顛覆傳統(tǒng)的FCR工藝——污水處理廠變身植物園！

原創(chuàng)2016-03-07張顯忠

編者按

食物鏈反應(yīng)器FCR（Food Chain Reactor）污水處理技術(shù)起源于匈牙利，在匈牙利、法國(guó)、東南亞、中國(guó)等已有數(shù)十個(gè)成功案例。該技術(shù)將生物處理效能進(jìn)一步增強(qiáng)，其溫室結(jié)構(gòu)顛覆了傳統(tǒng)的污水處理廠建設(shè)形式，占地面積比活性污泥法減少60%以上；運(yùn)營(yíng)成本少30%以上；耐負(fù)荷沖擊；污泥產(chǎn)量少；操作維護(hù)容易；建筑設(shè)施與城市景觀的自然結(jié)合；智能過(guò)程控制；植物本地化。采用植物園狀的凈水設(shè)施不論是從建筑、技術(shù)還是社會(huì)功能角度都完美地與城市環(huán)境結(jié)為一體，該思路將對(duì)未來(lái)二三十年建設(shè)污水處理廠革新帶來(lái)巨大沖擊。

作者：上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院 張顯忠（1983—），安徽六安人，在讀博士，高級(jí)工程師，主要從事排水工程設(shè)計(jì)與研究。

1 工藝原理

食物鏈反應(yīng)器FCR（Food Chain Reactor）工藝由一系列串聯(lián)布置的生化反應(yīng)器組成，利用生化反應(yīng)器中的固定生物膜和懸浮生物降解進(jìn)水中的污染物質(zhì)。參與生化降解的微生物體主要是附著在自然植物根系和工程化生物填料上，僅有很少一部分為懸浮狀態(tài)。作為該工藝的顯著特征，生化反應(yīng)池被美觀的外部結(jié)構(gòu)（陽(yáng)光棚）覆蓋，以保護(hù)其中的“植物園”。

FCR工藝示意圖

進(jìn)水流經(jīng)FCR各反應(yīng)單元，有機(jī)物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)鹽（碳、氮、磷等）被微生物消耗或轉(zhuǎn)化。由于有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)鹽，以及溶解氧濃度的不同，F(xiàn)CR各反應(yīng)器單元中的生態(tài)系統(tǒng)的組成也各不相同。最終使得各反應(yīng)器單元形成與其生態(tài)條件及其匹配的生態(tài)系統(tǒng)，以到達(dá)最大的處理效率。

FCR工藝組合結(jié)構(gòu)圖

2 國(guó)外工程案例

在美麗的多瑙河和塞納河流域，建成了多座植物園式污水廠。如匈牙利艾提耶、南佩斯郡和Telki 污水處理廠、法國(guó)勒呂德和莊斯污水處理廠等。在南佩斯郡污水廠（8萬(wàn)m3/d規(guī)模）、莊斯等小型污水廠（1000m3/d以下規(guī)模），其規(guī)模均有代表性，且進(jìn)水濃度較高、水質(zhì)波動(dòng)較大的情況下，出水水質(zhì)能滿(mǎn)足相應(yīng)排放要求，且出水全部滿(mǎn)足一級(jí)B以上排放標(biāo)準(zhǔn)，低于歐盟排放標(biāo)準(zhǔn)。

改造前的匈牙利南佩斯郡污水廠

改造后的匈牙利南佩斯郡污水廠（ 8萬(wàn)m3/d）

南佩斯郡污水廠生物池內(nèi)部

南佩斯郡污水廠進(jìn)、出水水質(zhì)

緊鄰古城堡的莊斯污水廠

生物池內(nèi)部1

生物池內(nèi)部2

與周邊別墅景色和諧統(tǒng)一

莊斯污水廠進(jìn)、出水水質(zhì)

莊斯污水廠比活性污泥法污水廠節(jié)電37%，節(jié)約藥耗61%，節(jié)約運(yùn)行成本36%。

各位是不是羨慕得流口水了？顏值那么高的污水廠，處理效果還那么好！別著急，這樣的污水廠就要搬到國(guó)內(nèi)來(lái)了。

3 國(guó)內(nèi)工程

國(guó)內(nèi)陸續(xù)采用了該技術(shù)理念建設(shè)了部分小型污水廠。如深圳富士康、河源、三亞等地。

深圳富士康植物園污水廠一角

深圳富士康植物園污水廠鳥(niǎo)瞰

海南道路中心轉(zhuǎn)盤(pán)的植物園污水廠

目前，環(huán)保部首個(gè)FCR工藝示范工程——吳淞污水廠（4萬(wàn)m3/d）正在建設(shè)中，預(yù)計(jì)2017年6月投產(chǎn)運(yùn)行，其效果讓我們拭目以待。

吳淞污水處理廠原采用缺氧－好氧的二級(jí)生物處理工藝。在《上海市污水處理系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)規(guī)劃》中，將該廠列為市區(qū)保留的污水處理廠。該廠緊鄰上海國(guó)際游艇碼頭，周邊為居民區(qū)，設(shè)計(jì)規(guī)模4萬(wàn)m3/d，本次提標(biāo)改造工程列為環(huán)保部示范工程。

改造FCR處理設(shè)施的工藝流程為（處理量4.0萬(wàn)m3/d）：進(jìn)水粗格柵及提升泵房（已建）→細(xì)格柵及曝氣沉砂池（已建改造）→初沉池（已建改造）→ AAO池（更換曝氣系統(tǒng)，改造為FCR反應(yīng)池）→二沉池（已建）→紫外線消毒（已建改造）→出水泵房（已建）→排放長(zhǎng)江。目前作為上海城建總院EPC項(xiàng)目已開(kāi)工建設(shè)。

FCR工藝流程圖

松散的生物膜 充氧效率更高

下面帶各位欣賞一下BIM設(shè)計(jì)效果圖。該思路具有顛覆傳統(tǒng)污水處理概念并成為現(xiàn)代城市中可持續(xù)性發(fā)展理念的指向標(biāo)的潛力。

吳淞污水廠全貌

吳淞生物池外觀

吳淞廠區(qū)一角鳥(niǎo)瞰

生物池內(nèi)景

工程設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)

（1）采用BIM全流程設(shè)計(jì)，對(duì)新老設(shè)備更換提供了良好的指導(dǎo)，規(guī)避了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)一些問(wèn)題，也為整體效果提供了良好的展示。

（2）采用微負(fù)壓通風(fēng)設(shè)計(jì)，邊送風(fēng)邊抽風(fēng)離子除臭，減少了除臭處理風(fēng)量，加強(qiáng)了除臭效果，更環(huán)保節(jié)能。

（3）首創(chuàng)活性污泥模型和空氣管網(wǎng)在線仿真與風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)控制綜合集成的系統(tǒng)。通過(guò)OPC等數(shù)據(jù)交換技術(shù)實(shí)現(xiàn)了活性污泥模型和供氣管網(wǎng)空氣動(dòng)力模型與控制系統(tǒng)間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，完成系統(tǒng)的綜合集成，使數(shù)學(xué)模型從離線狀態(tài)下的仿真分析走向在線的控制決策，功能得到更大的發(fā)揮。

（4）采用前饋控制可以通過(guò)前置的污染物負(fù)荷在線監(jiān)測(cè)儀表預(yù)測(cè)污水處理廠處理負(fù)荷的變化趨勢(shì)，經(jīng)與當(dāng)前處理工況對(duì)比，預(yù)測(cè)處理負(fù)荷變化的影響，并給出溶解氧、內(nèi)回流比等參數(shù)的調(diào)整值，滿(mǎn)足下一時(shí)間段內(nèi)污水處理的要求，使處理過(guò)程平穩(wěn)。生物池設(shè)計(jì)采用進(jìn)水端設(shè)置預(yù)缺氧反應(yīng)，更利于脫氮；出水端內(nèi)置混凝絮凝區(qū)，減小了溶解氧對(duì)藥劑的消耗，更利于加藥量的減少和增加除磷效果。

（5）通過(guò)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型化方法進(jìn)行處理線的工藝流程設(shè)計(jì)，先進(jìn)精密的模擬演算保證了設(shè)計(jì)方案的高效性與經(jīng)濟(jì)性。智能過(guò)程控制使得高度自動(dòng)化并靈活變通的運(yùn)營(yíng)得以低成本的實(shí)現(xiàn)，且處理設(shè)施設(shè)計(jì)得易于保養(yǎng)維護(hù)，便于管理。

（6）用于凈水的植物是根據(jù)其根莖結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)，和各種環(huán)境條件適應(yīng)能力精心挑選的，所有植物可選用當(dāng)?shù)仄贩N。植物的養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)單，不需特別技能，普通園藝工皆可勝任。

（7）建筑設(shè)施與城市景觀的自然結(jié)合，位于溫室內(nèi)的植物園式設(shè)施替代了水泥建筑群式的傳統(tǒng)污水處理廠，充分體現(xiàn)大自然魅力的水景圓完美地融入到城市的全景之內(nèi)。

（8）優(yōu)化改造現(xiàn)狀污水處理設(shè)施，做到不斷水施工，施工期間污水全流程處理，強(qiáng)化出水效果，盡量減少對(duì)提標(biāo)改造期間污水廠運(yùn)營(yíng)影響。

（本文詳細(xì)內(nèi)容參見(jiàn)2016年2月《中國(guó)給水排水》第4期 “FCR工藝用于城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)改造工程”）

責(zé)任編輯：孔紅春

設(shè)計(jì)制作：劉劍書(shū)

雜志簡(jiǎn)介

《中國(guó)給水排水》是面向全國(guó)給水排水和環(huán)境工程界的專(zhuān)業(yè)性科技期刊，具有較高的理論導(dǎo)向性和較強(qiáng)的工程實(shí)踐性，被稱(chēng)為中國(guó)水行業(yè)的“首席雜志”、中文核心期刊、“中國(guó)百?gòu)?qiáng)科技期刊”中國(guó)精品科技期刊、中國(guó)科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)源期刊（CSTP）。

來(lái)源 ：

基礎(chǔ)知識(shí)

二、排水工程

3.根據(jù)集中式空調(diào)處理空氣來(lái)源分：封閉式、直流式、混合式

（一）分類(lèi)

規(guī)范

定額

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部

主辦單位：

北京工業(yè)大學(xué)

1

2

3

13：25—13：55

16：45—17：10

抽獎(jiǎng)

4

5

6

會(huì)務(wù)費(fèi)：

住宿：

同時(shí)對(duì)改造和新建工程進(jìn)行了能耗追蹤，一期和二期噸水電耗從改造前的；降至；三期新建工程噸水電耗為，出水標(biāo)準(zhǔn)提高而能耗降低，主要源于采用微動(dòng)力混合池型，取消推流器，降低推流器電耗；同時(shí)，懸浮填料填充率增加，大幅提高氧利用率，降低曝氣能耗。