污水设备 ——RPIR技术的昨天、今天和明天
RPIR技术的昨天、今天和明天
“技术研发永无止境，生态合作才能实现共赢。”在2019(第十一届)上海水业热点论坛上，深圳市清研环境科技有限公司首席科学家陈福明以“RPIR快速生化污水处理技术发展现状与前景展望”为主题，从RPIR快速生化污水处理技术的缘起谈起，分享了该技术的优势以及技术的发展前景。
RPIR技术的昨天
生化法是污水净化的终极方法，其中活性污泥法是当前的主流方法之一，但常规生化法水力停留时间长。如何提高活性污泥工艺的生化反应效率，减少水力停留时间，成为污水处理技术研发的一个关键问题。
陈福明介绍，清研环境技术团队经过对大量实践经验的分析和对相关文献的深入调研，得出了有关提高生化反应效率的三个关键因素：
一、强化传质(通过反应器结构优化来实现)。让污染物和微生物充分接触，使传质过程更快。强化传质不是通过动力直接搅拌，而是通过反应器结构优化来实现，以达到避免增加能耗的效果。
二、反应分离一体化。MBR技术占地面积小这一特点也给研究带来了很好的启发。
三、高浓度污泥截留。通过膜或者其他方式进行拦截，使污泥浓度高。
在这三个关键因素基础上，还有一个必备的潜质，就是要容易放大，实现规模化工程应用。
基于以上思考，清研环境技术团队发明了耦合沉淀矩形气升环流反应器，该反应器满足了提高生化反应效率的三个关键因素。
陈福明介绍，最早该反应器在化工领域是圆形的，但圆形难以放大，所以清研环境把它改成矩形，让它进一步满足容易放大的必备潜质。
清研环境技术团队以耦合沉淀矩形气升环流反应器为基础，提出了耦合沉淀矩形气升环流反应器污水快速净化技术，即RPIR快速生化污水处理技术(以下简称“RPIR技术”)。为了便于大规模工业化应用，团队又进一步将耦合沉淀矩形气升环流反应器的核心结构模块化，研发出了RPIR模块。
RPIR技术的今天
RPIR技术具有七大优势特征：气升环流结构，混合液流态稳定，传质效果好;活性污泥浓度高，可达5000-10000mg/L;水力停留时间短，设备投资省，占地面积小;深度脱氮除磷;运行费用低;建设工期短;启动快、运行稳定、管理方便。
目前， RPIR技术已经实现了从小规模工程实践到市政领域的规模化应用。
清研环境2004年开始研发RPIR技术;2008年开始实现小规模工程应用;2016年进入市政污水厂升级改造、高标扩容;2017年，因为黑臭河道的治理需求的不断释放，RPIR技术又开始大范围应用到黑臭水体截污控源、溢流污染应急处理中。
论坛现场，陈福明从具体案例出发，详细介绍了RPIR技术的项目应用。
RPIR小规模工程应用
1、地埋式生活污水处理
深圳市某科技园100 m3/d生活污水处理工程实现了RPIR技术在地埋式工程中的首次应用。
2、工业有机废水处理
上海副食品厂豆制品加工废水处理工程，虽然处理水量只有50 m3/d，但该项目中，废水COD浓度很高，且项目可用土地面积有限，这也是废水处理的一大难题，RPIR技术很好的解决了这一问题。从效果上来看，也印证了RPIR技术的效果，在水力停留时间仅14小时的情况下，可以将COD从1600 mg/L降解到90 mg/L，NH3-N从115.6 mg/L降解为 3.3 mg/L。
此外，RPIR技术在养殖废水领域也有很好的应用效果，如河南潢川豫鸣一分厂养殖废水处理(180 m3/d)、深圳某屠宰厂屠宰废水处理(1500 m3/d)等。
根据小规模工程应用效果，清研环境总结得到了三条推论：RPIR可用于新建各种大中小型污水处理厂，替代其它生物处理方法;可用于对现有污水处理设施的改造，提高处理效能(提标、增容);可用于黑臭河道截污控源、溢流污染应急处理工程。
RPIR用于市政污水厂升级改造、高标扩容
陈福明表示，以参加2016年上海水业热点论坛为契机，清研环境实施了战略转移，RPIR技术正式回归市政污水处理市场，刚好契合当前提质增效三年计划的需求。
RPIR技术在市政污水处理中的具体工艺流程就是A2/RPIR，可以实现深度脱氮除磷。主要用于市政污水处理设施的新建和原位改造(提标或扩容)，出水水质可达一级A(含总氮)、准地表Ⅳ(总氮<10 mg/L)。
1、江苏省响水县城市污水处理厂提标改造项目
该项目是清研环境第一个市政污水处理厂原位提标改造案例。项目设计规模为30000 m3/d (分两条线)，设计进出水水质指标如上图所示 (出水达到一级A标准)。
陈福明介绍，该项目采用A2/RPIR主要是基于以下原因：原位提标，无需新增用地;出水水质保障性高(“RPIR+备用沉淀+过滤”);原有设施基本得到应用(除现有紫外消毒池外，其他设施都可充分利用);无需二次提升(排口与排放水体高程差有限);与其他工艺相比(如MBR工艺)投资更为节省。
2017年10月第一条线通水运行，2018年11月第二条线通水运行，出水稳定达标。
2、深圳市固戍水质净化厂高标扩容新建工程
该项目原来是24 万m3/d的一级B氧化沟，因截污管网的完善，新增污水量12万m3/d，原氧化沟消纳6万m3/d，出水执行一级B标准。为满足对新增污水处理的要求，需新建一套6万m3/d的处理设施(变化系数1.33)，出水执行一级A标准，且厂内可用地面积有限。
陈福明介绍，只有(超磁+BAF)和 A2/RPIR工艺能够在当前可用土地面积上实现扩容的目标。经过多方论证，该项目最终选择 A2/RPIR工艺，实现投资省、运管简单、运行成本低。
该工程于2018年8月开建，2018年12月1日通水投入运行，截至目前，系统运行稳定达标。
RPIR用于黑臭河道截污控源、溢流污染应急处理工程
黑臭河道截污控源、溢流污染应急处理领域的工艺相对比较简单，一般不考虑总氮，直接应用RPIR工艺，在不考虑总氮的情况下，出水可以达到一级B、一级A，甚至达到地表V或Ⅳ。
1、 陆丰0.5万m3/d排口应急处理设施，出水执行一级A标准(不考核总氮)
2、深圳市观澜河口调蓄池污水处理设施提标改造工程(不考核总氮)
该项目建设目标为：旱季处理水量15万m3/d，出水水质准地表Ⅳ类(总氮除外);雨季处理水量25万m3/d，出水水质准地表Ⅴ类(总氮除外)。
该项目是第一个具有生化处理功能的调蓄池的项目;第一个超过20万m3/d规模的RPIR应用项目;第一个出水达到准地表IV类标准调蓄池的项目。生化部分占地面积仅1.62万m2，工期仅133天。
2017年以来， RPIR技术在黑臭河道截污控源、溢流污染应急处理等领域已建成一大批工程案例，如四联河、沙湾河、沙塘河、响水河等。
现在RPIR的技术已经走向全国，在江苏、内蒙古、河南、江西、广西等地都有市场布局和工程案例，日处理量逐年大幅度上升，截止到2019年7月，采用RPIR技术的总处理规模已经超过100万m3/d。
RPIR技术的明天
在现有的基础上，清研环境还将进一步加大技术研发投入，挖掘RPIR技术的潜力。陈福明介绍了RPIR技术的前景。
第一，要实现污水处理厂不停产改造。利用池面出水RPIR模块，在不停产前提下，对现有污水处理设施进行改造，实现原位提标或扩容。首先，在现有设施不停产的情况下，将池面出水RPIR模块安装在曝气池内;其次，在池面之上安装好出水管及虹吸出水系统，并与RPIR模块相连接;三是开启虹吸出水系统，利用虹吸原理将RPIR模块的出水导出系统。
第二，极限深度脱氮。主要是采用垂直分区A/RPIR污水处理工艺，利用RPIR的结构优势，将缺氧反应、好氧反应和泥水分离过程集成在一个池体内完成，而且这些过程在空间上是垂直分布的、相互贯通的。
该工艺有三大应用方向：可生化污废水的极限深度脱氮;低碳氮比污水的极限深度脱氮;高标准出水水质污水处理工程。
陈福明表示， RPIR快速生化污水处理技术已经获得市场的广泛认可和接受，未来将在应用中不断得到优化和提升。清研环境愿与污水处理行业的相关设计院、水务公司、工程公司等通过各种形式的合作，一起来推动RPIR技术的市场开拓，实现合作共赢。
附：清研环境是由深圳清华大学研究院孵化的国家级高新技术企业。公司传承深圳清华大学研究院创新基因，采用科研与产业深度融合、同步发展的创新模式，将实验室的科研成果转化为商品，通过市场获得价值递增，并将部分收益反哺实验室开发更具市场价值的科研成果，以支撑公司不断推出新的具有市场竞争力的产品，保证公司在技术上有“源头活水”，在市场对接上能“曲高和众”。
