【往期熱點回放】在模仿與復制、幻想與憧憬的浮躁中繼續踏歌遠行的中國污水處理創新之路 對比與梳理（以分點進水工藝為例）

一、引言

前文曾試圖描述我眼中的中國污水處理的怪異現象，我們正在與可持續污水處理發展理念的若即若離，漸行漸遠。從上次發文得到大家的反饋來看，這種感受似乎得到了大家的某種程度上的認可。

活性污泥誕生百年以來，以及后期發展的其它類型處理工藝，試問專家同行，主流處理A-B工藝、A²O、A/O、氧化溝、SBR、BAF、MBBR、MBR、深床反硝化濾池、膜分離哪一種是我們原創工藝？

實際上，在工程實踐領域、大尺度應用層面，在技術路線改良、工藝選擇與確定上，中國污水處理自始至終一直沒有體現出本質上的原創性。多年來，在活性污泥法的改進應用方面，幾十年來進展不大，在工藝構型上，一直在模仿、復制中飛速奔跑。這個漫長的過程里，雖然局部細節有改變，但總體上一直沒有彰顯出自己的個性和品格。

二、對比與梳理（以分點進水工藝為例）

1、國外技術發展與應用

舉個例子吧。近些年各個設計院關注比較多的多級AO或者分點進水工藝(step-feed)，大家所知的國內各大市政設計院大概近五年之內基本都踴躍申請或者已經擁有了自己的分點進水(step-feed)或者多級A/O專利工藝,形成了自主知識產權，并在多個項目中快速普及應用。其實，分點進水工藝在美國、加拿大等國家至少在十多年以前就已經得到了充分的工程應用，也積累了比較豐富的經驗，2000-2005期間關于step-fedd的國外報導文獻較多。

美國和加拿大1997年-2002年就有若干案例采用了step-feed工藝，見表1。現有文獻看，step-feed工藝應該是在美國Tallman Island污水廠改造中的成功應用（(NYCDEP, 1991)，推動了“分點/多點進水工藝”或者多級AO工藝在美國和其它國家的應用。

表1 美國和加拿大1997-2002step-feed案例

最初的多點進水主要是考慮推流式生物池均衡污染物負荷、提高容積利用率，提高污泥總量降低生物池容等，后來逐步改進，具有脫氮除磷特性的分點進水一般分為，強化脫氮Step-Feed系統（圖1），強化脫氮除磷Step-Feed系統（圖2）。

圖1 分點進水強化脫氮工藝流程（美國Rock Creek WWTP, 2001；Lander StreetWWTP,1997）

圖2 分點進水強化脫氮除磷工藝流程(Lethbridge WWTP,1998)

2、國內消化及開發情況

國內較早的完整介紹分段進水工藝的文獻，為發表在2003年第4期的邱慎初、丁堂堂合作綜述性文章《分段進水的生物除磷脫氮工藝》，該論文對分段進水工藝原理及特性進行了詳細的全面系統介紹（本文不贅述step-feed技術優勢，讀者自行檢索）。

實際也是從2003年后這大概十余年開始，step-feed工藝受到國內越來越多的關注，2008年至今多級AO或者分點進水工藝一直是熱點研究領域。2012、2013、2014年國內這方面的研究性論文非常多，與此同時，近5年內，國內開始有多個大型市政污水廠開始采用多級AO工藝。

簡單梳理比較一下，看看我們國內同行對step-feed工藝的改進和創新：

國內某大型市政設計院T申請的多級AO專利(申請時間2011年4月)，見圖3：分4點進水，（3,5,7,9好氧區；1，4,6,8缺氧區；2為厭氧區；14為空氣管路,20,21,22為機動轉換區），親，實際這個工藝是“四點進水+四級帶內回流的A/O工藝”的結合，因此，帶有四個配水點，四個內回流點（15），有實質性技術革新嗎？這種工藝的安排本想一碳多用，但是實際上還是碳源優先反硝化了，雖然在2區厭氧過程，但是第一個配水點的進水SCOD、VFA被優先用于第一級的反硝化過程了，生物除磷效率有限，本質上還是強化脫氮，與國外step-feed比并沒有實質性的技術創新。且四個內回流點，削弱了分點進水的技術優勢。更為關鍵的是，復雜的多點配水和四點內回流、曝氣強度之間如何優化，如何穩定實現各個不同功能區的預定缺氧、厭氧環境？圖4是該專利實施的一個項目的生物池配水管廊。

圖3 國內某大型市政設計院T申請的多級AO專利

圖4 設計院T多級AO工藝的生物池配水管廊

親，接著你比較研究一下國內其它兩家大設計院的專利：

• 某大型設計院S于2009年申請的多級AO專利，見圖5；

• 某大型市政院X于2011年申請的“多段多級AO工藝”見圖6。

圖5工藝進水碳源優先滿足了生物除磷，后面緊接三級A-O，結合了UCT回流方式，降低了回流污泥硝酸鹽對生物釋磷過程的影響；然而將step-feed與UCT結合的理念早在1993年在加拿大Lethbridge項目中得到了報導。

圖6就是一個典型的帶厭氧區的多級A/O.這種應用相比也無獨創之處。碳源兼顧了除磷和后面的分級脫氮。

圖5 國內某大型市政設計院S申請的多級AO專利

圖6 國內某大型市政院X專利“多段多級AO 除磷脫氮工藝及其反應系統”

實際上，在我們國內市政院申請多點進水工藝專利之前，類似工藝在歐美已經取得了成熟的工程應用經驗。波蘭Jelenia GoraWWTP 1998年就已經采用了一個非常類似的工藝構型（見圖7）。比較兩者，十多年后我們國內申請的多點進水專利似乎并無原理性實質性創新。

圖7 波蘭Jelenia Gora污水廠1998采用的step-feed生物池工藝

再欣賞一副堪稱美術與數學完美結合的大師級作品，國內某大型市政設計院X申請的多級厭氧缺氧好氧活性污泥法發明專利（見圖8）（2012年1月申請），乍一看以為是數學建模里面的無限迭代模型，仔細看原是污水廠生物池工藝流程，要是真的按照這個模式設計運行，估摸搞運行的人要是碰到這樣的廠子，肯定要哭了，暈死！污水廠一個A²O就沒運行明白，這么多級A²O，進行串聯，至一般是3-4級吧，這么多缺氧向下一級厭氧區的“內回流”，是不是能搞死運行人員？進水量發生變化時，我們的內回流比例也應該對應調整啊，那么實踐中如何調整？才能達到最優工況？

圖8 發明專利：某市政院提出的“多級厭氧缺氧好氧活性污泥法”

多點進水工藝不但受到國內大設計院的追捧、研究和關注，而且科研機構的研究和開發也是不示弱的！國內某大學教授申請的一種“多級厭氧缺氧循環活性污泥工藝”（申請時間2011年5月）見圖9，且有多個市政污水廠應用，不過，親，你對比研究一下，跟圖2所示工藝構型，差別大嗎？有所區別的就是該發明在二沉池之前分配了少量的進水。這種專利技術算不算實質性創新？

圖9 某大學發明專利：一種多級厭氧缺氧循環活性污泥工藝

親，看完以上國內大設計院和教授們開發的step-feed或者多級A/O專利，估計你或許早已眼花繚亂了。我們國內著名的市政設計院，要是沒有一個多級A/O或者分點進水專利似乎就“技術落伍”了；要是沒有設計運行一個step-feed案例似乎就“跟不上形勢”了！

無法否認的現實，主流生物除磷脫氮工藝沒有我們原創性自主發明的，對主流工藝的革新我們是在模仿中微調，對比歐美的運行step-feed案例，和大概10多年后我們國內所開發的上述幾個發明專利，你有何感受？試問專家同行，我們的研究機構和設計院，做了哪方面的本質上的技術革新？

三、反思

上文只是以step-feed工藝為例，我們看到，在常規主流處理工藝領域，我們走的是效仿和被動的跟蹤路徑，這種背景和基礎條件下，中國污水處理從技術層面這是很難領先的

那么，我們在污水處理的革新工藝方面取得哪些自主知識產權或者本質上的原創工藝？我們革新污水處理技術的開發和應用，在世界范圍內，處于什么水平？最近大家討論比較多的可持續污水處理工藝，哪一個是我們主導發明的？

• 短程硝化反硝化？

• 好氧顆粒污泥法？

• 厭氧氨氧化？主流？側流？
  
  
  
  
  

圖10 革新的污水處理技術（厭氧氨氧化/顆粒污泥）

這種基礎上，我們有信心，在不算遙遠的未來，中國污水處理能開始領先世界嗎？在革新技術開發？還是革新技術的集成應用？還是在運行優化控制系統？但是我們國內污水處理總要有領先的地方吧？筆者思考，比較現實的情況是，我們可以在技術理念和出水標準方面領先世界。可惜的是，中國污水處理癥結問題，恰恰不是技術和標準問題。

我們國家巨大的水專項投入，或許不久的將來，一定會催產出一批國際一流、引領世界水處理技術發展的原創性成果，否則情何以堪！屆時，親們，等著吧，中國污水處理引領世界的局面也或許真的開始了！

親們，跟蹤與效仿是我們不變的基因，但是我們看到了曙光！2014，中國新概念污水廠“已經吹響了中國污水處理開始邁向世界領先的號角！伴隨著轟隆隆的戰鼓，但黎明之前，我們還將繼續在模仿與復制、憧憬與幻想復合交織、鏗鏘有力的聒噪聲中踏歌遠行！