污泥排放，使无机成分(iss)更难离开系统，形成恶性循环。除上述因素外，同步化学除磷的过量投加也成为一些污水处理厂污泥活性下降的重要原因。

1.2高能耗和高物耗

整个行业单位用水量能耗与国外基本相同，但单位污染物能耗远高于西方国家，这与我国污水处理厂进水污染物浓度低有关，而上述活性污泥问题也是导致高能耗的一个重要原因。目前，为了达到氮和磷的标准，不惜一切代价过量投加大量化学药剂已成为污水处理厂运行中的另一个突出问题。为了减少总氮，通常添加大量购买的碳源，并且添加大量无机凝结剂以减少总磷。一些污水处理厂还直接向二沉池添加絮凝剂，以控制污泥流失。虽然没有准确的数据，但当试剂成本超过电费时，许多污水处理厂已成为最大的成本因素，一些自来水公司无法维持运营。大量化学品的加入不仅大大增加了运行成本，而且导致污泥产量显著增加，这进一步加重了污泥处理和处置的难度。污水处理本来应该是一个减少污染物的过程，但实际上却变成了大量物质的增加，这严重背离了可持续经营的理念和目标。

实践中，外加碳源量要满足两个需求：一是部分污水处理厂进水碳源不足，客观上需要补充碳源;二是用于消氧，消耗掉大量通过内回流带入缺氧区的溶解氧，满足反硝化要求。许多污水处理厂进水碳源并不缺乏，投加碳源只是用于消耗缺氧区过量的溶解氧。绝大部分污水处理厂缺氧区太短、反硝化时间不足，加上污泥中活性比例太低、反硝化菌群的数量也不足，综合导致反硝化效果很差，而大量投加优质碳源，可提高反硝化速率，弥补反硝化时间和反硝化菌群数量的不足。由于以上原因，大量投加外碳源就成为提高反硝化能力的一条捷径。另外，监管普遍采用瞬时取样方法，大大提高了脱氮要求，进一步增大了碳源投加量。