从2015年5月份北京概念厂开始，到宜兴概念厂方案启动，这半年时间集中参与了一部分概念设计，通过这次报告向大家报告一下概念设计方面的工作。
项目概况
为什么在宜兴建设概念厂？宜兴有比较好的建设概念厂的基础。在公共事业和管理方面宜兴处在全国前列，到2014年底，刚建成投运的宜兴城市污水处理厂（总规模15万吨/天，一期7.5万吨/天）建设的相关技术和排放标准比较高，出水达到超一级A标准。宜兴概念厂项目经过多次的沟通和选址的比较，初步确定选址在环科园范围内。
宜兴建概念厂的目的主要有三点：第一是示范太湖流域未来的城市污水处理工艺技术，带动太湖流域城市污水处理技术的升级和观点的改变；第二是示范城市污水处理领域的前瞻性主流技术；第三是打造城市污水处理的生产型研发中心，构建新技术从实验室走向实际推广应用的新模式等。
宜兴建概念厂的意义主要有两点：第一是通过抓住概念厂建设的机遇，使其成为宜兴环保产业升级转型的窗口，带动宜兴在环保技术和装备上的进步；第二是更加强化打造宜兴这座城市的环保名片，宜兴会成为“环保界的硅谷”，专业人士的精神家园，概念厂的研发中心是开放的、面向社会的。
项目建设内容
第一项建设内容：宜兴概念厂定位为面向太湖流域未来水质需求的污水处理“技术示范厂”，强调技术示范，对出水水质的目标是在现有一级A的基础上，强化了TN<3mg/L，TP<0.1mg/L这两项指标。处理的总规模2.5万吨/日，其中2万吨采用主流厌氧氨氧化，0.5万吨采用好氧颗粒污泥示范线。主流的污水技术路线采用“碳分离+主流厌氧氨氧化+碳磷精处理”。
第二项建设内容：污泥处理的技术示范厂，规模为50吨/日，其中25吨是本厂产生的含水率80%的污泥，另25吨用于外源餐厨垃圾集中处理。技术路线为“高效厌氧消化+资源化+热电联产+消化液侧流厌氧氨氧化”。
第三项建设内容：生产型研发中心。建设面向未来的污水处理、污泥处理、资源和能源回收研发平台。
项目选址和水质
在选址方面，宜兴概念厂将落户在环科园范围内。环科园包括三个部分，新街街道、环科园、高塍。宜兴概念厂服务区域是面向环科新城一期规划15平方公里，选址位于环保大道和科技大道交叉口位置。在其西北侧规划为城市湿地，同时附近建有国家环保设备质量监督检验中心，将来也能形成协同效应。水质追求方面，对CODcr没有特别要求，而是对TN、TP的去除提出了较高的目标，具体的设计进出水水质及处理效率见表1。
表1：设计进、出水水质一览表
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工艺流程介绍
主线采用碳磷分离、高效氮素转化、碳氮磷精处理、消毒排放。分离出来经过机械浓缩后的含碳污泥和外源的有机物结合进行高效厌氧消化，沼气回收热电联产，电能厂内并网。厌氧消化脱水以后沼渣进行资源化利用，因为其中引入了餐厨垃圾，与厂内污泥的比例约为1:1，脱水后液相的有机物浓度依然较高，因此设置了侧流的碳分离和厌氧氨氧化措施。主流工艺旁路有一个好氧颗粒污泥生产性试验线，如果颗粒污泥线运营比较稳定达到预期效果，出水可以直接进入后续工艺处理，如果在调试初期有问题的话，就直接进主流的好氧系统。
主流的好氧系统考虑了两个方案，一个从设计上考虑主流的厌氧氨氧化，同时也考虑与现行比较高效的脱氮工艺相互切换的可能，例如多级AO系统，通过阀门和管道进行切换以实现灵活性。在启动初期，一个系列按照传统成熟工艺运行，另一个系列按照主流厌氧氨氧化进行调试，成熟后切换成统一运行方式。具体见图1“工艺流程图”所示：
图1：工艺流程图
在工艺选择过程中，通过对碳磷分离技术、脱氮工艺技术、碳氮磷精处理技术的进一步分析和比选后分别得出了结论。高效碳磷分离技术采用了化学生物联合絮凝强化工艺，优势在于碳磷分离效果较好，对氨氮也有一定去除作用。脱氮工艺技术方面，采用了主流的厌氧氨氧化工艺，优势在于曝气量降低，节约能耗和运行费用，剩余污泥产生量比较小，脱氮性能高，能够降低池容和占地面积。
碳氮磷精处理技术经过比选，采用以C/N、D/N生物滤池联用技术，过程中补充一定的外碳源和除磷药剂，可以达到良好的反硝化脱氮和除磷效果，不易产生污泥膨胀、运行费用低、出水水质可靠性高、系统启动快、受水温波动小、占地小。污泥方面在本项目上并未选择热水解工艺，而是选择了分级分相消化工艺，主要的考虑是本项目选用生物和化学的联合强化，污泥的性质和传统的剩余污泥不一样，且本项目中引入了餐厨垃圾，比较容易酸化，因此采用分级分相工艺，预酸化以后进入产甲烷阶段，相对运行比较稳定。
沼气利用方面采用热电联产，考虑到本项目规模小，每日产气量仅5000m3，相较于沼气提纯，热电联产技术和社会协作交界面会比较少，较易于实现。
在预处理方面并没有对传统工艺进行特别的改动，在详细设计阶段会重点考虑在新设备的应用和选择方面。根据以上的工艺路线的选择分析，得到图2“工艺流程详细框图”。
预处理部分
二级处理部分
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深度处理部分
泥处理部分
图2：工艺流程详细框图
物料平衡和能量平衡
碳平衡方面，每天进水CODcr约7000kg，等含固量的餐厨垃圾CODcr约9000kg，两者合计总量的58.1%转化为沼气进行发电利用，29.3%进入沼渣资源化利用，3.1%随出水排放，其余9.5%经生物反应被氧化去除，即多数碳进入了沼气。TN平衡方面：总量的76.3%进入沼渣，2.1%随出水排放，其余通过生化反应转化为氮气排放。TP平衡方面：总量的76.3%进入沼渣，1.8%随出水排放，其余约28%以化学污泥形式去除。详见图3“物料平衡图”。
碳平衡图
氮平衡图
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磷平衡图
图3：物料平衡图
能量平衡方面，初步测算耗电量水线是11029kw.h/d，泥线7300kw.h/d，合计18329kw.h/d；沼气产量5888m3/d，发电量13037kw.h/d，由此得出宜兴概念厂能源自给率71.1%，并没有做到零能耗，如果收更多的餐厨垃圾，“零能耗”指标就可以实现，但这样没有太多的意义。
生产型研发中心
为什么要设置生产型研发中心的建设目标？根据以往水处理技术研发经验，生产型的研发是成果产出效率最高的途径，在无锡芦村做的一系列的生产型研发试验，为太湖流域水处理技术升级提供了非常多的技术和经验。因此宜兴概念厂建设生产型研发中心将成为水处理技术创新支撑平台。其一是通过建设生产型研发平台，带动整体创新链条向产业和市场发展；其二是政府、科研机构、企业分别在不同的环节进行支持和投入；其三是探索建立科学的验证体系和方法。
通过生产型研发中心的建设将建立符合创新规律水处理技术研发—实验—验证的链条，实现新技术从中试、验证、大规模产业化应用并最终被社会所接收的专业通道，以辨识新技术的风险，给予机会和时间找到降低风险的方法。这是针对目前存在的问题进行改善，例如目前污水厂尚未形成创新主体，新技术在生产环节进行示范验证空间不大；新的技术在生产环节的验证评价体系还未建立等。
在宜兴概念厂有哪些具体内容来体现生产型研发中心功能？其一是新技术的研发平台；其二是1~2条1000吨/日的中试规模生产线；其三是1条5000吨/日的生产型试验线，该平台将会成为全国乃至世界上第一个专门为各类工艺实验而建的装置，首期就要推广好氧颗粒污泥技术。通过这种安排，缩短了新技术从实验室到实际推广应用的周期，提高了效率，构建了技术成果转化的新模式、新机制，例如吸引优秀的团队参与研发，开展1000吨的中试和5000吨的生产型试验，成果成熟以后视情况组建专业的公司进行示范推广等。
结语
整个项目的投资初步测算在1.5亿，全年的运行费用586.4万，合吨水费用0.803元。
通过概念厂的建设和运行，指引方向，树立标杆，服务未来，实现我国城市污水处理事业的跨越式发展；同时也将推动城镇化中环境要素功能的实现，推动环保新技术和管理经验的普及，推动环保产业的升级与转型换代。
还将积极寻求与政府和社会沟通，整合有效资源，带动整个行业，推动污水处理新技术研究、产品开发、规划建设提升以及运营管理水平的提高。在设计概念厂过程中，我们希望可以汇聚更多富有热情、经验和智慧的有识之士，以从容和富有效率的方式，创造性地勾画中国污水处理的未来形态。
这个过程必将激发行业内智慧资源的跃升和释放，引发出更多讨论甚至争论，帮助我们明确并坚定未来污水处理发展方向，推动污水处理事业新一轮技术与管理的创新与发展。
（本文来自：李彩斌在“2015（第三届）中国环保技术与产业发展推进会”概念厂分论坛上的发言整理）
延伸阅读：
原标题：李彩斌：宜兴污水处理概念厂 的概念设计
