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

食物鏈反應器FCR（Food Chain Reactor）污水處理技術起源于匈牙利，在匈牙利、法國、東南亞、中國等已有數(shù)十個成功案例。該技術將生物處理效能進一步增強，其溫室結(jié)構顛覆了傳統(tǒng)的污水處理廠建設形式，占地面積比活性污泥法減少60%以上；運營成本少30%以上；耐負荷沖擊；污泥產(chǎn)量少；操作維護容易；建筑設施與城市景觀的自然結(jié)合；智能過程控制；植物本地化。采用植物園狀的凈水設施不論是從建筑、技術還是社會功能角度都完美地與城市環(huán)境結(jié)為一體，該思路將對未來二三十年建設污水處理廠革新帶來巨大沖擊。

作者：上海市城市建設設計研究總院 張顯忠（1983—），安徽六安人，在讀博士，高級工程師，主要從事排水工程設計與研究。

1 工藝原理

食物鏈反應器FCR（Food Chain Reactor）工藝由一系列串聯(lián)布置的生化反應器組成，利用生化反應器中的固定生物膜和懸浮生物降解進水中的污染物質(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，生化反應池被美觀的外部結(jié)構（陽光棚）覆蓋，以保護其中的“植物園”。

FCR工藝示意圖

進水流經(jīng)FCR各反應單元，有機物質(zhì)和營養(yǎng)鹽（碳、氮、磷等）被微生物消耗或轉(zhuǎn)化。由于有機物和營養(yǎng)鹽，以及溶解氧濃度的不同，F(xiàn)CR各反應器單元中的生態(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)，以到達最大的處理效率。

FCR工藝組合結(jié)構圖

2 國外工程案例

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、法國勒呂德和莊斯污水處理廠等。在南佩斯郡污水廠（8萬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，且進水濃度較高、水質(zhì)波動較大的情況下，出水水質(zhì)能滿足相應排放要求，且出水全部滿足一級B以上排放標準，低于歐盟排放標準。

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m3/d）

南佩斯郡污水廠生物池內(nèi)部

南佩斯郡污水廠進、出水水質(zhì)

項目	進水（mg/L）	出水（mg/L）
設計值	實際平均值	實際平均值	限定值
COD	800	700	39	60
BOD5	450	441	10.9	20
NH4+-N	70	64.2	1.8	3
TN	80	75	10.6	20
TP	8	7.8	0.33	1
TSS	400	270	6.7	35

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、出水水質(zhì)

項目	進水（mg/L）	出水（mg/L）
設計值	實際值	限定值	實際值
COD	800	575	60	57
BOD5	400	238	15	11
NH4+-N			3	1.9
TN	100	45	10	4.2
TP	27	6.8	1.5	1.3
TSS	600	266	30	25

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內(nèi)來了。

3 國內(nèi)工程

國內(nèi)陸續(xù)采用了該技術理念建設了部分小型污水廠。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瞰

海南道路中心轉(zhuǎn)盤的植物園污水廠

目前，環(huán)保部首個FCR工藝示范工程——吳淞污水廠（4萬m3/d）正在建設中，預計2017年6月投產(chǎn)運行，其效果讓我們拭目以待。

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

改造FCR處理設施的工藝流程為（處理量4.0萬m3/d）：進水粗格柵及提升泵房（已建）→細格柵及曝氣沉砂池（已建改造）→初沉池（已建改造）→ AAO池（更換曝氣系統(tǒng)，改造為FCR反應池）→二沉池（已建）→紫外線消毒（已建改造）→出水泵房（已建）→排放長江。目前作為上海城建總院EPC項目已開工建設。

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設計效果圖。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)一角鳥瞰

生物池內(nèi)景

工程設計創(chuàng)新點總結(jié)

（1）采用BIM全流程設計，對新老設備更換提供了良好的指導，規(guī)避了傳統(tǒng)設計一些問題，也為整體效果提供了良好的展示。

（2）采用微負壓通風設計，邊送風邊抽風離子除臭，減少了除臭處理風量，加強了除臭效果，更環(huán)保節(jié)能。

（3）首創(chuàng)活性污泥模型和空氣管網(wǎng)在線仿真與風機實時控制綜合集成的系統(tǒng)。通過OPC等數(shù)據(jù)交換技術實現(xiàn)了活性污泥模型和供氣管網(wǎng)空氣動力模型與控制系統(tǒng)間的實時數(shù)據(jù)交換，完成系統(tǒng)的綜合集成，使數(shù)學模型從離線狀態(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前置的污染物負荷在線監(jiān)測儀表預測污水處理廠處理負荷的變化趨勢，經(jīng)與當前處理工況對比，預測處理負荷變化的影響，并給出溶解氧、內(nèi)回流比等參數(shù)的調(diào)整值，滿足下一時間段內(nèi)污水處理的要求，使處理過程平穩(wěn)。生物池設計采用進水端設置預缺氧反應，更利于脫氮；出水端內(nèi)置混凝絮凝區(qū)，減小了溶解氧對藥劑的消耗，更利于加藥量的減少和增加除磷效果。

（5）通過復雜的動態(tài)數(shù)學模型化方法進行處理線的工藝流程設計，先進精密的模擬演算保證了設計方案的高效性與經(jīng)濟性。智能過程控制使得高度自動化并靈活變通的運營得以低成本的實現(xiàn)，且處理設施設計得易于保養(yǎng)維護，便于管理。

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

（7）建筑設施與城市景觀的自然結(jié)合，位于溫室內(nèi)的植物園式設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)狀污水處理設施，做到不斷水施工，施工期間污水全流程處理，強化出水效果，盡量減少對提標改造期間污水廠運營影響。

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

責任編輯：孔紅春

設計制作：劉劍書

雜志簡介

《中國給水排水》是面向全國給水排水和環(huán)境工程界的專業(yè)性科技期刊，具有較高的理論導向性和較強的工程實踐性，被稱為中國水行業(yè)的“首席雜志”、中文核心期刊、“中國百強科技期刊”中國精品科技期刊、中國科學引文數(shù)據(jù)庫來源期刊（CSTP）。

來源 ：

基礎知識

二、排水工程

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

（一）分類

規(guī)范

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