James Barnard博士認為：隨著人們對污水處理生物原理的加深，完全可以設(shè)計出可靠的系統(tǒng)實現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)出水，即TN<3 mg/L、TP<0.1 mg/L，結(jié)合化學(xué)除磷可實現(xiàn)TP<0.01 mg/L。荷蘭的研究結(jié)果也表明，在條件適宜情況下活性污泥工藝的技術(shù)極限為TN<2.2 mg/L、TP<0.15 mg/L。上述理論，可以說為在生物脫氮除磷工藝基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化運行管理實現(xiàn)極限脫氮的可能打下了堅實的理論基礎(chǔ)。

反觀我國污水處理的現(xiàn)狀，存在很多現(xiàn)實的問題。排水體制不完善造成的管道破損、雨污分流不理想、工業(yè)廢水混排的問題形成了我國特有的城市生活污水特征：進水復(fù)雜且碳源普遍不足。江南大學(xué)李激教授對全國58座污水處理廠的全流程工藝診斷分析發(fā)現(xiàn)，85%的污水廠脫氮問題為碳源不足。這或許成為在需要執(zhí)行TN<10mg/L出水標(biāo)準(zhǔn)的省市污水廠普遍采用工藝后端上反硝化濾池做保障的原因，而這也造成噸水運營增加0.2-0.3元碳源投加成本、0.004度/m 二級提升電費成本。中國的污水廠“帶病運行”、低效運行成為常態(tài)。

“源頭控制、生物強化、優(yōu)化運行”-污水高效、穩(wěn)定脫氮的良策

當(dāng)前，國內(nèi)高排放標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠穩(wěn)定運行時間相對較短。北京作為先行地區(qū)，從地標(biāo)（DB11/890-2012）發(fā)布到現(xiàn)在已有7年，但大部分地區(qū)仍處于提標(biāo)改造建設(shè)中，具有高效穩(wěn)定脫氮的運行經(jīng)驗較少。北控水務(wù)中部大區(qū)結(jié)合提標(biāo)改造項目管理與技術(shù)經(jīng)驗，提出了“因地制宜是前提、便于運行是基礎(chǔ)、二級處理是關(guān)鍵、三級處理是保障、投資成本是核心”的心得與建議。而李激教授通過對58座污水廠的調(diào)研分析，對碳源、內(nèi)回流比、內(nèi)回流溶解氧、攪拌等反硝化主要影響因素提出了運營優(yōu)化建議，非常值得讀者品鑒及實踐。同時，對正在提標(biāo)改造中的江蘇，我們邀請了曾參與《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》(DB32/1072-2018)標(biāo)準(zhǔn)制定前期調(diào)研的張超，系統(tǒng)分析了太湖流域新一輪提標(biāo)的問題及對策，希望給讀者以啟迪。結(jié)合多位專家的觀點，我們認為“源頭控制、生物強化、優(yōu)化運行”是在新一輪提標(biāo)中實現(xiàn)污水高效、穩(wěn)定脫氮的良策。

未來10年污水處理脫氮技術(shù)方向

進入21世紀(jì)后，污水處理出現(xiàn)了重大的理念變革。污水已經(jīng)不再被認為是一種廢物，而是一種可再生的資源。2014年初，以曲久輝院士為代表的6位專家提出了“中國城市污水處理概念廠”事業(yè)，并以“水質(zhì)永續(xù)、能量自給、資源回收、環(huán)境友好”為追求。伴隨著理念的變革，減少或摒棄外加碳源的需求、降低曝氣能耗、更小的占地，利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施開發(fā)新工藝成為當(dāng)前及未來10年的技術(shù)方向及挑戰(zhàn)。

更具性價比的碳源替代技術(shù)及產(chǎn)品

當(dāng)前，在學(xué)術(shù)界及行業(yè)，由于無需投加有機碳源，且脫氮效率高，運行費用低，以硫等無機物作為電子供體的自養(yǎng)反硝化技術(shù)成為技術(shù)工程化應(yīng)用的研究熱點。李激教授研究認為，與反硝化深床濾池相對比，硫自養(yǎng)反硝化裝置處理市政廢水可至少節(jié)省20%的占地面積，減少50%以上的運行費用，穩(wěn)定實現(xiàn)出水TN<10 mg/L的深度脫氮目標(biāo)。雖然此技術(shù)尚無工程化應(yīng)用，但據(jù)悉一批中試項目在進行中。碳源作為污水廠脫氮普遍應(yīng)用的藥劑，更具性價比的替代產(chǎn)品也是當(dāng)前市場關(guān)注的熱點。北京某公司研發(fā)了一種可替代常規(guī)碳源的新型高效生物碳源BioC-1M，不僅安全性高，而且可降低15%-30%的運行成本，目前已在北京昌平、大同制藥園區(qū)等污水廠得到了應(yīng)用。

更具節(jié)能降耗優(yōu)勢的技術(shù)及產(chǎn)品

曹業(yè)始博士曾在JIEI舉辦的技術(shù)沙龍研討中，詳細闡述了各種生物脫氮技術(shù)的能耗。他指出，與傳統(tǒng)的硝化反硝化相比，短程硝化反硝化可節(jié)省25%的氧以及40%的碳，厭氧氨氧化（Anammox）可節(jié)省75%的氧以及60%的碳。厭氧氨氧化自1977年由奧地利理論化學(xué)家Engelbert Broda開始探索，經(jīng)過40年的發(fā)展，目前已成為全世界關(guān)注的焦點。如全球知名水務(wù)公司威立雅不僅開發(fā)了基于MBBR系統(tǒng)的一段式部分亞硝化-厭氧氨氧化（PNA）脫氮工藝-ANITATMMox，且一直在主流PNA脫氮工藝上摸索前進。美國DC Water運行著全球最大的側(cè)流式厭氧氨氧化工藝（DEMON?）污水處理廠——Blue Plains，也在向短程反硝化耦合厭氧氨氧化技術(shù)（PdA）推進。而享有盛名的南非開普敦大學(xué)，開發(fā)了“外部硝化活性污泥工藝”，不僅可提升50%處理能力，且降低75%曝氣需求。

而基于材料的創(chuàng)新、生物膜形成機理及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面的創(chuàng)新及進一步認識，新型生物膜技術(shù)也正在煥發(fā)新的光芒。全球知名公司蘇伊士、Fluence、OxyMem均于2000年前后開始開發(fā)曝氣膜生物反應(yīng)器（MABR），并于2015年左右推向市場，目前已在國外得到了工程應(yīng)用。MABR技術(shù)適合我國低C/N比和低VSS的污水特征，可直接應(yīng)用于常規(guī)活性污泥法的缺氧區(qū)，通過比微孔曝氣高4倍的充氧動力效率，以及帶來的同步硝化反硝化及部分短程硝化反硝化作用，實現(xiàn)20%-40%電耗節(jié)省，并可增加30%-50%的水量負荷，穩(wěn)定實現(xiàn)出水TN<10mg/L?，F(xiàn)在Fluence開發(fā)的MABR一體化設(shè)備已在我國農(nóng)村生活污水處理中得到了普及，而蘇伊士、OxyMem也已開始在中國的湖州等地開展第一個工程示范。未來，隨著越來越多的人關(guān)注、研發(fā)該項技術(shù)，KNOW-HOW成本降低，相信會在中國，尤其是在缺少場地，已超負荷運行且面臨進一步TN提標(biāo)的場景得到更快的應(yīng)用。

最后，依然想用曹業(yè)始博士在脫氮技術(shù)沙龍分享中的總結(jié)作為結(jié)語。中國獨特的污水特征是我們的挑戰(zhàn)，低效運行的污水廠如何改進？“優(yōu)化現(xiàn)有BNR流程，提高效率；探索污水含碳的高效使用，最大限度地減少使用外加碳源及化學(xué)品；通過行業(yè)、學(xué)術(shù)和公用事業(yè)聯(lián)合加強工程研究；選擇好前沿課題實行突破”，這或許是未來10年中國BNR方案的突破方向。

編輯：趙凡