“十二五”展望 脱氮除磷哪些不能忽视？
——污水处理厂应调整工艺、优化运行，切实提高脱氮除磷能力和效率
尽管还未有正式消息出台，但“十二五”氨氮控制已经箭在弦上。为此，现有城市污水处理厂需要大幅提高脱氮除磷能力，进行升级改造。其中，北京、江苏等地已经以一级A为目标开始对污水处理厂进行升级改造。
从各地实践和专家研究来看，影响污水处理厂脱氮除磷效果的，不仅包括仍然不甚完美的工艺，工业废水、管网、水温等现实因素更不可忽视。面对城镇生活污水处理厂升级改造应该选择什么技术路线、如何确保成本可控、水质达标等问题，各地仍在探索中。不少业内专家指出，升级改造要优先考虑现有工艺的优化完善调整，有效提升运行管理水平，让原有设备充分发挥潜能，切实提高脱氮除磷的能力和效率。
为什么氨氮难去除？
先天碳源不足，现有工艺对总氮去除有难度
中国环境规划院副院长吴舜泽曾经总结说:“就运行来说，一些工业企业缺乏深度治理设施，且运行管理不到位，无法稳定达标排放。而早期建设的城市生活污水处理厂不具备脱氮除磷的功能，迫切需要进行提标改造。不少污水处理厂污水管网不配套，运行负荷率低，运行水平低下、污水处理费征收不足、监管不力等因素也影响实际处理效果，这些都使我国目前氨氮去除效率总体较低。”
而在各地进行的污水处理厂提标改造实践也证明，不少“先天不足”的因素增加了脱氮除磷的难度。国家城市给水排水工程技术研究中心总工程师郑兴灿认为，一些客观的非技术因素先天决定了氨氮控制特别是脱氮的困难。他在第四届水业高级技术论坛上指出，由于我国城镇污水水质水量变化较大、污水碳氮比普遍偏低、进水无机悬浮固体普遍偏高，再加上低水温和工业废水的影响，要想持续稳定达标比较难。
他同时指出，相对于除磷，现有污水处理厂工艺中对氮的去除较为局限，只能通过生物反硝化过程来实现。而强化生化反应、化学除磷、增加深度处理等传统方式在去除悬浮物、有机物及磷方面效果较为显著，但对于总氮稳定达到一级A标准则颇有难度，“尤其是在进水存在碳源不足的污水处理厂”。
清华大学环境工程系教授施汉昌指出，我们面临的一个先天难题就是城镇污水的碳氮比普遍偏低，导致总氮去除效果不理想。“(污水)没有达到欧美国家的碳源浓度，这和目前的管网设施缺陷是有关系的。比如现有的污水管网一般会受到雨水以及地下水的影响，导致碳氮比较低。”
而在江苏提标改造中，冬季水温低和工业排放的问题已经显现。谈到升级改造中遇到的困难，无锡市排水总公司副总经理李激表示，碳源不足和冬天硝化问题是无锡市乃至全国城市污水处理厂生物脱氮面临的棘手问题。特别是华东地区以及长江三角洲地区冬季地表温度低，温度常常只有10℃左右，严重影响污水处理效果。
北京路线和江苏方法
脱氮还需研发经济可行的高效技术
与江苏省污水处理厂提标改造技术大攻关的“热闹”相比，北京污水处理厂提标改造工作低调但稳步推进。北京市市政工程设计研究总院总工程师李艺介绍说，因为城市极度缺水，北京市水务局早就提出了北京市污水需要全部回用的工作目标。这是污水处理厂提标改造非常紧迫的现实需要。
据李艺介绍，为满足回用要求，北京污水处理厂升级改造的水质目标更高，“在各项指标上都严格于一级A”。他表示:“我们提标改造的基本原则是不新增建设用地，尽量利用现有设施；工程投资和运行费用合理；运行方式要相对灵活，保证升级后处理厂要连续稳定运行。”
为此，北京较早确定了升级改造的两条技术路线:一是将现有污水处理厂改造或新建膜生物反应器MBR＋臭氧脱色工艺；二是保留(部分改造)污水处理厂设施＋曝气生物滤池(BAF)＋过滤＋臭氧脱色工艺。
“加装脱氮除磷装置，运行效果确实能达标，可是费用太高了，不能被广泛接受。”不少专家都坦言，无论是江苏的经验还是北京的技术路线，都并非放之四海而皆准，有其适用范围和条件。
施汉昌在比较目前各主流脱氮除磷工艺的特点和运行后表示，目前来看，每种脱氮技术和工艺都有其特点和不足，以及最佳的适用条件，还没有在经济性和效果上都特别好的技术，“我国氨氮污染呈现点多、面广、量大的特点，需要更加经济高效的氨氮处理技术。”
在常规污水处理厂工艺改造的基础上，增加反硝化处理反应，特别是增加反硝化生物滤池等固定生物膜反应器和反硝化膜反应器(DNMBR)，这是曾被不少业内人士追捧的脱氮新工艺。但作为一项登陆中国不久的工艺，它还存在着许多需要解决的技术问题，比如投资的经济性、外加碳源的选择、与原有工艺的协调运营控制、回流减少对原有工艺负荷的影响、如何有效控制二沉池溶氧浓度等等。
李艺曾反复强调，虽然他推荐新建扩建项目采用MBR工艺，但这种技术对中国而言还在摸索。“我不建议在大型(10万吨以上规模)污水处理厂全部使用这种工艺。全部使用这种工艺有风险，运行不安全；能耗高，平均吨能耗达到0.8度电。”
郑兴灿指出，现在有很多企业认为膜分离技术可以达到更高的排放标准，其实基于成本、技术等多方面原因，这是具有一定困难的。“我认为，膜分离技术只是现行污水处理的环节之一，生物除磷脱氮技术还是不可或缺的。”
完善工艺优化运营
不能稳定达标排放关键是缺少工艺优化
施汉昌对大型城市污水处理厂一级A提标改造推荐的工艺主要是A2/O工艺与氧化沟工艺。“通过升级改造，提高运行人员素质，可有效提高工艺处理能力。但升级改造投资大，在资源有限时，对升级改造的标准、范围需要有所选择。”
现在不少污水处理厂一说提标，就跨越式上MBR等投资大且耗能高的工艺。在人民大学环境学院副院长王洪臣看来，这是很令人惋惜的。“缺少工艺优化是目前很多污水处理厂不能稳定达标排放的重要原因，目前优化空间还很大。”
王洪臣说，任何一套脱氮除磷系统实际上都具有较大的优化运营空间，因此面对目前普遍的一级B升一级A的调整(总氮指标从20mg/L调整到15mg/L)，应该首先优化现有的运行工艺，而不是一味的增加曝气生物池或者生化池等单元处理，增大投资、增加运行费用。
污水处理厂的工艺从来不是一成不变的，而运营管理的重点就是根据不同水质的变化调整完善工艺。王洪臣认为，在运营优化或提标改造中，应优先考虑采用 A2/O的各种变型工艺，降低改造幅度和难度。然后根据要求，进一步可采用MBBR或IFAS等填料活性污泥工艺。当要求超深度脱氮除磷时，再考虑采用硝化滤池和反硝化滤池工艺。
定性到定量粗放到精细
污水处理厂运行要求更高
“目前国内污水处理厂普遍存在的问题是，相对于高标准的脱氮除磷要求，缺氧段时间短了。”王洪臣指出，要做到高效脱氮除磷，需要核算控制的指标是较为复杂的。
比如为保证足够的碳源且实现成本控制，任何脱氮系统都要动态核算脱氮的需求是否充分，在此基础上决定是否需要增加外部碳源。而厌氧和缺氧阶段，溶解氧和氧化还原电位两个指标，硝化速率、反硝化速率、吸磷速率、释磷速率要符合一定的要求，必须认真定时检测。同时，厌氧、缺氧、好氧阶段都要确保足够的停留时间和优化分配。“截至目前，没有污水处理厂将上述4个速率作为日常工作。我国现有的高度定性运行管理水准距离上述高效脱氮除磷还很遥远。”
事实上，我国2000多座污水处理厂基本上都在进行脱氮除磷，但普遍效率不高。正如吴舜泽所言，我国绝大部分污水处理厂缺乏控制氨氮的有效手段，硝化效果的有无很大程度上是依赖于自然界春夏秋冬的自然更替，部分污水处理厂提高硝化的效果仅仅是简单地减少排泥或者增加曝气量，远远没有达到优化运行的效果。
不少业内专家指出，随着污水处理厂提标改造范围的不断扩大，产业相关各环节也将面临新的挑战。对于环境工程企业来说，提标改造要求企业掌握建设、安装和调试更高更复杂设备设施的能力；对于污水处理运营企业来说，提标改造要求污水处理厂投运后，企业改变以往“高定性”式的运行，而采取“高定量”管理和监控，使得投入和运营都更加经济、节能。
对此，施汉昌强调，要做到一级A的稳定达标，需要大幅度提高污水处理厂管理运行的技术水平和智能控制水平，同时，应大力加强对污水处理厂运行人员的技术培训。
而江苏省的实践证明，当城镇污水处理厂设备能力和运行参数存在一定可供调节的空间时，可通过提高溶解氧浓度、延长污泥龄、降低污泥负荷等方法强化生物硝化能力；同时还可通过控制溶解氧、投加碳源、加大回流比和延长反硝化时间方法强化反硝化，从而减弱低温对生物脱氮的影响，使NH3－N和TN稳定达标。
目前常用技术对出水水质的贡献
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主要技术路线及适用情况
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