James Barnard博士認為：隨著人們對污水處理生物原理的加深，完全可以設計出可靠的系統(tǒng)實現(xiàn)高標準出水，即TN<3 mg/L、TP<0.1 mg/L，結(jié)合化學除磷可實現(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：進水復雜且碳源普遍不足。江南大學李激教授對全國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出水標準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

當前，國內(nèi)高排放標準的污水處理廠穩(wěn)定運行時間相對較短。北京作為先行地區(qū)，從地標（DB11/890-2012）發(fā)布到現(xiàn)在已有7年，但大部分地區(qū)仍處于提標改造建設中，具有高效穩(wěn)定脫氮的運行經(jīng)驗較少。北控水務中部大區(qū)結(jié)合提標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)標準制定前期調(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)設施開發(fā)新工藝成為當前及未來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

當前，在學術(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。雖然此技術(shù)尚無工程化應用，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用的藥劑，更具性價比的替代產(chǎn)品也是當前市場關(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，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)曝氣膜生物反應器（MABR），并于2015年左右推向市場，目前已在國外得到了工程應用。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提標的場景得到更快的應用。

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品；通過行業(yè)、學術(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