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HPB技术在城镇污水处理厂提标扩容中的创新与实践

北极星水处理网  来源:亚洲环保网  作者:韩红波 高飞  2020/12/3 11:04:11  我要投稿  

北极星水处理网讯:随着城镇人口的增加及污水收集率的提高,污水排放量与日俱增。另外,污水处理厂还面临着从一级B标准提升至一级A标准、准IV类或更高标准的任务。这就使得污水处理厂新建扩容及提标改造势在必行,在城镇污水处理中追求技术上的创新也是大势所趋。

日前在杭州举办的中国城镇水务发展国际研讨会上,湖南科友环保有限公司技术高级总监韩红波以《HPB技术城镇污水处理厂提标扩容中的创新与实践》为题作了报告,详细介绍了HPB的技术背景、技术原理及优势,从复合粉末载体、专业机械搅拌系统和载体回收系统等5个方面阐明了其技术核心,并以“长沙市新开铺污水厂改扩建工程”等实际案例分享了HPB技术的产业化应用,分析了HPB技术的应用前景。

一、高浓度复合粉末载体生物流化床(HPB)技术介绍

1、技术背景

(1)技术需求

污水量与日俱增:随着城镇人口的增加、生活水平的提高以及污水收集率的提高等,污水量与日俱增;新建或扩容污水处理厂势在必行。

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排放标准不断提高:污水处理厂面临从《城镇污水处理厂污染物排放标准》 一级B标准提升至一级A标准、准IV类或更高标准的任务;合流制溢流(CSO)污染控制需求。

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(2)技术瓶颈

建设用地制约:传统提标扩容工艺对扩建用地要求较高;预留用地紧张、征地和拆迁困难。

建设、运营资金的增加:传统提标扩容工艺对建设和运营资金要求较高;对初期雨水仅能做预处理,全处理投资大、成本高。

2、发展历程

(1)1964-1991 厚积薄发

1964年:同济大学首次开展《硅藻土过滤技术研究》,进入“文革”期间,研究中断。

1989年:重启该项目研究。

(2)1992-2002 攻坚克难

1992年:通过上海市科委组织的专家鉴定;开发出硅藻土预涂膜过滤器;第一套设备应用于浙江省宁海县游泳馆泳池水循环过滤。

2000年:硅藻土浮选技术的推广,使原材料的加工成本降低,硅藻土在水处理中的应用得到进一步推广。

(3)2003-2017 科技创新

2003年:硅藻土应用的深入研究列入《上海城市水环境改善技术及综合示范项目》(国家863计划)子课题——《改性硅藻土滤池处理技术研究》。

2006年:子课题通过上海市教委组织的专家鉴定,研究成果达到国际先进水平。

(4)2018-2020 产业突破

2018年湖南三友环保科技有限公司结合产学研优势,对复合粉末载体用于城镇污水处理大规模产业化研发进行投资,解决多项关键技术难题。

2019年湖南科友环保有限公司完成中试试验、生产性试验。进行大规模产业化和工程化应用。

3、技术原理

高浓度复合粉末载体生物流化床(High Concentration Powder Carrier Bio-fluidized Bed,简称HPB),基于污水生物处理的技术原理,通过向生化池中投加复合粉末载体,提高生物池混合液浓度的同时,构建了悬浮生长和附着生长“双泥”共生的流化床系统;并通过污泥浓缩分离单元(Concentrated Unit)、复合粉末载体回收单元(Recycled Unit),实现了“双泥龄” ,强化了生物脱氮除磷效率。

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从原理上讲,HPB工艺属于复合生物反应器IFAS工艺(Integrated Fixed-film Activated Sludge) 的一种,与传统相比具有明显的创新和优势。

创新点之一:HPB工艺采用微米级复合粉末载体。

(1)可伴随活性污泥实现全过程流化、回流等,无需设置专用的拦截与防护设施。

(2)良好的流化状态,提高了传质效果,进一步加快生化反应速率。

(3)更大的比表面积,单位容积生物量更高,容积负荷更高,抗冲击负荷能力更强。

创新点之二:HPB工艺配备粉末载体回收装置。

(1)可将附着微生物的复合粉末载体回收利用,在“双泥法”的基础上实现“双泥龄”,同步提高脱氮除磷效果。

(2)将大部分载体回收利用,减少日常载体投加量,降低运行成本。

4、技术优势

HPB技术的优势可概括为:三省三高。

省投资:新建项目节约投资20%以上;

省占地:新建项目生化池占地较传统工艺节省一半,提标扩容无需新增用地可实现生化池水量翻倍、水质提升;

省周期:建设周期缩短约30%以上;

高效率:实现双泥龄,短泥龄微生物强化除磷,长泥龄微生物强化脱氮;

高标准:出水水质可以达到 “准IV类”及以上标准;

高保障:可实现不停产改造、不停产检修、保障稳定运行。

5、技术核心

(1)复合粉末载体

HPB技术的核心复合粉末载体,其主要成分是一类直径约20-50 μm、多孔结构、具有高生物亲和性的天然无机颗粒;同时复配有特殊制剂,有利于脱氮微生物附着并形成生物膜,不仅可提高反应器中的微生物量,还可优化微生物种群结构,为HPB系统的高效城镇污水生物处理提供保证。

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城镇污水处理厂采用HPB工艺,在生化池采样进行微生物高通量检测,结果显示:复合粉末载体加入后,参与硝化和反硝化作用的微生物,如变形菌门丰度相比活性污泥法12.62%提升到22.62%(厌氧段)和28.67%(好氧段);且成为系统内优势微生物种群。HPB工艺混合液中各脱氮功能微生物丰度高于活性污泥法。此外,属丝状菌的绿弯菌门微生物丰度大幅下降,说明HPB系统运行更为稳定。

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HPB生化池混合液中参与氮循环相关酶丰度的检测结果:硝基还原酶(Nitroreductase)、硝酸盐还原酶(Nitrate reductase)、铁氧蛋白亚硝酸还原酶(Ferredoxin nitrite reductase)等丰度,较活性污泥系统均较大幅提升,说明HPB系统较常规活性污泥系统脱氮反应增强。

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