污水处理设施建设由“规模增长”向“提质增效”转变的思考
2019年5月，住建部、生态环境部和国家发改委等三部委联合发布《城镇污水处理提质增效三年行动方案(2019—2021)》，该文件将对未来三年污水处理行业产生重大影响。日前，在2019（第十一届)上海水业热点论坛上，上海城投污水处理有限公司总经理姚杰分享了有关上海市中心城区污水处理设施建设由“规模增长”向“提质增效”的几点思考。
以下为姚杰现场发言内容（根据现场速记整理，未经本人审阅）
提质增效的背景
姚杰首先介绍了上海实行提质增效的背景。上海是全国最早建设污水处理厂的城市，在1922年建立了中国第一座污水处理厂。整个上海污水治理的发展总共经历了三个阶段：
80年代以前，上海污水处理事业处于起步阶段，建国后共建成了四座污水处理厂，上海的污水处理规模达到14万吨/日。
80年代~2016年，上海中心城区污水治理进入快速发展阶段，此阶段上海开展了合流污水治理一期、二期、三期工程、苏州河治理一期、二期、三期工程，开展了大量的污水输送以及污水末端厂的建设，污水处理厂总处理规模增加了约56倍。
自2017年以来，上海污水处理进入了提质增效阶段，此阶段中上海污水处理以提质增效为主，规模增长为辅。
姚杰表示，进入提质增效为主的阶段主要有两方面的原因，一是政策驱动，二是需求驱动，包括水环境治理需求和污水处理厂自身发展的需求。
政策驱动即中央、国务院、部委和地方政府陆续制订发布多部推动提质增效的文件。
图1 “提质增效”全国相关发文
图2 “提质增效”上海相关发文
水环境改善需求：主要是消除黑臭水体，提升水功能需要；
污水厂的内部需求：一是污水厂水、泥、气没做到同治，处理效果需要提升；二是污水厂的价值取向也有对提质增效有内在需求。污水厂城市基础设施的重要组成部分，在基础设施大规模建设完成的情况下，要立足存量市场，提质增效、节能降耗，将污水处理设施特别是污水厂的运行效率发挥到极致。综合以上两点原因，污水厂由“规模增长”向“提质增效”的转变成为必然。
在提质增效时代，污水厂提质增效将会围绕六个方面：泥水同步，水气同治、资源循环、科技创新、环境友好、智慧管理。
图3 污水处理厂提质增效六个方面
污水厂提质增效的方向
姚杰表示，近期上海中心城区污水处理厂提质增效主要有四个方向：
一，污水处理：全流程规划提升。
二，污泥处理：全循环挖潜利用。
三，气体处理：全方位收集控制。
四，智慧管控：全环节智慧高效。
污水厂提质增效的思考
针对污水厂提质增效四个方向，结合上海中心城区污水处理厂的情况，姚杰分享了九个具体的措施和思考。
第一、污水处理——全流程优化提升
关于如何实现污水处理全流程优化提升，姚杰提出了三点思考建议：
一、消减溢流负荷
上海污水处理是集中处理为主，分散处理为辅，污水厂受污水排放波动影响大，同时，中心城区合流和分流并存，分流存在雨污混接现象，污水厂受降雨等因素影响大，进污水厂水量波动，存在溢流污染风险。姚杰表示，污水厂的目标是雨污同治，最大限度地减少雨天溢流污染物，对此有五点建议：
1.通过新建污水厂增加污水处理能力，2020年底上海城投新增污水处理能力约40万吨。
2.通过对老污水厂功能改造和在泵站、干线及污水厂建设调蓄池，增加调蓄量。目前上海已建和正在设施及计划建的调蓄池，调蓄能力在两百万吨左右，这些调蓄能力对于进厂水量削峰填谷，调蓄初期雨水有较大的作用。
3.发挥现有设施的处理能力，尽可能多处理污水。
4.研究雨污水的快速处理技术。污水处理能力增加总是有一定的限度，而因为上海江南地区雨水比较多，我们正在研究如何将雨水经过快速的处理进行污染负荷消减的相关技术，以减少合流污水溢流污染负荷水。如目前正在对雨天降水的整个过程，中雨、小雨、大雨的来厂污水的污染负荷基本规律进行研究，为今后针对污染因子和负荷采取不同的处理措施打下基础。下图为降雨后进厂总氮值变化情况：
5.在污水厂对溢流污水进行快速处理排放的考核，我们建议应对标国际先进典型案例，建立以总量管控为目标，探索“晴雨不同标”的排放标准。
二、降低处理药耗
随着污水厂达标改造的开展，污水厂药耗成倍地增加。化学药剂的生产、运输与投加需要消耗资源，也是变相地增加社会污染负荷容量。如何最大发挥生物脱氮除磷的功能，优化减少药剂使用量，也是我们关注问题之一：
1.基于DO等参数控制和碳源投加点优化，减少投加碳源量，实现更好的脱氮效果。
2.开展异养反硝化碳源强化利用研究，增强生物脱氮除磷作用，减少外加碳源。如我们目前开展BBSNP工艺研究，可实现反硝化聚磷菌一碳两用；开展污泥侧流溶胞减量-碳源补充工艺研究，主要强化污水内部碳源循环利用。
3.开展自养反硝化研究，利用以无机碳作为碳源、氢气为电子供体的自养菌完成反硝化，实现污水深度脱氮，节省成本并消除外加碳源二次污染。
三、提升出水水质
目前污水厂要求出水水质是达到一级A，我们一方面关注如何使出水水质优于一级A，同时也在关注加药之后的消毒副产物安全问题：
1.对现有污水厂进行提标改造，出水水质标准从二级提高到一级A；
2.对尾水未消毒、消毒后粪大肠菌群变化规律，及消毒副产物进行研究，分析其在排放水体中变化规律和机理，及对水生态和生物多样性的影响。探索消毒工艺优化和消毒的必要性，避免产生二次污染。
3.对达标改造后的厂进行精细化管理，进一步提升出水水质。
第二、污泥处理——全循环挖潜利用
按照污泥处理减量、稳定、无害和资源化的目标，上海污泥通过干化焚烧后，减量、稳定和无害基本做到，但资源化还有待提高，针对如何提高污泥资源回收利用效率的问题，姚杰提出了两点思考建议：
一、提高能源自给率
目前，污水处理厂能源自给率较低，污水污泥中的能源利用率亟待提高。针对最大限度提取利用污水能源和提高污水厂能源自给率的目标，姚杰提出三点建议：
1.通过污泥厌氧强化工艺优化研发，进一步提高污泥厌氧消化产气率，保证厌氧消化工程稳定、高效运行，提高生物质能源利用率；
2.研究污泥干化焚烧工艺中不同泥质情况下的入窑临界含水率，最大程度地降低能耗；
3.基于污泥干化焚烧系统质能平衡校核计算，进行干化气体余热回收利用提质增效研究。
二、提升灰渣资源利用率
在确保环境安全前提下最大限度提高污泥灰渣资源化利用的目标，姚杰提出三点思考建议：
1.对污泥焚烧灰渣成分进行分析研究，对灰渣的性质进行鉴定，为后续处置提供依据；
2.开展焚烧灰渣建材利用研究，探索多种资源化途径。经初步研究，污泥灰中SiO2含量在30%左右，可进行建材利用，作为水泥生料铁质校正料、制备水泥混合材、制备水泥混合材、混凝土参合料、路基材料等；
3.开展污水污泥中磷等元素回收利用研究。污泥中磷含量达12%左右，可做为制备土壤改良剂或磷肥的原料。
第三、气体处理——全方位收集控制
根据公司情况，目前主要关注污泥干化焚烧产生的烟气和臭气，针对这两方面姚杰提出他们的思考和做法：
一、优化烟气处理，进一步降低烟气污染物的排放浓度
姚杰提出，一方面研究优化目前烟气处理工艺，使烟气排放浓度低于《生活垃圾焚烧大气污染物排放标准》(DB31/768-2013)和欧盟标准。
另一方面，开展《污泥单独干化焚烧烟气排放标准》地方标准的研究，为进一步规范和优化烟气排放控制提供依据。
二、提升臭气控制标准。污水厂厂内也需做到臭气全收集、全处理
姚杰指出，污水厂不仅需实现厂界外臭气高标准排放，对厂内操作间也需要维持无臭工作环境，实现臭气源全收集处理、臭气厂界、厂内全控制，实现环境友好。这需要通过以下两个方面推动：
一是通过污水厂提标改造工程，对污水厂产生臭气的污染源进行全覆盖，实现臭气全收集、全处理，处理后臭气排放可满足目前全国最高标准《城镇污水处理厂大气污染物排放标准》（DB31/982-2016）和《恶臭（异味）污染物排放标准》（DB31/1025-2016）。
二是研究对操作空间臭气的控制技术；推进上海地方标准《污水厂区臭气治理技术要求》制定，确保厂内外臭气同步达标，改善操作人员的工作环境。
第四、智能管控——全环节智能高效
针对全环节智能高效，我们主要围绕智能感知和操作、智慧管理和决策两方面展开。
一、智能感知和操作
目前，污水厂运营企业对智能感知和操作的需求较为强烈。因为所有现存污水厂加盖以后，难易直接看到设备和工艺的运行状态，只有提升智能感知、无人巡检的能力，使设备和工艺远程可测、可控、可视、可调，才能确保污水处理厂安全运行；从实现精细化管理的要求，我们也必须实时对工艺运行的数据快速掌握，为工艺的实时调整提供依据，确保厂达标排放。同时通过信息系统可以对系统进行优化，如精确加药、精确曝气等，可实现降本增效。
二、智能管理和决策
智慧管理方面，我们主要聚焦于建立大数据系统，将所有运行参数和运行数据进行收集汇总，通过开发专用系统为运行提供优化策略并实施。并且对污水厂的能源和资源进行审计，对全厂能耗、药耗分析提供决策支持。
最后，姚杰呼吁：提质增效只有起点，没有终点，希望行业同仁共同努力，为共建生态友好智慧的污水厂努力奋斗！
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