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    【辽宁日报】为辽河水质持续向好提供重要技术支撑——省科技重大专项聚焦污水处理难题提升水环境治理效能

    发布时间:2022-02-15  来源:辽宁日报

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      本报记者 赵 静

      核心提示

      辽河流域是辽宁省、东北地区乃至全国的重要经济区,流域内城市集中、典型行业聚集、农业经济活跃,农村面源污染问题突出、河口湿地退化较快、河道生态环境脆弱、工业污水达标排放治理成本较高,流域水环境污染治理难度较大。省科技厅坚决贯彻落实省委、省政府决策部署,加强创新驱动支撑引领生态环境保护,组织实施水环境治理关键技术集成及产业化示范项目,助推辽河流域由水环境治理向水生态修复转变,为深入打好污染防治攻坚战、保障水质持续向好提供重要技术支撑。

      ?关键技术集成及产业化示范助力水质改善

      2019年6月,辽宁省环保集团牵头承担了省科技重大专项——辽河流域水环境治理关键技术集成及产业化示范项目(项目编号:2019JH1-10300001)。

      项目针对辽河流域农业面源污染严重、城市黑臭水体污染反弹、辽河河口湿地退化和重点工业行业对流域污染贡献大等突出问题,重点开展了农业面源、黑臭水体、湿地修复和工业废水治理等方面研究,集成优化了农业面源污染物削减成套技术、城市黑臭水体内源治理及资源化利用成套技术、河口湿地保护与生态修复成套技术、重点工业行业废水治理成套技术,突破了畜禽养殖废水厌氧产沼气及高效脱氮技术、寒冷地区农村生活污水小微型一体化技术、强化废水生化处理的电子调控技术、基于臭氧氧化的污水深度处理与资源化技术、基于微纳米曝气耦合及缓释氧剂的黑臭水体除黑除臭技术、湿地土壤生态修复技术与栽培技术等关键技术8项、研发新产品2项、研制新装置1项、申请发明专利14项、授权实用新型专利5项、获国家技术发明奖1项、发表SCI论文17篇、形成综合解决方案4套、编制行业标准1项、地方标准2项,建设示范工程5项,推广技术16项,实现和带动产值3亿余元。

      ?新技术新工艺助力污水处理厂稳定达标

      项目对工业园区污水处理厂稳定达标困难的突出问题进行了重点攻关,针对辽河流域重点行业水污染治理现状与技术需求,开展了工业园区污水高效处理关键技术研究,并通过技术耦合与集成,嵌入“互联网+智慧水务”,形成了工业园区污水处理升级的综合技术方案,提升了传统污水处理厂的运行技术水平,为流域水质改善和水资源循环回用提供支撑。

      传统工业园区污水处理厂的工艺路线与市政生活污水处理厂类似,多采用AO、AO、氧化沟等活性污泥法为主体的工艺方案。由于缺少预处理单元和深度处理单元的净化作用,受到进水冲击极易导致生化系统崩溃,致使出水无法实现连续稳定达标。项目牵头单位辽宁省环保集团与大连理工大学联合研发,创造性地以含铁剩余污泥/芬顿铁泥为基质,制备多氧化/还原基团生物炭,充当厌氧水解酸化段电子传递媒介,驱动异化铁还原,加速微生物胞外电子传递速率,使厌氧水解酸化段有机物分解效率提高10%~30%。该项技术成果获得2020年国家技术发明二等奖。

      在此基础上,通过在基料中填加碳功能改性材料以及亲水亲电等辅助功能材料,形成功能载体制备配方,开发出基于高速密炼—熔融共混模式的功能载体制备工艺,形成生物亲和性填料生产线。所制备的生物亲和性填料,挂膜速度相比于传统载体提高0.6~1.4倍,挂膜量提高19%以上,启动时间缩短。相比传统污水处理工艺,基于改性填料的工艺总氮去除率提高16%以上,解决了传统载体挂膜效果差、启动慢、总氮处理效率低等难题,提高效率10%~20%。

      此外,还创造性地将臭氧催化氧化功能与氧化铝陶瓷基底膜相结合,形成催化臭氧陶瓷膜,凸显出三个方面优点:由于有机污染物被截留在膜表面催化功能层上,臭氧被催化层转换成羟基自由基后立刻与有机物反应,臭氧利用率提高;由于截留的有机污染物被分解,膜污染缓解;得益于纳米反应器效应、膜孔内羟基自由基产率提高几个数量级,对小分子毒性有机物的分解效率提高。催化臭氧氧化陶瓷膜的臭氧分解能力是单纯臭氧分解的5倍,是原始陶瓷膜的2.5倍。将其应用于工业园区污水处理厂深度处理环节,出水化学需氧量去除80%以上,可达到20mg/L甚至10mg/L以下的稳定出水,对色度也有很好的去除效果。

      基于上述研究成果,省环保集团将部分关键技术应用到省内工业园区污水处理厂的工程建设当中。丹东前阳镇工业园区集化工、医药、造纸、纺织、服装、仓储物流、装备制造、食品加工等30多家不同行业的工业企业于一体,工业污水成分复杂、水质水量波动较大,由于采取传统工艺加之进水水质水量波动极大,导致丹东前阳污水处理厂长期以来一直未能实现稳定达标,成了国家、省、市各级环保部门重点关注项目,也是中央生态环保督察挂牌督办项目。

      2019年8月,为保证丹东前阳污水处理厂稳定达标运行,经多方论证,当地政府决定由辽宁省环保集团实施该提标改造项目。项目建设规模1万m/d,投资2460万元,项目针对营养比极低的园区进水特征,提出了以“气浮+水解酸化+生化池+高密沉淀池+砂滤+臭氧催化氧化+活性炭吸附”的工艺升级方案,其中臭氧催化氧化段,强化对有机物的靶向性氧化效率,实现了1克臭氧去除0.5克~1.2克化学需氧量的削减能力,且抗干扰能力强。经处理后出水水质达到城镇污水处理厂一级A排放标准,污水经处理后直排麻子沟。该项目2020年4月顺利通过工程竣工验收,2020年12月通过环保验收。2021年实现了全年达标率高于99.8%的高质量管控目标。年平均出水化学需氧量仅为14.63mg/L、氨氮为0.38mg/L。较改造前的传统工艺,化学需氧量去除率提高91.98%、氨氮去除率提高86.52%,处理效果十分显著。2021年4月中央环保督察组莅临前阳污水处理厂实地检查,对污水处理厂的运行效果也给予了充分肯定。

      ?智慧水务平台助力污水处理厂降本增效

      工业园区污水处理厂作为末端水处理环节,因上游企业属性的不确定性、产品结构的不确定性、生产规模的不确定性,进水水质水量的波动较大,对污水处理厂的连续稳定达标运行造成了严重的影响。同时,由于工业园区污水处理厂进水营养比失衡、可生化性较差,需要大量补充碳源(如甲醇、乙酸、乙酸钠等)。为了满足氮磷等污染物达标排放的需要,还需投加絮凝剂、助凝剂、氧化剂、消毒剂等多种药剂。据统计,药剂费在园区污水处理成本中占比超过15%。受现场自控水平、运营单位专业技能的限制,园区污水处理厂生化曝气控制方面能力普遍欠缺,导致电量消耗较大。电费在园区污水处理成本中占比超过30%,其中,由于曝气量未加严格控制导致电费中的8%-15%被浪费掉。尽管大量投入电费、药剂费,但仍不能保证园区污水处理厂连续稳定达标排放。

      随着互联网、自动化控制技术的发展,污水处理的自动控制研发也有了长足的进步,但是,由于工业园区污水处理的复杂性、关联性、整体性,尚没有成熟的技术路线和产品,无法突破园区污水处理厂高投入、低产出的瓶颈问题。目前,省内工业园区的污水处理厂基本还停留在粗放式运行的初级阶段,与互联网技术结合较少。为进一步提高工业园区污水处理厂的自动化、智能化、精细化管理水平,实现少人值守、智能控制、统计分析、预报预警、区域综合管理等功能,辽宁省环保集团开发了智慧水务运营平台。智慧水务运营平台基于物联网技术来实现污水处理厂水质、流量信息的在线采集、传输、控制,利用云计算、大数据技术实现运行监控、智能调度分析、服务咨询等功能,提高污水处理厂运行智能化,降低能耗,节约运维成本。

      智慧水务运营平台包括通用服务、大屏展示、Web端、移动端4个子系统模块,具有综合监视、厂站概况、运行管理、报警管理、智能管理、信息管理、视频会议、专题分析等十余个功能界面。其中,智能管理模块是整个系统的核心,也是智慧水务运营平台的最关键部分。基于双纬度校核模型建立的精准加药、精准曝气和趋势预测模块,可实现污水处理厂曝气量、加药量的精准控制和污染物排放指标的趋势外推和预测预警功能,保障污水处理厂在最佳曝气量、加药量的工况条件下运行,避免电、药过量投入造成资源浪费,有利于降低污水处理厂的直接运行成本。

      2021年,在丹东前阳污水处理厂提标改造工程中搭接了智慧水务运营平台,结合精细化管理措施,不仅保障了全年99.8%的达标保证率,还实现了吨水电耗降幅8.15%,吨水药耗降幅19.47%,污水处理厂直接运行成本下降16.18%,降本增效十分显著,极大缓解了地方政府的财政负担,造福一方,惠及于民。目前,省环保集团开发的智慧水务运营平台已经在黑山、西丰、康平、前阳等地污水处理厂进行了推广应用,取得了良好的经济效益、社会效益和环境效益。

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