智慧水务浪潮下的污水处理技术发展

碳转向

污水处理未来发展的一个重要方向是碳转向，传统污水处理过程大多是将污水中的COD去除，需要消耗大量的能源。一般正常的生活污水中所蕴含的能量是处理所需能量的4-5倍，将污水中的可生物降解有机物从二级处理转向能量回收的这一转变被称之为碳转向-carbonredirection。回收的碳可用于产能或生产基于碳的产品。

这张图描绘了碳转向与传统处理方式的不同，目前碳转向的主要技术有传统的初沉池，化学一级强化沉淀（CEPT）、高负荷活性污泥法（HRAS）、旋转滤网。CEPT可以对颗粒性及胶体性COD获得40-80%的去除率，HRAS有两种形式，一种是只用于去除BOD的二级处理，一种是AB工艺的A段，二者有明显的不同，用于二级处理时SRT约1~4天，而作为A段时SRT一般为0.5天。

HRAS工艺最早在1923年时就已经出现，但实际上并没有获得足够深入的认识，随着碳转向的发展这一领域的研究更加深入，对其机理的解释也更加深入，譬如双基质模型，另外也出现了形式更好的碳转向技术，例如高负荷接触稳定工艺。总之，实现碳转向的优点在于降低曝气所需、产生更多沼气、池容更小或者处理能力更高、向未来主流厌氧氨氧化的迈进。

主流短程脱氮

与碳转向呼应发展的另一个技术是主流短程脱氮，特别是主流厌氧氨氧化。早在七十年代科学家EngelbertBroda预测出自然界中存在新的途径及两种未发现微生物能够实现氮的转化，并且通过热力学原理进一步推导出转化公式。

而在1906年就有人注意到在污水过滤时出现氮的损失现象，特别是在处理稀释的尿液时尤其明显，滤后出水的氮浓度不到原进水的一半，这虽然难以确切地表明是厌氧氨氧化现象，至少表明自然界的氮循环现象远比我们认识的要复杂。

另外，在现实的污水处理厂也会观察到新的脱氮现象，如新加坡樟宜再生水厂，主流自氧生物脱氮达到30%多，台湾也有类似报道。

主流厌氧氮氧化发展的动力有以下几个：减少或摒弃外加碳源的需求、降低曝气能耗，追求更小的反应池容。下图是传统脱氮技术与主流短程脱氮技术的能耗对比。

现在的主流厌氧氨氧化的技术流派主要有颗粒污泥、生物膜/IFAS、絮体+颗粒污泥以及悬浮+生物膜的方式。主流厌氧氨氧化面临的主要的挑战是对NOB的抑制，主流厌氧氮氧化过程涉及四种微生物，Anammox、AOB、NOB、HTO这些微生物之间互相制约、互相影响。

尽管对NOB的抑制现在已经有了一定的技术手段，比如维持出水中一定的氨氮浓度、DO控制等，但挑战依然巨大。主流厌氧氨氧化的仪表控制，主要是DO、NH3-N、NO3-N、ORP和空气流量计，在线控制策略对NOB的抑制非常关键。

主流厌氧氨氧化目前还缺乏关键的突破，但并不影响其在实际工程中的应用，这主要是在一个传统的污水处理工艺中可以较好地将之“嵌入”，它的一些技术措施对传统脱氮工艺也有价值，比如生物强化提高污泥沉降性能，间歇曝气降低出水总氮。

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