好氧颗粒污泥工艺在市政污水处理中的研究与应用-第2页-北极星水处理网

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2颗粒污泥的工程应用

过去20年中，废水生物处理理论研究和工程应用证明，固定化的活性污泥在水质净化方面比悬浮活性污泥更具有效率。2004年，荷兰 DELFT大学van Loosdrecht教授等人的全球专利成功运用到城市污水中试研究，其效明显。2008年，世界上第一个NeredaTM技术工艺的市政污水厂在南非Gansbaai落成，处理量为5000 m3/d，出水经过消毒后，作为灌溉水回用，工艺的基建投资低20%，节电35 ~ 45%，年运行费用降低50%。随后，2011年的荷兰Epe污水处理厂，设计规模为1500 m3/h，设计运行温度为8 ~ 25℃，已成为荷兰全国能耗最低的市政污水厂(降低25%投资和运行费用)，并完全满足总氮小于5 mg/L、总磷小于0.3 mg/L的出水限值要求。荷兰Garmerwolde污水厂的扩建工程自2013年开始运行投产以来，服务周边52万人口，处理能力提高到了30 000 m3/d，高峰流量为4 200 m3/h，出水水质TN小于7 mg/L、TP小于1 mg/L，完全满足排放标准要求，同时能耗降低了50 ~ 60%。当前，荷兰公司DHV(Royal Haskoning DHV)正在以Nereda作为技术品牌，对好氧颗粒污泥技术进行商业化推广。随着该技术的日渐成熟，DHV公司已在全球拥有20多个在市政污水中应用Nereda工艺的合同，也已经在巴西获得了多个合同，其中包括在Limeira(设计规模为57 024 m3/d)和在里约热内卢(设计规模为86 400 m3/d)的两座市政污水厂。

2.1效果及优势

好氧颗粒污泥起源于上世纪80年代，因颗粒密实、沉降性能好、抗冲击和有毒污染物强和较强的脱氮除磷能力，目前其在已有市政污水处理工艺中发挥着无可比拟的优势。在现有成功案例的污水处理厂中，市政污染物中COD、BOD和SS等去除率均高达90%以上，而TN去除率也达到了80%以上，与传统絮体活性污泥技术法相比，好氧颗粒污泥平均节约能耗30%、土地20%，其运行成本节约更是高达50%。可见，虽然现有研究对颗粒污泥的成形理论和控制参数尚未有统一的定论，但好氧颗粒污泥技术正凭借其特有的技术优势，而快速全球化推广使用。

2.2技术难点及解决方案

2.2.1技术难点

当前，关于好氧污泥颗粒的研究时间尚短，其成形的理论和机制仍在积极研究之中，同时由于培养周期长和控制条件相对复杂等条件，大大限制了其工程化(特别是市政工程)领域的大量应用，加之以对好氧颗粒污泥的形成过程、形成环境条件等因素缺乏实践深入的探究，故而目前关于好氧颗粒污泥的研究，大部分还处于实验室阶段，因此现有工程化领域中关于好氧颗粒污泥的实践应用报道较少。

一般认为形成和稳定好氧颗粒污泥，生物有机负荷宜为2.5 ~ 15 kg COD/m3 d，此负荷量在实验室条件下可以通过人工配水(如葡萄糖基质)来实现，而对于COD负荷较低(通常为150 ~ 250 mg/L)且污染物复杂(包含颗粒有机物和其它潜在有害物质)的市政污水，颗粒污泥的形成相对困难，通常需要更长时间形成颗粒污泥，且所成形的颗粒污泥粒径更小。此外，现有活性污泥法工艺大都采用完全混合式的处理方法，不能有效形成类似SBR水体动力学以及伴随的物质和能量转变，故而不利于反应池中形成大量的好氧颗粒污泥。同时，目前传统活性污泥法处理市政污水，效果仍然较好，而且现有污水厂升级改造的需求并不强烈，因此也阻碍了好氧颗粒污泥在市政污水厂的推广使用。

2.2.2解决方案

总结前述，控制活性污泥工艺技术条件和环境是形成颗粒的主要因素，因此笔者从反应器结构和污泥环境条件方面对颗粒污泥形成控制进行讨论。

(1)改进反应器结构

目前，多数好氧颗粒污泥反应器的报道主要为序批式活性污泥法反应器(SBR)，使活性污泥富营养期与贫营养期相互交替更迭，工程实践也表明SBR操作模式和较大的高径比(H/D)数值可选择截留密度更大、沉降性更好的颗粒污泥。笔者在工程实践基础上，自行设计了具有专利技术的基于固液分离的浸没式好氧活性污泥成粒工艺装置(表4)，MLSS经由气泡-活性污泥分选导流锥、曲线交错平滑鼓凸的好氧活性污泥自团聚成粒通道、固液分离仓实现泥水分离，处理出水经由上清液缓冲仓和锯齿出水堰流出，截留于固液分离仓的成粒好氧活性污泥，在自重的作用下进一步密实后再次流出进入好氧生化池，而固液分离仓内小密度成粒好氧活性污泥则筛分截留活性污泥絮体，以进一步降低了上清液缓冲区和出水中SS数值。技术处理后出水的COD、BOD和SS处理率均远高于传统好氧生化活性污泥反应器，迎合目前阶段城镇污水厂提标改造的发展趋势。

表4 传统生化处理与好氧活性污泥成粒生化处理市政污水工程化比较

(2)调整环境条件

好氧颗粒污泥成形的两个先决条件便是水力剪切作用和反应池DO浓度。由前所知，水力剪切力为反应器曝气强度和HRT综合体现。现有工艺技术条件下，HRT和SRT往往相一致，而较高水力剪切作用造成污泥流失，不利于活性污泥在好氧生化池中累积和富集，造成活性污泥微生物种群单一。而现有曝气布设，未能有效使反应池中水流呈周期循环往复，同时为了节约能耗而一再减少曝气强度，直接造成污泥间摩擦减少，致使所形成颗粒状污泥粒径较小且松散。且现有工艺中二沉池污泥回流常用机械泵实现，在污泥进过泵体的过程中，易将初期形成的小颗粒污泥再次机械切割破碎至絮体，不利于颗粒污泥的成长和稳定。笔者的基于固液分离的浸没式好氧活性污泥成粒工艺装置专利技术可以有效避免了以上问题的发生，在传统完全混合型好氧生化池中加装该装置，有效促使MLSS形成长距离循环流动，实现污泥运动流经不同基质浓度条件和不同DO条件，有利于絮状污泥产生更多EPS而促进颗粒污泥形成。在MLSS流经此装置的过程中，絮状污泥在平滑鼓凸通道内惯性自旋，产生的向心力引导絮状污泥自团聚，而分选导流锥和分离仓一方面起到隔离上升气泡干扰，另一方面的筛分作用造成MLSS中HRT和SRT的彻底分离，因此可在高水力剪切作用条件下截留更多活性污泥而丰富污泥中微生物种群结构。可见一体化好氧活性污泥成粒固液分离工艺装置改变了传统活性污泥法反应池条件(图1)，在此基础上创造了长程污泥循环流动，进而可培养出好氧颗粒污泥，且此技术条件相对简单，简化了大量控制参数，促成好氧颗粒污泥快速成形和聚集，从而有利于完成污水厂升级和提标改造任务。

图1一体化好氧活性污泥成粒固液分离工艺装置

3结语

比较传统活性污泥工艺技术，全文分析好氧颗粒污泥诸多优势，已成为当前研究热点，但由于成形影响因素复杂多变，运行条件控制苛刻等问题，如若运行参数可条件控制不当便会造成污泥解体、出水水质恶化。此外，因成形理论存在争议性，颗粒污泥数学模型的不完整性，造成好氧颗粒污泥的研究缺乏规律性和操作性。市政污水厂运用好氧颗粒污泥处理工艺技术，可以提高污染物负荷、增加抗冲击能力、缩短停留时间、减少占地，因此在活性污泥工艺百年之际，颗粒污泥工艺技术的诞生与使用，为好氧生化工艺注入新的活力，有利于我国在市政污水领域占领技术先机，以及促成行业发展，为环境水污染控制贡献一份力量。

原标题：净水技术|好氧颗粒污泥工艺在市政污水处理中的研究与应用

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