【专家解疑答惑】第八期首创爱华运营总监刘智晓解答活性污泥工艺运行调控问题

ACTION

据悉，十二五规划的政策变化将主要有五个方面：一，首次将氨氮纳入约束性控制目标；二，提高污水治理的排放标准，加大再生水回用力度；三，强制性要求处理污泥；四，继续提高污水处理率和设备负荷率；五，农业水污染首次纳入管理体系。那么污水厂运行调控过程中遇到的诸如怎样降低氨氮、如何提高出水标准，污泥沉降性能等诸多专业问题希望得到专家的指点。

2011年3月1日，水网论坛将邀请首创爱华（天津）市政环境工程有限公司、国中天津水务有限公司运营总监刘智晓先生就“活性污泥工艺运行调控及活性污泥分离特性问题”对网友的提问展开解答。本次答疑活动将会持续两个月，欢迎广大网友踊跃参与。

刘智晓总监的时间比较宝贵，而且这也是一次非常难得的机会，请广大网友一定要珍惜本次机会、慎重提问。


刘智晓简历：

1996-2001： 吉林市自来水公司二水厂


           工艺技术员：主管水厂工艺生产运行
2004-2006： 国中爱华（天津）市政环境工程有限公司   
           技术部、运营部：部门副经理、部门经理；主管BOT项目的运营管理及BOT项目技术支持
2009-至今： 首创爱华（天津）市政环境工程有限公司
            国中天津水务有限公司 运营总监  主管公司下属各BOT/TOT项目的运营，水务项目运营优化，运营监管、绩效考核、解决生产及运营中出现的关键、重大的技术问题。
           
近年参与的主要项目与成果：
1）2010年~至今：青海海南州共和污水厂，规模2万m3/d；
2）2009年~至今：东营国中供水厂，规模15万m3/d；
3）2009年~至今：太原杨家堡污水厂，规模16万m3/d；
5）2009年~至今：马鞍山东部污水厂，规模10万m3/d
6）这些年还参与了数十个水务项目BOT、TOT招投标、技术经济评估工作，参与数个水务项目技术咨询。
科技成果包括国内专业杂志、国际会议等近二十篇论文，申请和拥有两项专利，实用新型和发明专利各一项，参与五项科研项目等。
近年发表主要论文如下：
(1) 刘智晓,胡春萍,詹卫东等. 侧流污泥生物强化技术及其在污水厂升级改造中的适用性. 中国给水排水.2010,26(18).
(2) Liu Zhixiao, Cui Fuyi, Zhao zhiwei. Application of multi-stage bio-filtration system for sewage treatment and analysis of the microbial community. Journal of Harbin Institute of Technology. 2010,16(6):99-104..
(3)ARP、ARP/BIO-P技术在中国污水厂的应用研究与示范，丹麦环境部2011年资助课题，中方课题负责人。

戴晓虎

刘工，您好，想请您介绍几种目前常用的一级B升一级A的几种技术方法，并请您对几种方法在应用中的效果，做下比价，谢谢您

绿茵陈

对于村镇污水处理来说，活性污泥法能适应其特点吗？

shinewood

对于原水碳氮比较低，有什么项对比较经济有效的方法

shinewood

刘总监、对于污水厂在达标排放的前提下，如何降低能耗，尤其是电耗，您有什么心得？

刘智晓

     首先我非常感谢中国水网给予本人这次宝贵的交流机会，非常感谢水网为行业搭建的高效、通畅的交流平台！
     其次，我希望我们能利用这个平台，就我们大家较为关注的涉及到活性污泥工艺运行、以及活性污泥分离问题等一些问题进行交流，当然我不反对其它方面的交流和沟通，甚至包括给水厂运行方面的一些问题，因为在我看来，水是延展性、包容性、渗透性最强的事物，因此导致了我们这个世界产生了很多“水”问题，作为我们这一代人，我们希望我们能为“水问题”做出一点贡献，有利于实现未来的可持续发展，我们也期望，全社会能将“水问题”能统一起来，能全方位面对水问题，不单单是“污（废）水、给水、再生水”等名词。
     基于这个层面，与其说是“解疑答惑”，我倒是更接受这是一种真诚的沟通。限于学识和经历，不能圆满进行答复或者给出确切意见的，也请各位朋友见谅。因为我们面对水，我们永远是在学习、再学习。

刘智晓

先向戴老师表达我的一些不成熟的观点。
  首先，我认为在一级B提标改造为一级A时，首先要完成的一项基础性工作，就是对现有污水厂的工艺、设备运行性能、存在问题进行一个深入、可靠的评估。侧重点应该评估现有处理设施的真实处理能力和效能，包括真实进出水水质情况；现有池容及其利用情况；设备能力利用情况等。另外一点，就是运行管理问题，也需要了解。很多现有污水厂，通过科学、有效地高质量管理，在主要指标方面能取得一个比较稳定的去除效果。因此，从这个意义上说，不单单是一个“从一级B升为一级A“的标准问题。
  其次，仅仅从标准提升的技术方面。一级B提标为一级A，我认为应该是在挖潜二级生物处理（或者强化生物处理）工艺、考虑增加深度处理（三级深度处理）方面做文章。N、P的问题最好能在生物处理段解决或者发挥生物处理段最大功效，将N、P负荷在二级处理段大幅削减，这样有利于降低深度处理工艺的污染物负荷。
  具体在工艺选择方面。首先要看进水水质特性。目前，中国很多污水厂面临的棘手问题不是提标改造的技术选择，困扰设计和运行人员的关键问题是进水碳源不足，尤其是SCOD、VFAs不足，这主要影响TN、TP的去除，尤其是P的去除，需要低分子量挥发性脂肪酸以供给厌氧段的生化过程。
  为了强化脱氮除磷，这涉及到碳源的选择问题。两种选择：一是商业碳源；二是挖掘污水厂内部碳源。目前，大多数污水厂的设计是投加外部碳源，如甲醇，乙酸钠等。我本人不反对投加外部商业碳源，但是更期望能充分利用污水厂“内碳源”，来源两种方式：一是初沉池污泥水解；二是活性污泥水解。这两种性质的污泥水解发酵，都是可以产生SCOD、VFA的，当然两种污泥在水解产物的产率及水解产物分布方面存在差异。目前业内专家对活性污泥水解产生碳源补充进水碳源不足的问题，产生质疑，认为活性污泥水解效率及产率都低，主要是因为细胞壁溶壁过程是限速步骤，实际运行中未必“经济划算”。对于这个问题，可能短时期内尚不能给出大家一个完全具有说服力的定论。但是我想告诉大家的是，最近我们正承担了一个丹麦环境部资助的关于活性污泥水解强化脱氮除磷方面的课题，根据我们课题组合作方前期的研究，有些污水厂的活性污泥水解产物VFAs从物料平衡方面计算，理论上这部份内部碳源能满足对TP的去除（当然，我们也发现，不同来源的活性污泥，水解产物SCOD、VFAs产率差异很大，主要受进水水质、处理工艺；SRT、水温等影响），丹麦等国家有一些这样的应用实例，限于篇幅，我暂不展开谈。其实，初沉污泥和活性污泥水解产率虽然不同，但是从绝对量上，活性污泥水解产量可能会更高，而且能100%被后续BNR利用。因此，我非常希望国内污水厂开始重视利用污泥水解，来补充进水碳源不足的问题。当然，我们也欣喜看到，国内开始重视这方面的研究，如北京排水集团，不久前做的活性初沉池的研究，取得了不错的进展，当然他们研究的是初沉污泥水解及产物的利用；同济大学陈银广教授课题组则研究了活性污泥水解问题，取得了瞩目的研究成果。补充一点，商业外部碳源毕竟增加了污水厂运行费用、提高了污泥产量，从资源利用角度是不可持续的技术。因此，内碳源的利用，应该是目前或者未来一个研究的热点领域。
   （待续）

[ 本帖最后由 exp_liuzhixiao 于 2011-3-1 22:49 编辑 ]

刘智晓

对于村镇污水处理，应该属于小规模生活污水处理、或者分散性污水处理系统领域。
对于村镇污水处理系统，我认为各种工艺都可以选择。活性污泥法可以用，但是问题是活性污泥工艺污泥产率高，且污泥性状不稳定、处理过程易产生恶臭；占地大等问题，这是影响小规模生活污水处理采用的重要因素。我还是比较倾向于生物膜法或者自然生态处理等低能耗、能实现污水就地处理并回用的处理工艺。经济条件好的地区，甚至可以采用MBR。
生物膜工艺：如BAF，MBBR等；
自然生态处理：人工湿地；氧化塘（生态塘等）
原则：低能耗；易于维护管理；能实现资源化利用。
实例：
  湿地——常州武进区通江花园，人工湿地处理小区污水；处理规模140m3/d，成本0.175元/m3;
   氧化塘——内蒙鄂尔多斯市东胜区EcoSan项目，处理能力270m3/d；
生物膜法——日本净化槽技术，Johkasou适用于几十人到几千人的处理规模。还有德国等国家适用较多的生物转盘。北美地区就地污水处理系统广泛应用的生物滤池，Waterloo Biofilter.该工艺能在-40度寒冷气候下运行，模块化单元。
   
  MBR：澳大利亚印克曼D'LUX社区利用MBR处理污水，主要处理100户排出的灰水。中国也有案例。但是主要集中在酒店、宾馆等。

[ 本帖最后由 exp_liuzhixiao 于 2011-3-1 23:50 编辑 ]

绿茵陈

200多点击了，恭喜下，看来大家都比较关注这个话题。有问题也请向刘总提问，难得的学习交流机会。

利涉大川

刘总监你好
         请问目前中国绝大多数地区的污水处理厂实际运行效果并不理想，个人感觉其主要是设计与实际偏离太大，而现在的设计院在做后续的污水厂时依然还是按照‘手册’指导进行设计，请问这个矛盾，有什么化解的方法吗

亦寒

原帖由 利涉大川 于 2011-3-2 11:11 发表
刘总监你好
         请问目前中国绝大多数地区的污水处理厂实际运行效果并不理想，个人感觉其主要是设计与实际偏离太大，而现在的设计院在做后续的污水厂时依然还是按照‘手册’指导进行设计，请问这个矛盾，有什么 ...

上推 《环评》、《可研》 。我们项目评审的时候，政府和专家一致要求按照可研设计。 生活水的指标，设计工业园污水厂，是否也是大川兄所说问题的一个方面？

qdwbj1983

刘总您好,进水 Bod100 Nh3-n50 tn100 tp5 出水在活性污泥法运行下能否达到一级A

[ 本帖最后由 qdwbj1983 于 2011-3-2 12:42 编辑 ]

亦寒

刘总监您好：
    目前国内BOT项目有些是民营企业介入，没有水务运营的管理基础。老板往往想的太容易，而对于外聘的管理人员，如何在人员配置不到位、老板的不重视的夹层中，做好污水厂的运营管理工作。同时，即便国内大背景的污水厂也有存在管理不善的问题。
    国内同类污水厂、或者整个行业如何在管理上更上一层楼呢？

itsea

请问刘总监：由于存在着南北的差异，活性污泥法在调控时要着重那些因素？南北都是一样的吗？

刘智晓

污水厂能耗、尤其是电耗的控制，一直是运行人员最为关注的问题。对于电耗的控制，我个人观点如下：
   首先，我认为，在运行层面，要加强运行人员责任心，这是节能降耗的基础，是非常关键的。即使拥有多先进的控制系统，如果运营管理人员、操作人员不能履行良好的职责，那么节能降耗恐怕是句空话。这是我首先要表明的观点，也是我们的经验。另外，运行层面需要研究的一个基础性工作就是对现有污水厂的“能量流、物质流”进行平衡分析和计算，分析污水厂“两流”的去向。针对能耗分布占比较大的工艺单元进行分析和控制。如通过物质流的分析，从降低电耗考虑，尽量发挥预处理作用，使得预处理或者一级处理能大幅降低COD、BOD、SS负荷，这样会大大降低后续生化反应阶段对风量的需求。当然，这还需要综合分析，考虑脱氮除磷等因素。污水厂运行过程中的优化运行也是节能降耗的关键环节，如生物池不同区域DO的优化控制，防止过度曝气；厌氧、缺氧、好氧功能分区的合理匹配等。
   其次，节能降耗，在技术层面，关键是工艺设计、自控系统设计方面要下功夫。很多污水厂很难实现有效的能耗控制，除了上述管理方面以外，污水厂工艺设计不足、自控系统存在缺欠，这也是污水厂运营以后很难实现有效节能的主要原因之一。我认为，在设计环节，首先要工艺方案设计、设备选型环节，要考虑一些有利于实现能耗控制的一些细节，诸如全程水头损失的控制和设计、避免过多富裕水头；曝气系统优化设计、污泥回流系统优化设计；水泵、风机的合理选型等问题，这方面大家相对比较熟悉，不再展开。
   除此，采用可靠、稳定、能实现真正意义上“自控”的控制系统，尤其是精确曝气系统，我认为对于污水厂节能降耗是很关键的，因为曝气系统能耗约占全厂能耗的50%-70%。但是目前常见的生物池曝气控制回路采用DO-阀门调节或PID定值调节，这种控制方式实践证明存在很大缺欠，据不完全调查，国内好像采用此种控制方式成功多年运行的案例很少；很多厂由开始的“自动”逐渐变成“半自动”到最后的手动“衡量控制”了。我们知道，污水厂运行控制特性不同于其它反应系统，污水处理过程属于“非线性、大滞后”系统，常规的PID控制不但存在较大的滞后效应，而且控制过程易引起系统振荡。
为了对曝气池溶解氧（DO）环境进行精确的控制，要对DO的动态平衡有充分的认识，其包含两个过程：一是氧扩散过程，在鼓风曝气系统中主要体现为空气从曝气池底部的曝气头释放后，空气中的氧气从气相向液相中转移；二是氧消耗过程，这个过程综合了好氧处理过程的各种环节，包括有机碳去除过程、生物脱氮、生物除磷等，DO的消耗是由上述过程综合作用的结果。由于污水厂的进水水质和水量是变化的，在特定的时间段内其耗氧量也是变化的，只有使该时段内的供氧量和耗氧量相均衡，才能保证处理环境的稳定，保证出水水质。
     这里推荐精确曝气系统，目前国内已经有多家公司提供这方面的服务，当然他们的技术细节、控制方式及原理存在较大不同。但是基本面是相似的。就是实现“按需曝气”，采用闭环控制系统，不但采集生物池DO等工艺在线监测数据，甚至也采集NH3-N等水质指标作为反馈控制信号参与系统控制；在前馈方面，采集进水流量Q、进水水质指标，如COD、NH3-N等。这样形成了一个“前馈-后馈”闭环控制回路。在闭环控制方面，我比较赞同将NH3-N甚至PO4-P引入控制回路。因为DO只是一个工艺指标，我们控制的实际上是出水水质指标。实施方式之一可参加附件图1。该控制系统不但对生物池每个反应区域进行单独的DO控制，而且对出水NH3-N进行反馈控制。
     除了此种方式的“精确控制”曝气方式外，也有一些国外的公司推出了基于ASM2、ASM2D等活性污泥数学模型的精确曝气系统，这些系统在国内有应用案例，但是这种系统比较依赖一些生化过程动力学参数、及化学计量学系数的提取及准确设定，我们知道ASM2D涉及到的这方面参数有几十项(大致：22个化学计量学系数；45个动力学参数，详见Activated sludge models ASM1, ASM2,ASM2D AND ASM3）），当然大部分参数是相对恒定，系统可以默认的，但是有几个关键参数需要定期测定、校准，因此此种系统到底应用效果如何，尚待时间验证；另外，这种系统依赖污水厂长周期的运行数据作为支撑，因此实际运行数据的准确性也是影响该系统是否能真正发挥作用的关键因素。

[ 本帖最后由 exp_liuzhixiao 于 2011-3-2 13:28 编辑 ]