关于未来污水处理厂 几个值得探讨的问题

能耗物耗的核算不可或缺

“对于未来的污水处理厂，精细化的设计与运行控制至关重要，全过程的能耗物耗核算同样不可或缺。”

根据2012年的统计数据，我国城镇污水处理电能消耗约占全社会用电总量的 0.219%。随着污水处理规模的加大和全社会产业结构的调整，这个比例将呈现持续加大的趋势。因此，不仅未来污水处理厂应该是节能降耗的，当前的城市污水处理厂也同样需要强调节能降耗，在保证稳定达标的前提下，降低能耗物耗，节约能源资源，这是所有从业者都应该共同努力的发展方向。

与此同时，我们还需要尊重不同发展阶段的历史事实，遵循经济学原理和客观规律，考虑实际条件和可行性，不宜过度强调污水处理厂本身的节能降耗。在当前普遍市场化运营的模式下能耗物耗不一定是污水处理成本的最主要影响因素，但属于可量化的指标，相对容易控制并获得节省效果。

就城市污水处理的全过程来说，影响能耗物耗的主要因素包括所处地区的自然环境和社会环境特征，要达到的排放或用水标准，采取的污水处理工艺路线，接纳的工业废水比例及构成，处理的污水总量及运行负荷率，污水水质变化与主要污染物去除量，污泥处理与处置途径的选择，以及运营管理单位的经济属性等方面，需要进行综合分析和考虑，尤其输运环节的能耗与成本。

城市污水处理厂由众多构筑物及设备组成，进水情况、处理水平、管理水平、设施设备运转状况等因素，相互联系，相互影响，相互制约，构成了一个纷繁复杂的系统，其中某一个因素的改变往往会连锁影响到其他因素。因此，城市污水处理厂节能降耗潜力与途径的分析也需要采用系统的、全视角的观点，充分考虑这些措施可能带来的各种影响，优化整体设计和运行控制。

在实际运行过程中，随着进水水质水量的变化，部分设备或单元功能区的运行状况需要适时调整，还有部分设备或功能单元的运行状态与进水水质水量的变化基本无关。对于不同的工艺单元及耗能设备，需要通过运行状况与运行条件的动态分析来确定可采取的节能降耗措施和方法。

对于未来的污水处理厂，精细化的设计与运行控制至关重要，全过程的能耗物耗核算同样不可或缺。例如，曝气供氧与机械混合是最大的耗能单元，风机通常按满足最大运行负荷时所需气量加上安全系数来选定，如果设计不合理或运行控制不到位，必然造成不必要的能量损耗;搅拌(推进)器、提升泵、污泥与混合液回流泵也是主要耗能设备，目前通常仅按现行规范中规定的池容、最大扬程与最大流量等边界条件设计计算，不利系统节能和优化运行，今后应进一步重视这些设施的运行调节灵活性，以便依据条件变化适时进行调整。

地下污水处理厂

“对于地下式污水处理厂的工艺流程选择，应该是多样化和因地制宜的。”

城市污水处理厂实施方式和工程决策需要体现：“集中为主，分散为辅;全面论证，因地制宜;技术先进，稳妥可靠;经济适用，简约省地;低能低耗，运维简便”的基本原则。从科学决策和技术经济角度而言，下一代的城市污水处理厂不应该以地下式的污水处理厂为主导，这是一种错误的导向，地下式污水处理厂有其存在与发展的合理性，但不可能是应有的、顺势而为的发展机遇，也不一定都是迫不得已的选择，而是源自成因复杂的非科学、非理性的决策。

从工程投资、运行成本、能耗物耗、安全保障、运行维护等方面综合考虑，地下式污水处理厂是把简单问题复杂化、技术决策政治化利益化的选择，多数情况下不一定是科学合理的抉择，但从政治、社会和人居环境的角度考虑，在某些特殊的地域、特殊的人文与社会环境条件下，或者出于特殊的商业利益考虑，有其存在的空间，但决策应该慎之又慎，全面权衡与论证。

地下式的污水处理厂确实可以节省地表占地面积，但节省不了地下空间。地下空间作为城市发展的存量资源，正在成为新城镇化建设的宝贵资源，特别是人口或商业密集的地域，已经是非常宝贵的社会公共资源。如果仅从消除周围环境影响和节省占地的角度而选择地下式的话，不如选择半地下式或地上全封闭式的建设模式，通过系统考虑和精心设计，可以达到同样的节地和环境效果，而且能够避免完全地下式的诸多弊端。

对于地下式污水处理厂的工艺流程选择，应该是多样化和因地制宜的。实际上，污水处理厂的占地面积大小并不完全取决于工艺流程的选择，就达到同样排放标准来说，不同工艺选择之间的占地面积差别不明显，差别主要源自平面布置与空间布局，尤其是各种管线、电缆、通道和绿化区的布设方式。地上式污水处理厂通常习惯采用平面伸展模式，而地下式污水处理厂采用立体叠加模式，其实，地上式污水处理厂同样可以采用立体叠加模式，并不影响地上空间的利用和环境效果，通过建筑景观绿化的精细设计与装点，甚至可以成为城市的地标性设施。

未来污水处理厂的工艺创新

“未来的城市污水处理厂到底应该有一个怎样的革新……我们应该鼓励多样化的发展、多样化的实施模式，融入地域特色元素、考虑历史文化背景、与人居及自然环境协调，做到能源化、资源化、生态化、景观化、智能化和个性化，并成为科学研究与人文环境教育的基地或地标设施。”

1未来污水处理工艺的发展方向未来城市污水处理工艺将继续是已有技术的延伸扩展与新型改进技术的不断融入。从过去的发展来看，城市污水处理工艺是不断改进和升级的，去除对象从有机物发展到氨氮，再从氨氮发展到总氮，以及生物除磷的兴起，都体现了不同时期已有技术与新技术的不断融合与集成应用。

因此，可以认为，今后的城市污水处理工艺技术发展仍然离不开历史的积淀和工程经验，任何新技术都需要逐步融入到已有的系统之中，然后实现进一步的能力提升以及完全的更替。

例如，从普通曝气发展出生物硝化，由生物硝化提升到A/O脱氮，然后再扩展到 A2/O 除磷脱氮;微孔曝气的出现，使鼓风曝气系统生物池污泥浓度完全可以达到氧化沟系统的水平。

从当前的国际趋势和国内需求来看，城市污水处理工艺技术的主要发展方向是稳定达标前提下的能源化、资源化和低能耗低物耗的精细化管理控制。例如，通过水质的部分或完全恢复，包括反渗透与正渗透技术的应用，达到特定用水功能要求，实现水的回收，供区域水系统循环使用或下游界外用户取用;通过污水与污泥有机物的沼气化和污水源热能利用，回收热能、电能;从污水或污泥中回收有价值的有机物转化为产品，以及回收磷、氮、硫等有使用价值的矿物组分。通过已有技术的回归与不断完善，新技术和新设备在工程应用层面的重大突破，以及运行管理能力的提升，人员素质及技能水平的提高，城市污水处理工艺技术将持续发展与不断升级，呈现多样化、集成化、智能化、精细化和个性化的特征，在源头控制与管网功能改进、碳氮分离与污泥高浓度厌氧消化、高品质再生水生产与磷酸盐回收、侧流与主流工艺厌氧氨氧化等方面取得进一步发展与技术突破，并成为未来城市污水处理系统的核心组成部分。

2未来城市污水处理厂的革新现状是时间与人类智慧的积累，未来是现在的不断发展与修正，回顾历史过程，可以在一定程度上预知未来。活性污泥法诞生百年之际，有人说到了该终止的时候了，有人说还会延续100年、500年，甚至更长久的时间。曾经在丹麦的一个污水处理厂，看到最古老的滴滤池在运行，最新的厌氧氨氧化在建设，老旧泵房运转中，新扩泵站将建成。20世纪70~80年代在德国和奥地利盛行的AB工艺，90年代之后基本没有新增，但随着污水能源化利用和厌氧氨氧化技术的发展，其A段作为碳氮分离的有效方法，现在又出现了回归的发展趋势。

1997年，我陪Poul Harremoes教授参观纪庄子污水处理厂时，他很奇怪地问，你们污水处理厂怎么会种这么多高大的落叶树木，不怕秋冬季落叶飘落在池子里面吗?我说，我们有景观绿化的指标要求，落叶可以人工清理。后来注意到，北欧的污水处理厂特别注意节省人力，倾向于无人值守的发展方向，而在德国看到的是员工人数不低于国内的污水处理厂人数，并且有不少博士和高级技师，此外，大学教授会与某个或若干个污水处理厂建立密切的联系和长期合作关系。

2009年，参观美国华盛顿特区Blue Plain污水处理厂时，曾经对他们的工艺流程感到不可思议，首先是20世纪50年代的高负荷活性污泥法去除全部有机物，然后是60年代的氨氮硝化，接着全部依靠外加甲醇的深度反硝化，后续出水过滤系统，其控制系统也较原始，当时正在进行自控系统更新换代，目前这些工艺系统仍然照旧运行。 发生的重大变化是，2015年该厂启动了全球规模最大的Cambi污泥热水解和污泥高浓度厌氧消化系统，采用侧流厌氧氨氧化技术，并汇聚欧洲和北美的科技力量，开展了主流工艺厌氧氨氧化技术的工程应用研究。

因此，未来的城市污水处理厂到底应该有一个怎样的革新，是不太可能有确定性答案的，不同的人会有不同的想法，不同的地域会有不同的实践，可以跨越历史，但不可能切断联系，我们应该鼓励多样化的发展、多样化的实施模式，融入地域特色元素、考虑历史文化背景、与人居及自然环境协调，做到能源化、资源化、生态化、景观化、智能化和个性化，并成为科学研究与人文环境教育的基地。同样，未来的污水处理厂人才需求将是复合型的管理人与经理人，全能型的技术支持与服务团队，技能型的精细化运营团队，以及公众认知水平的显著提高与广泛参与。