颠覆传统的FCR工艺——污水处理厂变身植物园！
日期：2016-04-18
食物链反应器FCR（Food Chain Reactor）污水处理技术起源于匈牙利，在匈牙利、法国、东南亚、中国等已有数十个成功案例。该技术将生物处理效能进一步增强，其温室结构颠覆了传统的污水处理厂建设形式，占地面积比活性污泥法减少60%以上；运营成本少30%以上；耐负荷冲击；污泥产量少；操作维护容易；建筑设施与城市景观的自然结合；智能过程控制；植物本地化。采用植物园状的净水设施不论是从建筑、技术还是社会功能角度都完美地与城市环境结为一体，该思路将对未来二三十年建设污水处理厂革新带来巨大冲击。
1 工艺原理
食物链反应器FCR（Food Chain Reactor）工艺由一系列串联布置的生化反应器组成，利用生化反应器中的固定生物膜和悬浮生物降解进水中的污染物质。参与生化降解的微生物体主要是附着在自然植物根系和工程化生物填料上，仅有很少一部分为悬浮状态。作为该工艺的显著特征，生化反应池被美观的外部结构（阳光棚）覆盖，以保护其中的“植物园”。
FCR工艺示意图
进水流经FCR各反应单元，有机物质和营养盐（碳、氮、磷等）被微生物消耗或转化。由于有机物和营养盐，以及溶解氧浓度的不同，FCR各反应器单元中的生态系统的组成也各不相同。最终使得各反应器单元形成与其生态条件及其匹配的生态系统，以到达最大的处理效率。
FCR工艺组合结构图
2 国外工程案例
在美丽的多瑙河和塞纳河流域，建成了多座植物园式污水厂。如匈牙利艾提耶、南佩斯郡和Telki 污水处理厂、法国勒吕德和庄斯污水处理厂等。在南佩斯郡污水厂（8万m3/d规模）、庄斯等小型污水厂（1000m3/d以下规模），其规模均有代表性，且进水浓度较高、水质波动较大的情况下，出水水质能满足相应排放要求，且出水全部满足一级B以上排放标准，低于欧盟排放标准。
改造前的匈牙利南佩斯郡污水厂
改造后的匈牙利南佩斯郡污水厂（ 8万m3/d）
南佩斯郡污水厂生物池内部
南佩斯郡污水厂进、出水水质
|
项目 |
进水（mg/L） |
出水（mg/L） |
||
|
设计值 |
实际平均值 |
实际平均值 |
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 |
紧邻古城堡的庄斯污水厂
生物池内部1
生物池内部2
与周边别墅景色和谐统一
庄斯污水厂进、出水水质
|
项目 |
进水（mg/L） |
出水（mg/L） |
||
|
设计值 |
实际值 |
限定值 |
实际值 |
|
|
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 |
庄斯污水厂比活性污泥法污水厂节电37%，节约药耗61%，节约运行成本36%。
各位是不是羡慕得流口水了？颜值那么高的污水厂，处理效果还那么好！别着急，这样的污水厂就要搬到国内来了。
3 国内工程
国内陆续采用了该技术理念建设了部分小型污水厂。如深圳富士康、河源、三亚等地。
深圳富士康植物园污水厂一角
深圳富士康植物园污水厂鸟瞰
海南道路中心转盘的植物园污水厂
目前，环保部首个FCR工艺示范工程——吴淞污水厂（4万m3/d）正在建设中，预计2017年6月投产运行，其效果让我们拭目以待。
吴淞污水处理厂原采用缺氧－好氧的二级生物处理工艺。在《上海市污水处理系统专业规划》中，将该厂列为市区保留的污水处理厂。该厂紧邻上海国际游艇码头，周边为居民区，设计规模4万m3/d，本次提标改造工程列为环保部示范工程。
改造FCR处理设施的工艺流程为（处理量4.0万m3/d）：进水粗格栅及提升泵房（已建）→细格栅及曝气沉砂池（已建改造）→初沉池（已建改造）→ AAO池（更换曝气系统，改造为FCR反应池）→二沉池（已建）→紫外线消毒（已建改造）→出水泵房（已建）→排放长江。目前作为上海城建总院EPC项目已开工建设。
FCR工艺流程图
松散的生物膜 充氧效率更高
下面带各位欣赏一下BIM设计效果图。该思路具有颠覆传统污水处理概念并成为现代城市中可持续性发展理念的指向标的潜力。
吴淞污水厂全貌
吴淞生物池外观
吴淞厂区一角鸟瞰
生物池内景
工程设计创新点总结
（1）采用BIM全流程设计，对新老设备更换提供了良好的指导，规避了传统设计一些问题，也为整体效果提供了良好的展示。
（2）采用微负压通风设计，边送风边抽风离子除臭，减少了除臭处理风量，加强了除臭效果，更环保节能。
（3）首创活性污泥模型和空气管网在线仿真与风机实时控制综合集成的系统。通过OPC等数据交换技术实现了活性污泥模型和供气管网空气动力模型与控制系统间的实时数据交换，完成系统的综合集成，使数学模型从离线状态下的仿真分析走向在线的控制决策，功能得到更大的发挥。
（4）采用前馈控制可以通过前置的污染物负荷在线监测仪表预测污水处理厂处理负荷的变化趋势，经与当前处理工况对比，预测处理负荷变化的影响，并给出溶解氧、内回流比等参数的调整值，满足下一时间段内污水处理的要求，使处理过程平稳。生物池设计采用进水端设置预缺氧反应，更利于脱氮；出水端内置混凝絮凝区，减小了溶解氧对药剂的消耗，更利于加药量的减少和增加除磷效果。
（5）通过复杂的动态数学模型化方法进行处理线的工艺流程设计，先进精密的模拟演算保证了设计方案的高效性与经济性。智能过程控制使得高度自动化并灵活变通的运营得以低成本的实现，且处理设施设计得易于保养维护，便于管理。
（6）用于净水的植物是根据其根茎结构与特点，和各种环境条件适应能力精心挑选的，所有植物可选用当地品种。植物的养护简单，不需特别技能，普通园艺工皆可胜任。
（7）建筑设施与城市景观的自然结合，位于温室内的植物园式设施替代了水泥建筑群式的传统污水处理厂，充分体现大自然魅力的水景圆完美地融入到城市的全景之内。
（8）优化改造现状污水处理设施，做到不断水施工，施工期间污水全流程处理，强化出水效果，尽量减少对提标改造期间污水厂运营影响。
来源：中国给水排水
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