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智慧水务浪潮下的污水处理技术发展

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在污水处理技术百年的发展历程中,控制一直是一个令人关注的话题,围绕这一领域的技术发展也经历了由简单到复杂的不断演变,在进入到21世纪之后,仪表、控制及自动化(ICA)的发展更是令污水处理厂在应对负荷变化、控制出水水质、节能降耗方面展现出更加“智慧”的特点,在这一发展浪潮中污水处理工艺如何发展值得令人关注。

智慧水务浪潮下的污水处理技术发展

陈珺 江苏省(宜兴)技术研究院总工

一、污水处理技术的发展历程回顾

首先,我们在展望未来污水处理技术的时候需要简单回顾一下污水处理技术的发展历程。

当1882年史密斯开始研究污水曝气的时候,没有人知道将来会有活性工艺,早期的污水曝气研究了30年后并没有获得什么突破性进展,直到2年后英国人英国人在污水曝气的基础上发明了活性污泥工艺(1914年),当然这30年的曝气研究并不是原地踏步,而是对一步步坚信了曝气产生的“粘泥”对污水处理具有重要的影响。

1914年活性污泥工艺的出现事实上成为现代污水处理技术的起点,在经历了早期的专利纠纷之后,污水处理基础理论在50-60年代基本成型,70年代生物脱氮除磷工艺的出现成为污水处理技术发展的一个重要里程碑,同时生物工艺获得了再次发展的机会,IFAS、MBBR等技术由于紧凑性方面的特点在升级改造中获得明显的优势。

当前,无论是在欧洲还是北美,污水生物处理在某些地区已经达到了极限水平(TN<3mg/L、TP<0.1mg/L),传统的水质要求已经不再是工艺发展的方向,而在紧凑性方面、资源能源回收方面污水处理工艺正掀开新的篇章。

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二、若干未来技术的发展方向

好氧颗粒污泥

现在大家谈的比较多的好氧颗粒污泥实际上在历史与现实中时有出现,早在70年代James Barnard进行接触稳定试验时就注意到了颗粒污泥的现象,Barnard形容为“像粗砂一样”。

而在现实中有时候也会观察到颗粒污泥的现象,如浙江海宁污水厂曾经观察到有明显的颗粒污泥,污泥粒径约0.5mm,美国的田纳西州污水处理厂也观察到类似的现象。因此,颗粒污泥实际上存在于某些污水处理厂中,只是平时并未引起人们的过多关注。

智慧水务浪潮下的污水处理技术发展
智慧水务浪潮下的污水处理技术发展

现在比较热的Nereda颗粒污泥从早期的研究算起已经有20多年,经历了最初实验研究到后来的公司合作,然后到的示范厂,到现在的处理厂,逐步发展成为一种商业化技术。现在Nereda已经发展了40座污水处理厂,大部分用于处理市政污水。

实际上,好氧颗粒污泥的形成也是一个对微生物选择的过程,微生物的选择一直伴随着污水处理工艺的发展,从早期对去除COD的异养菌、到硝化菌、聚磷菌都是对微生物世界的一步步认识深入。好氧颗粒污泥形成的主要机理有饱食—饥饿选择、有机负荷、剪切力等。

饱食—饥饿选择是指微生物先在COD浓度很高的条件下进行饱食,然后经历饥饿阶段,这个过程会促使微生物把COD转化为内部储存的有机物,有利于颗粒污泥形成。较高的有机负荷有利于颗粒污泥形成强劲的内核。强剪切力会促使颗粒污泥像生物膜那样分泌出更多的EPS来产生平衡的生物结构。有关这方面的研究内容非常多,在此不一一列举。

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好氧颗粒污泥污水厂基本的仪表配置包括DO、ORP、温度、液位,其他的配置包括在线浊度、SS、NH3-N、PO4-P。

未来好氧颗粒污泥将逐渐向着连续流工艺的方向发展,目前好氧颗粒污泥通常采用SBR形式,但现在的绝大部分污水处理厂是连续流工艺,将其转为SBR的形式所需的投资费用很高,如何能够在这些连续流的污水处理厂中应用好氧颗粒污泥技术成为这一领域的发展热点。

其次好氧颗粒污泥技术在长期运行过程中的稳定性在某种程度上是制约这一技术应用的一个瓶颈,稳定性涉及到两个方面,一个是颗粒污泥的解体,一个是丝状菌的过度增殖。另外就是在进一步的机理认识方面以及模型解释、预测方面。

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-carbon redirection。回收的碳可用于产能或生产基于碳的产品。

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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。

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编辑:赵凡

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