从高碑店看污水处理厂进化之路

关于地下污水处理厂话题，清华大学环境学院王凯军教授说的一句话挺有意思，他说：“猴子总要从树上下来的，这样才能进化成人。”
　　这是化用了恩格斯的名言“猿从树上到地下，是完成了猿变成人的关键性一步”，来比喻污水处理厂从地上到地下变化的意义。
　　其实，是有一部分猴子从树上下来变成了人，看起来很高级，但是也产生了作为人的各种焦虑。而另外一些猴子，还在树上快乐地荡着秋千，但它也在变，现在的猴子已不是当初那个猴子了。
　　到底污水处理厂应该怎样进化呢?恐怕还得说一句正确的废话“因地制宜、因时制宜”。
　　每一代新建项目自然能选择它那个时代新的工艺技术等，这是行业的进化;但不管为污水处理厂选择了多么正确的发展路线和多么经得起考验的治理思路，它都不会一成不变，只有在变化中它才能存在，实在不能变化的那些，就只好寿终正寝了。
　　处理规模为100万吨的高碑店污水处理厂的进化之路，可以看做我国污水处理行业进化的一个缩影。
　　初生
　　上世纪50年代以来，随着北京市城区人口增长，工业发展，人民生活水平提高，污水量迅速增加。
　　1956年5月，为了寻觅污水出路，北京市政府选定朝阳区高碑店村南的一块高地作为污水处理厂的厂址。驰名中外的高碑店污水处理厂也就因此而得名。
　　污水处理厂始建于1958年，图纸是由当时在北京参与建设的前苏联专家选址设计的。
　　史料记载，前苏联专家当时专门来参与天安门的扩建工程，“捎带手”为北京设计了一个污水处理厂，并且亲自来选的位置。
　　当年的设计图纸上面除了有污水处理厂房，还有梨树、稻田和菜地，当时处理后的水，主要负责周边农田灌溉，这些试验田用于测算和记录灌溉数据。
　　1960年在这个厂址上，修建了一座简易沉淀池，沉淀后污水用于污水灌溉，形成了流域范围包括城区的东郊工业区的通惠河污水系统，即高碑店污水系统。
　　因为众所周知的原因，60年代后期市政建设基本停滞。
　　70年代初期，世界范围的环境“公害”日益严重。当时周恩来总理非常关心这一问题，曾多次亲自视察首都的环境污染状况，批示要防治“三废”，保护城市环境，为子孙后代造福。
　　1972年联合国召开“第一次人类环境会议”后，我国也于1973年召开了“第一次全国环境保护会议”，有力地推动了北京市的环境保护工作。根据北京市政府的部署，1973年组成了“高碑店城市污水处理科研设计组”。
　　科研设计组首先深入调查研究了系统内污染的状况，收集了大量国内外有关污水处理的资料。进行了一系列小型探索性试验，最终确定了使用生物滤池的方式进行过滤。
　　高碑店污水系统的污水中，工业污水约占49.3%。面对工业污水量多，污染物浓度高、种类多、变化大的特点，如何科学地治理是摆在科研设计人员面前的又一难点。
　　到80年代，高碑店污水处理厂流域范围内已分布有1118家工厂，工业污水排放量多、污染浓度大。另外，这一带居住人口也增至220万，生活污水量急剧增加，每日排入通惠河的工业、生活污水量达到80万立方米。致使通惠河下游河水黑臭污染严重。
　　1980年，一座日处理2000立方米的污水试验厂竣工。
　　1981年以后，经过一系列科学试验，最终选用了先进的污水、污泥处理工艺，使其达到无害化。而处理产生的沼气、废热又可作为清洁能源再利用。
　　对流域系统内的工业污染源则要加强管理、控制与监测。对工业污染严重的厂家，必要时要采取“治、改、并、转、迁、停，以治为主”的方针进行管理。所排污水必须符合“排入城市下水道水污染物排放标准”，保证城市污水处理厂的正常运转，最大限度地发挥处理厂的工程效益。据此，1983年报批了计划任务。
　　从1983年报批计划任务以来，高碑店污水处理厂做了大量前期工程准备工作。
　　1984年编制出“高碑店污水处理厂一期工程”的初步设计文件。
　　1990年12月5日，我国首座特大型的污水处理厂(一期50万立方米/日)终于正式开工兴建了。(首座大型污水处理厂是天津的纪庄子污水处理厂，于1981年开始筹建，1984年4月完成设计，1986年4月建成投产，一期规模26万立方米/日。)
　　1993年12月24日，采用活性污泥法工艺的“高碑店污水处理厂一期工程” 通水典礼在通惠河畔高碑店污水处理厂的广场上举行，它标志着当时我国规模最大的城市污水处理厂的胜利建成。
　　1994年4月初，污水处理试运行成功，处理效果达到设计要求，出水水质超过了当时国家排放标准，最终实现了工程预期效益。
　　规模扩大
　　高碑店污水处理厂是解决通惠河污染的一项重点环境保护工程，它是当时国内规模最大、工艺设备先进的污水处理厂，其服务范围包括老城及东郊工业区，总面积为96平方公里，它的建成使北京1/4的城市污水得到治理。
　　高碑店污水处理厂二期工程于1995年开工，1999年年底竣工投产，扩展处理能力至100万立方米/日。工程由北京市市政工程设计研究总院设计，北京市市政四建设工程有限责任公司施工，并荣获中国土木工程詹天佑大奖(1999年度)。
　　北京申办奥运会成功之后，北京市就将水污染治理列为了市政府奥运工作的重要目标。高碑店污水处理厂在奥运期间还成为了景点，为绿色奥运加分。
　　高碑店污水处理厂日污水处理回用率达到了50%，平均每天回用量近40万吨，基本达到了奥运会时的城市用水需求，也为一些大型工业园区提供了充足工业用水，这个过程中，还为北京节约了大量优质饮用水。
　　该厂采用传统活性污泥法二级处理工艺：一级处理包括格栅、泵房、曝气沉砂池和矩形平流式沉淀池;二级处理采用空气曝气活性污泥法。污泥处理采用中温两级消化技术，消化后经脱水的泥饼外运作为农业和绿化的肥源。硝化过程中产生的沼气用于发电可解决厂内部分用电。该厂还有约1万立方米/日的深度处理设施，处理后的水用于厂内生产及绿化。
　　高碑店污水处理厂二期完成后，是我国少有的百万吨规模的污水处理厂，最大处理能力可达120万立方米/日，据称远景规划最终规模为250万立方米/日。
提标改造
　　除了规模的扩大，在工艺技术方面，高碑店也一直没有落伍。
　　这首先是出于对水资源的渴求。
　　从高碑店污水处理厂索取回用水一直就没有停过，从最开始的污水灌溉开始，到真正建设污水回用工程，再到建设再生水利用工程。
　　其中污水回用工程于1999年被列入北京市政府《关于北京市环境污染治理目标与对策》报告中，工程于2000年4月动工，2001年6月正式启用。
　　再生水利用工程从2010年开始建设，并于2016年陆续投产运行。高碑店污水处理厂也因此升级为高碑店再生水厂。
　　其次，这是因为标准在变。
　　高碑店污水处理厂建于九十年代，当时我国污水排放标准中还没有关于氮、磷等指标的相关规定，所以设计中没有考虑脱氮除磷问题。实际出水能够满足原来设计的常规水质要求，但是不能满足北京市后来发布实施的《水污染物排放标准》(DB11/ 307-2005)中规定“城镇污水处理厂出水排入III、IV、V类水体及其汇水范围的，执行GB 18918—2002表1中一级标准的B标准以及表2、表3的有关规定。”
　　根据当时相关监测结果表明，高碑店污水处理厂出水BOD5、COD、SS、pH四项指标均能达到新标准(一级B)，而TN、TP、HN3～N三项指标均不能满足要求。高碑店污水处理厂要达到新标准一级B要求，还需要进行大量的工艺改造。
　　所以首次进化的标准是要达到一级B，再后来是一级A，地表水，再生水。
　　升级为再生水厂的北京市高碑店污水处理厂2016年7月试运行，水质可达地表Ⅳ类。再生水厂日处理规模可达100万立方米，成为国内规模最大的再生水厂。
　　再生水也不是终点，还要继续升级。
　　高碑店再生水厂污水区升级改造为改良型AAO工艺，从2017年6月开始施工改造，截至2018年6月底，污水区8组初沉池、24组曝气池升级改造全部完成，配套内回流及碳源加药逐渐投入运行。
　　最近的这次改造，强化了生物除磷，并且在升级改造完毕后持续开展工艺运行优化，全过程进行精细化运行调控。
　　基本上，从1993建成后，高碑店污水处理厂就一直走在进化的路上，提标改造是其主旋律，这和我国大部分污水处理厂的命运是一样一样的。
　　这个进化之路有被迫的成分，但那些具体而微的行动也体现着污水处理行业从业者的使命和担当。
　　在高碑店的厂史馆里，珍藏着1983年出版的污水处理长远规划项目书，里面对17年后2000年的北京污水处理工艺进行了展望，那时就已经展望了无人值守、臭氧消毒等工艺，代表着一代污水处理人的美好追求。这些在当时来看还是非常前沿的设想，如今在污水处理厂的生产工艺和管理当中，都已经实现了。
　　这些是进化之路中由行业自主选择的部分。那么，我们有理由判断，在污水处理行业发展了30多年后，未来，行业自主进化的意愿将会和标准的驱动力一样强劲。
　　走出洞穴
　　污水处理厂的进化无可避免，我们需要关注的是转变过程中的细节。
　　在一次E20的调研中，王洪臣说了他心目中的标杆污水处理厂是什么样子的。他说，两个要素缺一不可。
　　一是感官指标。一定要看上去就赏心悦目，外形就和周围环境融合在一起，厂区的环境甚至比周围的环境还要更好，给人们带来美的享受，噪音和臭味当然不能有——这正是污水处理厂被人厌恶的重要原因，也是一批早期污水处理厂被搬离城市的重要原因。
　　二是污水处理专业技术指标。水质要好，能源要被利用，经济上也要可行。
　　近日，在第一届“双百跨越”污水处理标杆比选活动华南、西南区域评审会上，E20环境平台董事长，《两山经济》和《环境产业导论》作者傅涛也表示，作为城市环境公共服务的重要基础设施，污水处理厂在过去发展中一直以低价运营、提标改造、达标排放为常态，随着生态文明建设深入推进，人民感知成为衡量环境服务质量的重要标尺，标杆比选活动正是面向行业高质量升级的有益探索与引领。
　　当然，我们也知道，草图还不是蓝图，是无法构成建筑的，点子距离成品会有很大一段距离，需要很多费劲巴拉的土木工程和腻子活。灵光一闪只是5%，细活累活是95%。
　　再回到开头关于进化的问题，走下树的人，进化也没有完成，他们还要继续走出洞穴，他们将一直走在进化的路上。对于污水处理厂往何处去的问题，我们也可以乐观一点。