高标准排放下污水处理厂运营的痛点和出路
高标准排放下污水厂运营的痛点与出路，主要从四个方面来分析。
一.首先说一下行业背景，就是外患
1.外患第一点是监管的压力。
大家知道近两年来的“环保风暴”，对于污水处理厂，包括整个环保行业的监管压力是空前的增加，新的《环保法》、“水十条”、按日计罚以及日趋严格的地方标准，压力很大，另外一方面就是今年6月份要求污水厂加装总氮、总磷的在线仪表，这种变化对于污水厂的运营影响还是比较大的，24小时的连续监测对于精细化的控制要求提高了。再有一点就是环保的一瓢式监管方式。总体来说，在监管压力增加的情况下，几乎是资本的冬天，但同时也带来了机遇，监管严了，正是促进技术进步的一个外在的动力。
2.第二个外患是排放标准的问题。
排放标准主要从运营管理的角度来解读地表四类给运营方面带来的一些问题，以及高排放标准条件下的成本和技术的平衡点。
先讲一下运营人员的状态，在执行二级标准的时候大家可以躺着干，几乎不需要做太多的调整，实行一级标准的时候，包括一级A和一级B，我们的运营人员就要走起来了。到了地表水标准，不用干！为什么不用干了？因为咱们从指标上可以看一下，地表四类氨氮的指标是1.5，这里还要讲一个叫需氧量，进水的需氧量因子，常规的生活污水进水假如COD300mg/L，氨氮40mg/L，COD需氧量按1:1计算，氨氮需氧量按5:1计算，两个指标需氧量在500mg/L左右。也就是说在供氧总量在500的条件下，控制精度要到7，如果少了氨氮不达标，如果多给了会影响总氮和总磷的达标，所以说控制区间非常地狭窄，因此仅仅靠人的控制基本上是做不到这种要求了，那么人也就不用干了，要交给机器来干。
那么，高标准下几大项指标会带来什么新问题呢？
COD根据我们的经验，生活污水COD达标是没有问题的，之所以会出现达不到的情况，一般是混合了一定的工业废水。BOD的指标一般是可以达到的，但BOD的高标准要求生化处理工艺要以O段结束，不能以A段结束。氨氮是对曝气量非常敏感的指标，如果稍有不足，首先出现问题的就是氨氮指标，氨氮的高标准对自动控制水平提出了新要求，总氮是一个比较难的指标，总氮也被称之为烧钱指标，总氮的高标准对工艺过程的智能化控制由选修课转为必修课，在DO控制上偷的懒由碳源买单。总磷和悬浮物这两个指标一般比较容易达到，但也决定了高效沉淀和过滤成为标配。
3.第三个外患是低价竞争+支付风险。
在这里我们呼吁两个精神，就是契约精神和工匠精神需要加强。另外在综合以上这些外部的条件的压力情况下，如果要实现高标准排放，唯一的出路就是要做到低成本，只有低成本才可持续。
二.接下来讲一下技术背景，也就是内忧
这里，先说两个概念。
一个叫碳源利用率，碳源利用率就是碳源用于脱氮、除磷的比例，碳的去向大概有三个方向，同化反应、与氧气反应、与硝态氮反应。碳源与氧气反应或者同化反应，对于碳源来说都是不利的，虽然做不到100%与硝态氮反应，但是要追求尽量高比例的碳源，于硝态氮的反应。
另一个叫总氮放弃率，总氮放弃率是什么概念呢，就是在假设碳源无限充足的情况下，我们得工艺仍然无法去除的总氮。比如说AAO工艺，通过内回流和外回流将硝化液拉回缺氧区，内回流比200%，外回流比100%的情况下，将有25%的TN通过二沉池出水排出，前面加再多的碳源这些TN也是去除不掉的，这就是TN的放弃率。
下面就用这两个概念判断一下目前提标改造常用的工艺是否符合要求。
1、AAO工艺及其改良工艺：碳源利用率低、总氮放弃率高。两项都不合格
多级AO：避免了大量的内回流夹带氧气，碳源利用率较高，总氮放弃率高。这个工艺面临一个问题就是配水的问题，第四点配水就会面临总氮放弃率高的问题，第四点不配水需要外加碳源来补充，虽然可以把总氮降的很低，但是碳源利用率就低了，二者不能兼顾。
Bardenpho工艺：和多级AO最后一点不配水一样，碳源利用率低，总氮放弃率低。
另外一个问题就是刻意追求SND，碳源浪费巨大。SND是一个非常伟大的发现，可能过去对它过度神化了。首先先说一下DO的概念，DO是什么，氧气的输入量减去氧气的消耗量，剩下的溶解在水里是DO。也就是说你的供氧量大于它的消耗量才会产生溶解氧，即使DO小于0.2mg/L，只要你在曝气，它仍然是一个不折不扣的好氧环境。所以在好氧环境下，碳源首先是和氧气进行反应，浪费极大，利用率必然是低的。
2、运行管理的内忧：
我们目前虽然做了很多的工作，但是目前从各方面来看，对于溶解氧控制的重视程度还是不够的，只考核COD、氨氮的运行模式：过量曝气。成本高一些。增加总氮、总磷之后的运行模式：过量曝气+投药的方式。第三就是二沉池防止反硝化：反硝化需要什么条件，反硝化第一需要没有氧，第二，需要有微生物，第三，需要碳源，第四，需要有硝态氮，二沉池具备几个条件？可以说，二沉池目前在生物池末端的BOD都已经要求小于6了，实际可能也就2,3个，二沉池已经不具有碳源的条件，如果二沉池想发生反应的话，它的碳源需要污泥水解实现，但二沉池的污泥停留时间显然是不够水解需求的，所以这里要说一个情况，我们可以完全不用担心二沉池发生反硝化反应，现在我们是地表四类、地表三类了，完全不用担心这个问题，执行二级标准的时候大家担心是对的，新形势下这种担心是多余的。第四个就是大比例内回流。氧气夹带很严重，浪费了碳源。
运行管理的其他问题，例如设备维修，我们现在设备维修基本上处在设备坏了才会修，很难做到预防工作，另外水量水质波动大，上游偷排成本低，一瓢式监管变相进一步提高了对出水水质的要求，常规自动控制技术过渡以来仪表的准确度和完好率，一个污水厂有数百台仪表，不可能同时都是好的，都准确，过高的要求反倒带来自身运行不稳定的问题，这一点需要突破，还有一点就是精细化管理只能挂在嘴上，因为缺乏行之有效的手段，所以只能喊喊口号。
三.第3大点分享一下我们创业环保在面对以上问题的解决方案
主要有3个方面，都源自运营，主体思路是以低成本实现高标准排放，3个方面分别是工艺设计优化，运行控制优化和设备运维优化。工艺设计要求工艺不仅仅以可能达标为目的，同时还要考虑达到这一目的的成本，运行控制要更多的采用精细化和智能化的控制手段，那么智慧水务由选修课变成了必修课，设备运维方面要能够对设备故障进行预判，前置维修保养，支撑工艺需求。
先讲一下我们在工艺设计方面的改进
采用了侧流强化多级AO工艺，这个侧流并非水解，而是利用生态学原理，通过侧流强化提高反硝化菌群的生长繁殖，提高其种群密度，并利用好氧、缺氧交替的环境，以及O段的低氧和内源呼吸抑制技术，促进反硝化酶系统的合成，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应效率，另一方面提高了好氧区发生同步硝化反硝化的比例，这里可以看出来SND不是不可用，而是要用对地方，该有的缺氧区还要有，这一工艺，碳源利用率高，同时总氮放弃率低，在不外加碳源的情况下，一般碳氮比条件下，理论TN去除率可以达到95%。
该工艺在纪庄子污水处理厂一个12万吨每天的系列做进行生产性实验效果也非常显著，这是进水COD，BOD和TN的数据，可以看出B/C为0.5以上，B/N为2.99，C/N为5.78，TN平均49，属于典型的生活水水质。
实验同期对比另外一个21万吨/天的普通多级AO工艺，通过九个月的对比发现在进水条件和管理人员完全一致的情况下，普通多级AO出水TN平均16.4，侧流强化多级AO出水TN平均6.2。
可以看出该工艺在常规条件下比普通多级AO可以多去除10个左右的TN，由于更多的硝态氮参与了氧化，曝气量也更少，10个TN节约的碳源成本大约是一吨水3毛钱，效果是很显著的。基本在工艺设计上做到了低成本达到高标准要求。
下面第二个优化方向就是智慧水务
我们所认为的智慧水务有三个阶段，就像一个人，分为骨架，肉体和灵魂三个层次，骨架阶段就是搭建基本的通讯通道，建立工业以太网，实现数据采集和远程开关控制，智慧水务的肉体就是现在比较火的大数据分析，数据模型分析以及基于专家诊断系统包括WEB端和移动APP监控等，那么以上这些都只是把数据进行了采集和分析，这些数据究竟怎么样才能为水质达标和降低成本发挥作用呢，那就需要第三个层次，也就是我们说的灵魂阶段，我们认为智慧水务的灵魂就是关键工艺环节的智能化控制，将人的控制策略交给机器来执行，通过对有效数据的利用实现自动调整，达到节能和增效的作用，这才是智慧水务的落脚点和存在价值。
我们目前对配水量，曝气量，曝气量又分为曝气分量和曝气总量，以及污泥量，加药量等采用模糊控制的方法，以接近人类思维的模式对关键参数进行调整，通过多因子周期性的步幅调整，按照不同的权重因子抓大放小，使得控制值自动无限趋近与合理区间，避开了大量的公式计算，对水质水量变化的应对能力更强，以模糊的手段获得了精确的结果，因为和人类的思维模式很接近，这种控制方式也称为工艺管理机器人。
以曝气量智能控制为例，系统投入使用前出水氨氮和生物池DO变化都比较大，系统投入使用后运行曲线则非常平稳，既防止了过量曝气，又促进了氨氮的稳定达标，避免过量曝气同时也促进了总氮总磷的去除效果，提高了工艺对碳源的利用率，降低了加药成本。
根据实际运行统计，节约电耗和药号可达到吨水约1毛钱，同时模糊控制的方式降低了对仪表完好率和准确度的要求，允许仪表的误差和正常维修，这一点反过来大幅度提高了系统本身运行的稳定性。
第三个方面是设备运维的优化
再好的工艺和控制手段都离不开正常的设备支持，如果设备坏了或者维修周期特别长一切也都是空谈，对于设备运维我们以前大多采用救火式维修，也就是等设备坏了才修，维修周期还很长，实际上设备坏之前都会有预兆，有经验的维修师傅可以根据设备声音，振动，电流，发热量等方面对设备状态做出预判，我们所做的全生命周期设备运维管理就是将人的经验通过一系列的探头和数据采集分析判断来表达出来，从而自动判断设备健康状态，给出风险预警，进行预防性维修，即可以缩短维修周期又能够延长设备使用寿命，对工艺运行提供有力支持！
这些优化措施同时作用，在达到准四类标准的情况下，总计可节约吨水0.3-0.5元的成本，如果这些技术应用到全国的污水处理厂，按照每天2亿吨污水计算，每天节约的成本量将达到0.6-1亿元，成本节约量将非常可观。只有做到低成本达标高标准排放才可持续。
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