我今天給大家匯報的題目是高標準排放下污水廠運營的痛點與出路。主要從四個方面介紹。首先從行業背景和技術背景方面談一下提標改造的內憂和外患。

首先說一下行業背景，就是外患。外患第一點是監管的壓力，大家知道近兩年來的“環保風暴”，對于污水處理廠，包括整個環保行業的監管壓力是空前的增加，新的《環保法》、“水十條”、按日計罰以及日趨嚴格的地方標準，壓力很大，另外一方面就是要求污水廠加裝總氮、總磷的在線儀表，這種變化對于污水廠的運營影響還是比較大的，24小時的連續監測對于精細化的控制要求提高了。再有一點就是環保的一瓢式監管方式。總體來說，在監管壓力增加的情況下，幾乎是資本的冬天，但同時也帶來了機遇，監管嚴了，正是促進技術進步的一個外在的動力。

第二個外患是排放標準的問題。排放標準我主要從運營管理的角度來解讀一下地表四類給我們帶來的運營方面的一些問題以及高排放標準條件下的成本和技術的平衡點。先講一下我們運營人員的狀態，在執行二級標準的時候大家可以躺著干，幾乎不需要做太多的調整，實行一級標準的時候，包括一級A和一級B，我們的運營人員就要走起來，不能躺著干了。到了地表水標準，不用干！為什么不用干了？因為咱們從指標上可以看一下，地表四類氨氮的指標是1.5，這里還要講一個叫需氧量，進水的需氧量因子，常規的生活污水進水假如COD300mg/L，氨氮40mg/L，COD需氧量按1:1計算，氨氮需氧量按5:1計算，兩個指標需氧量在500mg/L左右。也就是說在供氧總量在500的條件下，控制精度要到7，如果少了氨氮不達標，如果多給了會影響總氮和總磷的達標，所以說控制區間非常地狹窄，因此僅僅靠人的控制基本上是做不到這種要求了，那么人也就不用干了，要交給機器來干。

第三個外患是低價競爭+支付風險。在這里我們呼吁兩個精神，就是契約精神和工匠精神，需要加強。另外在綜合以上這些外部的條件的壓力情況下，如果要實現高標準排放，唯一的出路就是要做到低成本，這是我們的觀點，只有低成本才可持續。

下面講一下技術背景，也就是內憂。在說之前，先說兩個概念，一個叫碳源利用率，我在去年的時候也說過這個概念，碳源利用率就是碳源用于脫氮、除磷的比例，碳的去向大概有三個方向，同化反應、與氧氣反應、與硝態氮反應。碳源與氧氣反應或者同化反應，對于碳源來說都是不利的，雖然做不到100%與硝態氮反應，但是要追求盡量高比例的碳源，于硝態氮的反應。另外一個叫總氮放棄率，總氮放棄率是什么概念呢，就是在假設碳源無限充足的情況下，我們得工藝仍然無法去除的總氮。

比如說AAO工藝，通過內回流和外回流將硝化液拉回缺氧區，內回流比200%，外回流比100%的情況下，將有25%的TN通過二沉池出水排出，前面加再多的碳源這些TN也是去除不掉的，這就是TN的放棄率。

下面就用這兩個概念判斷一下目前提標改造常用的工藝是否符合要求。

1、AAO工藝及其改良工藝：碳源利用率低、總氮放棄率高。兩項都不合格

多級AO：避免了大量的內回流夾帶氧氣，碳源利用率較高，總氮放棄率高。這個工藝面臨一個問題就是配水的問題，第四點配水就會面臨總氮放棄率高的問題，第四點不配水需要外加碳源來補充，雖然可以把總氮降的很低，但是碳源利用率就低了，二者不能兼顧。

Bardenpho工藝：和多級AO最后一點不配水一樣，碳源利用率低，總氮放棄率低。

另外一個問題就是刻意追求SND，碳源浪費巨大。SND是一個非常偉大的發現，可能過去對它過度神化了。首先先說一下DO的概念，DO是什么，氧氣的輸入量減去氧氣的消耗量，剩下的溶解在水里是DO。也就是說你的供氧量大于它的消耗量才會產生溶解氧，即使DO小于0.2mg/L，只要你在曝氣，它仍然是一個不折不扣的好氧環境。所以在好氧環境下，碳源首先是和氧氣進行反應，浪費極大，利用率必然是低的。

2、運行管理的內憂：我們目前雖然做了很多的工作，但是目前從各方面來看，對于溶解氧控制的重視程度還是不夠的，只考核COD、氨氮的運行模式：過量曝氣。成本高一些。增加總氮、總磷之后的運行模式：過量曝氣+投藥的方式。第三就是二沉池防止反硝化：反硝化需要什么條件，反硝化第一需要沒有氧，第二，需要有微生物，第三，需要碳源，第四，需要有硝態氮，二沉池具備幾個條件？可以說，二沉池目前在生物池末端的BOD都已經要求小于6了，實際可能也就2,3個，二沉池已經不具有碳源的條件，如果二沉池想發生反應的話，它的碳源需要污泥水解實現，但二沉池的污泥停留時間顯然是不夠水解需求的，所以這里要說一個情況，我們可以完全不用擔心二沉池發生反硝化反應，現在我們是地表四類、地表三類了，完全不用擔心這個問題，執行二級標準的時候大家擔心是對的，新形勢下這種擔心是多余的。第四個就是大比例內回流。氧氣夾帶很嚴重，浪費了碳源。

運行管理的其他問題，例如設備維修，我們現在設備維修基本上處在設備壞了才會修，很難做到預防工作，另外水量水質波動大，上游偷排成本低，一瓢式監管變相進一步提高了對出水水質的要求，常規自動控制技術過渡以來儀表的準確度和完好率，一個污水廠有數百臺儀表，不可能同時都是好的，都準確，過高的要求反倒帶來自身運行不穩定的問題，這一點需要突破，還有一點就是精細化管理只能掛在嘴上，因為缺乏行之有效的手段，所以只能喊喊口號。

第3大點分享一下我們創業環保在面對以上問題的解決方案，主要有3個方面，都源自運營，主體思路是以低成本實現高標準排放，3個方面分別是工藝設計優化，運行控制優化和設備運維優化。工藝設計要求工藝不僅僅以可能達標為目的，同時還要考慮達到這一目的的成本，運行控制要更多的采用精細化和智能化的控制手段，那么智慧水務由選修課變成了必修課，設備運維方面要能夠對設備故障進行預判，前置維修保養，支撐工藝需求。

先講一下我們在工藝設計方面的改進，采用了側流強化多級AO工藝，這個側流并非水解，而是利用生態學原理，通過側流強化提高反硝化菌群的生長繁殖，提高其種群密度，并利用好氧、缺氧交替的環境，以及O段的低氧和內源呼吸抑制技術，促進反硝化酶系統的合成，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應效率，另一方面提高了好氧區發生同步硝化反硝化的比例，這里可以看出來SND不是不可用，而是要用對地方，該有的缺氧區還要有，這一工藝，碳源利用率高，同時總氮放棄率低，在不外加碳源的情況下，一般碳氮比條件下，理論TN去除率可以達到95%。

該工藝在紀莊子污水處理廠一個12萬噸每天的系列做進行生產性實驗效果也非常顯著，這是進水COD，BOD和TN的數據，可以看出B/C為0.5以上，B/N為2.99，C/N為5.78，TN平均49，屬于典型的生活水水質.

實驗同期對比另外一個21萬噸/天的普通多級AO工藝，通過九個月的對比發現在進水條件和管理人員完全一致的情況下，普通多級AO出水TN平均16.4，側流強化多級AO出水TN平均6.2。

可以看出該工藝在常規條件下比普通多級AO可以多去除10個左右的TN，由于更多的硝態氮參與了氧化，曝氣量也更少，10個TN節約的碳源成本大約是一噸水3毛錢，效果是很顯著的。基本在工藝設計上做到了低成本達到高標準要求。

下面第二個優化方向就是智慧水務，我們所認為的智慧水務有三個階段，就像一個人，分為骨架，肉體和靈魂三個層次，骨架階段就是搭建基本的通訊通道，建立工業以太網，實現數據采集和遠程開關控制，智慧水務的肉體就是現在比較火的大數據分析，數據模型分析以及基于專家診斷系統包括WEB端和移動APP監控等，那么以上這些都只是把數據進行了采集和分析，這些數據究竟怎么樣才能為水質達標和降低成本發揮作用呢，那就需要第三個層次，也就是我們說的靈魂階段，我們認為智慧水務的靈魂就是關鍵工藝環節的智能化控制，將人的控制策略交給機器來執行，通過對有效數據的利用實現自動調整，達到節能和增效的作用，這才是智慧水務的落腳點和存在價值。

我們目前對配水量，曝氣量，曝氣量又分為曝氣分量和曝氣總量，以及污泥量，加藥量等采用模糊控制的方法，以接近人類思維的模式對關鍵參數進行調整，通過多因子周期性的步幅調整，按照不同的權重因子抓大放小，使得控制值自動無限趨近與合理區間，避開了大量的公式計算，對水質水量變化的應對能力更強，以模糊的手段獲得了精確的結果，因為和人類的思維模式很接近，這種控制方式也稱為工藝管理機器人。

以曝氣量智能控制為例，系統投入使用前出水氨氮和生物池DO變化都比較大，系統投入使用后運行曲線則非常平穩，既防止了過量曝氣，又促進了氨氮的穩定達標，避免過量曝氣同時也促進了總氮總磷的去除效果，提高了工藝對碳源的利用率，降低了加藥成本。

根據實際運行統計，節約電耗和藥號可達到噸水約1毛錢，同時模糊控制的方式降低了對儀表完好率和準確度的要求，允許儀表的誤差和正常維修，這一點反過來大幅度提高了系統本身運行的穩定性。

第三個方面是設備運維的優化，再好的工藝和控制手段都離不開正常的設備支持，如果設備壞了或者維修周期特別長一切也都是空談，對于設備運維我們以前大多采用救火式維修，也就是等設備壞了才修，維修周期還很長，實際上設備壞之前都會有預兆，有經驗的維修師傅可以根據設備聲音，振動，電流，發熱量等方面對設備狀態做出預判，我們所做的全生命周期設備運維管理就是將人的經驗通過一系列的探頭和數據采集分析判斷來表達出來，從而自動判斷設備健康狀態，給出風險預警，進行預防性維修，即可以縮短維修周期又能夠延長設備使用壽命，對工藝運行提供有力支持！

這些優化措施同時作用，在達到準四類標準的情況下，總計可節約噸水0.3-0.5元的成本，如果這些技術應用到全國的污水處理廠，按照每天2億噸污水計算，每天節約的成本量將達到0.6-1億元，成本節約量將非常可觀。只有做到低成本達標高標準排放才可持續，我們的提標改造研討會現在開到了第二屆，還能不能開第三屆第四屆甚至更多界，就要依托更多的技術創新來實現低成本高標準排放的目標，才能繼續開下去。

最后給大家分享一下我們還在研究的幾個方向，還沒有用到實際生產運行中，一是工藝參數模擬與專家診斷預警，二是基于電網峰谷平電價的進水泵優化控制策略，三是基于物聯網的小型一體化農村廢水處理站，四是二沉池運行效果優化技術，五是人造顆粒污泥。