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污水处理系统运行品质提升的四大内涵与方向

发表时间:2020-09-22 11:13

污水处理提质增效成为最近几年污水处理行业普遍关注的热点话题,也是近期国家对污水处理行业的阶段性目标。

今年发改委、住建部联合印发的《城镇生活污水处理设施补短板强弱项实施方案》中,明确强调了,强化城镇污水处理厂弱项;补齐城镇污水收集管网短板;加快推进污泥无害化资源化;推动信息系统建设等四大任务目标。进一步强调了污水提质增效的重要性。

针对污水处理的提质增效话题,在9月17日的“2020(第十二届)上海水业热点论坛”上,上海城投污水处理有限公司副总经理陈广以“上海污水处理系统运行品质提升思考与实践”为主题,从政策、经济、社会、执行四个层面,系统分享了上海城投污水处理有限公司(以下简称“城投水务污水公司”)在提升上海污水处理系统运行品质方面的实践探索与思考。

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陈 广

如何理解污水处理运行品质提升的内涵?

陈广强调,要清楚污水处理运行品质提升的方向,首先要明确它的内涵。他从政策、经济、社会、执行四个方面,重点介绍了他对污水处理运行品质提升内涵的理解。

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政策层面

2020年8月,发改委、住建部联合印发了《城镇生活污水处理设施补短板强弱项实施方案》,针对《方案》中强调的四大主要任务,陈广重点分析了强化城镇污水处理厂弱项的话题。他提出,目前我国包括上海在内的很多城市污水处理能力还不足,其次是部分城市的污水处理效率和质量还有待提升。

针对这些问题,《方案》中也做了具体的要求,如强调长三角地区和粤港澳大湾区城市、京津冀地区和长江干流沿线地级及以上城市、黄河流域省会城市、计划单列市生活污水处理设施全部达到一级 A 排放标准。

2020年8月,生态环境部发布了《关于进一步规范城镇(园区)污水处理环境管理的通知(征求意见稿)》,在文件中,不仅针对进水超标导致出水超标等行业热点话题,明确了包括地方人民政府、排污单位、污水厂运营单位在内的各方主体的责任,也强调要督促运营单位切实履行对污水厂出水水质负责的法定责任,以及明确污染物排放管控要求、合理认定处理超标责任。

陈广指出,这一征求意见稿,对行业来讲是一个利好,但是也强调了在污水处理过程当中需要极其关注水质,对污水处理提出了更高的要求。

与此同时,行业也应该看到水质不达标可能带来的更多负面影响。比如《中华人民共和国环境保护税法》、《 <资源综合利用产品和劳务增值税优惠目录>的通知》等文件中,不仅明确了城乡污水集中处理场所超标向环境排放应税污染物的,应当缴纳环境保护税。也强调了因环境违法受到处罚,自处罚决定下达的次月起36个月内, 不得享受规定的增值税即征即退。

陈广强调,从政策层面来看,污水处理运行品质提升的内涵就是“稳定高标”。一系列政策的推动,都在提示污水处理厂,必须提高抗风险能力,实现全天候稳定高标运行。

经济层面

今年,突如其来的新冠肺炎疫情对全球的经济都带来了巨大的冲击。今年两会,李克强总理在发布的2020年国务院政府工作报告中提出,加大减税降费力度 。而环境治理的各类支出主要由财政承担。在财政收入收缩的情况下,环境治理经费压力可想而知。

同时,行业还要完成污染防治攻坚战的任务,所以必须要提供性价比高的污水处理服务,这也是一个污水处理企业的核心竞争力。通过一系列提质增效措施,提升高性价比的污水处理服务。由此,陈广认为,经济层面来看,污水处理运行品质提升的内涵是“提质增效”。

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社会层面

污水处理的本质应该是让水环境变得更好,但在某些特殊情况下,可能会有偏离这一本质的做法出现。如过度追求水质,做了不切实际的要求和标准,导致污水处理越来越依赖能源,越来越依赖资源(如各类水处理药剂)。还有,很多时候污水处理好了,但后端的污泥、臭气又出了问题,带来很多负面影响。

陈广强调,在这种情况下,行业应该回归污水处理的初心,真正把环境治理好,应该变能源依赖为节能低碳,变资源依赖为资源再生,变负面影响为环境友好,实现绿色生态的目标。所以,从社会层面来看,污水处理运行品质提升的内涵是“绿色生态”。

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执行层面

既要稳定高标,又要求提质增效、绿色生态,怎么做到?陈广认为,从执行层面来讲,运行品质提升的内涵应该是“智慧赋能”。

现场,陈广用汽车的升级为例,生动的阐述了智慧所能带来的赋能效果。如下图,左侧的老式小汽车类似于传统的污水处理:工控系统自动化程度不高、IT系统功能简单、决策极度依赖人为经验。通过智慧化赋能,右侧的新式汽车诞生,类似于智慧污水处理:操作自动化、决策智慧化、充分发挥现有设施设备的潜力、为污水处理品质提升提供有力支撑。

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四大案例看污水处理运行品质的提升方向在哪?

污水处理要满足稳定高标、提质增效、绿色生态以及智慧赋能的要求,应该如何走?陈广继续从政策、经济、社会、执行四个层面出发,提出了四大方向:全流程优化提标、全方位节能降耗、全链条综合利用、全环节智慧运维。

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论坛现场,陈广从以上四大方向出发,介绍了城投水务污水公司品质提升的四大实践案例。

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全流程的优化提标

在全流程的优化提标中,陈广重点从厂网协同运行、运行优化调控、大水量抗冲击,三个方面做了介绍。

陈广提到,调蓄池是应对大水量冲击的重要缓冲。原来上海的污水厂都没有调蓄池,从这一轮提标改造的要求来看,需要建设大量的调蓄池,调蓄池对整个污水处理厂来水瞬时冲击的减缓作用非常明显。排水管道、调蓄池与污水厂联合使用应对降雨初期的高浓度合流水冲击,对进厂水质、水量进行调节,有效保护现有污水处理厂的运行安全。

厂网协同运行的概念行业一直在提,但是真正落地的不多。陈广介绍,今年上海城投与上海市排水公司做了深入的沟通,厂网合作有了进一步提升,效果很明显。实现厂网协同以后,进水瞬时量波动幅度从原来的70%下降至30%,确保大水量冲击的情况下污水厂实现运行稳定高标的目标。

优化运行调控。对经典的活性污泥数学模型进行校正,辅以基于大数据分析的黑箱模型,更符合污水厂的实际运行情况,基于修正好的离线模型进行仿真计算,验证工艺参数,进而大幅细化、优化应急工况工艺调度应对预案。

陈广介绍,在实践中把模型应用在应对突发状况的情况下,比如高浓度的冲击、大水量的冲击,在这种情况下,它可以指导更精细的调整过程参数。

大水量抗冲击。在污水处理厂运行过程中,大水量冲击很明显,这是很多南方城市都有的现象。合流制系统或者不彻底的分流制系统,都会遇到这样的问题。

上海虹桥污水厂设计处理水量为20万吨/天,旱季满负荷运行,雨季的时候需要处理的量更大。在这样的背景下,怎么保证大水量时期的抗冲击能力呢?城投水务污水公司建立了水量冲击分级响应机制,不同响应等级采取一系列有针对性的工艺调整与设备管理措施。

陈广介绍,上海虹桥污水厂出水执行一级A标准,氨氮、总磷执行地表水IV类水标准,综合为一级A+标准。连续超负荷运行,通过抗冲击调控手段使得出水水质在大水量冲击下持续稳定高标。

全方位节能降耗

要做好污水处理的提质增效,陈广认为,全方位的节能降耗很关键。在这个过程中,要重点做好系统性的节能降耗以及提高能源利用率两方面的工作。

系统性的节能降耗。城投水务污水公司在污水厂各关键设备电能及外加药耗精确计量基础上,对全厂、各设备电耗、药耗等主要经营数据进行分析、评价,同时对其设备能效进行分析,确保设备经济稳定运行,提高投入产出比。

陈广提出,以往行业内都在做降本增效,但其实基数是没有被摸清楚的。因此,城投水务污水公司首先建立了能源管理平台,对全厂能耗统计,之后做好全厂能耗评价、设备能效分析,最后做好能耗成本对标。

在提高能源利用率方面,城投水务污水公司主要是做了污泥干化焚烧系统能量平衡校核计算,并在此基础上提出了一套切实可行的、不影响干化焚烧系统正常运行的干化尾气余热利用方案。陈广举例,如竹园污泥厂,在干化机载气余热利用改造后,边界条件不变的情况下,系统总体能源自给率可提高8~10%。

全链条综合利用

“全链条综合利用将有效满足绿色生态的要求”。陈广从污泥灰渣资源化、空间综合利用以及厂内外环境友好三方面,介绍了城投水务污水公司在绿色生态方面的实践。

资源循环利用主要指的是焚烧灰、渣的资源化利用,也是行业重点关注的话题。污泥灰中的SiO2含量较高,可进行建材利用,作为水泥生料添加剂、路基材料等。污泥灰中磷含量也较高,可提取磷元素进行利用。

陈广介绍,城投水务污水公司联合同济大学、上海市政院以及国内很多研究机构,承担了“十三五”水专项,其中一项就是飞灰资源化。在实践中,城投水务污水公司将产生的污泥进行焚烧残渣经预处理后与其他原辅材料按配方进行混合复配,加工成的产品为铁质校正料和复合粉煤灰,产品作为水泥与混凝土的生料、混合材和掺合料,应用于水泥厂、粉磨站及搅拌站。符合国家相关标准:如《通用硅酸盐水泥》(GB175-2007)、《粉煤灰在混凝土中应用技术规程》(DB31/T 932-2015)、《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T 1596-2017)。

截止到2020年8月止,石洞口污水厂污泥完善工程产生的焚烧残渣共计5200余吨。城投水务污水公司用实践将相关链条完全打通。

全链条综合利用还有空间综合利用。陈广介绍,上海虹桥污水处理厂作为半地下式污水处理厂充分体现了空间综合利用。不仅实现了环境友好,与周边环境协调统一、充分融合。同时也践行了海绵城市理念:厂区道路、屋顶绿化建有生态排水系统。

9月18日下午,“2020上海水业热点论坛”也组织参会者对上海虹桥污水处理厂进行了实地参观与考察。

全链条综合利用还强调厂内外的环境友好,这里重点是对臭气的关注。上海由于城市的发展水平,百姓对污水处理厂的要求非常高,在这种情况下,促进城投水务污水公司更加强化对臭气的处理。陈广介绍,通过实践,实现了对污水厂产生臭气的污染源进行全覆盖、臭气全收集、全处理,处理后臭气排放厂界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))。

环境友好还包括厂内厂内环境友好,陈广介绍城投水务污水公司特别重视厂区内部无组织臭气治理,打造员工满意的生态厂区。在此基础上,还主持编制了上海地方标准《污水厂区臭气治理技术要求》的制定,目前已经完成编制,预计2021年上半年发布。

全环节智慧运维

陈广从工艺段智慧化控制、工厂级智慧化运行、公司级智慧化决策三方面,详细介绍了城投水务污水公司在智慧赋能方面的实践。

城投水务污水公司从点、块、链三个角度,来重点提升智慧化管控的水平。点是某一个具体的设备和工艺段:实现精准操作的工艺段智慧化控制。块指污水厂:兼顾高效和绿色的工厂级智慧化运行。链主要指整个片区的管理:提升产业链能级的公司级智慧化决策。

点的角度,城投水务污水公司致力于提升智能感知能力,陈广介绍他们研发了一套活性污泥指数在线自动监测设备,可实现24小时在线监测污泥指数。污泥指数的连续监测对于工艺判断帮助很大。

其次,陈广还列举了预处理区域联动控制的例子,实现生物池进水负荷平稳,在处理量最大化的同时出水水质也达到最优;调蓄池提升泵工作在最佳工况点,降低电耗;针对不同工况设定多种控制模式,避免人工操作失误。

块的角度,基于BIM建设“数字孪生”智慧工厂。厂区BIM深度融合SCADA系统的实时数据和信息系统的业务数据,实现对设施设备的数字化,生产过程的数字化,同时结合经典的工艺机理模型,机器学习形成的黑箱模型,仿真技术组成多维数字化模型 ,为科学化、智慧化的管理提供可分析、可仿真、可预测的“数字孪生”工厂 。

链的角度,搭建公司级的综合管控调度平台,具备实时共享、功能提升、模式转变、云计算的功能,可实现平台公司以管控为主转变为服务为主,变传统计划任务驱动为数据任务驱动,进而各运行污水厂可快速完成优化运行的技术迭代,实现跨越式优化运营。

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陈广强调,污水处理提质增效不是短时间内能够完成的,这是一个漫长的过程,需要行业在这条路上一点一点实践。相信通过行业的共同努力,一定能够实现污水处理厂品质的提升,做到稳定高标、提质增效、绿色生态、智慧赋能的污水厂运行品质提升的目标。


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