HPB技術在城鎮(zhèn)污水處理廠提標擴容中的創(chuàng)新與實踐

水處理網(wǎng)訊:隨著城鎮(zhèn)人口的增加及污水收集率的提高，污水排放量與日俱增。另外，污水處理廠還面臨著從一級B標準提升至一級A標準、準IV類或更高標準的任務。這就使得污水處理廠新建擴容及提標改造勢在必行，在城鎮(zhèn)污水處理中追求技術上的創(chuàng)新也是大勢所趨。

日前在杭州舉辦的中國城鎮(zhèn)水務發(fā)展國際研討會上，湖南科友環(huán)保有限公司技術高級總監(jiān)韓紅波以《HPB技術在城鎮(zhèn)污水處理廠提標擴容中的創(chuàng)新與實踐》為題作了報告，詳細介紹了HPB的技術背景、技術原理及優(yōu)勢，從復合粉末載體、專業(yè)機械攪拌系統(tǒng)和載體回收系統(tǒng)等5個方面闡明了其技術核心，并以“長沙市新開鋪污水廠改擴建工程”等實際案例分享了HPB技術的產(chǎn)業(yè)化應用，分析了HPB技術的應用前景。

一、高濃度復合粉末載體生物流化床（HPB）技術介紹

1、技術背景

（1）技術需求

污水量與日俱增：隨著城鎮(zhèn)人口的增加、生活水平的提高以及污水收集率的提高等，污水量與日俱增；新建或擴容污水處理廠勢在必行。

排放標準不斷提高：污水處理廠面臨從《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》 一級B標準提升至一級A標準、準IV類或更高標準的任務；合流制溢流（CSO）污染控制需求。

（2）技術瓶頸

建設用地制約：傳統(tǒng)提標擴容工藝對擴建用地要求較高；預留用地緊張、征地和拆遷困難。

建設、運營資金的增加：傳統(tǒng)提標擴容工藝對建設和運營資金要求較高；對初期雨水僅能做預處理，全處理投資大、成本高。

2、發(fā)展歷程

（1）1964-1991 厚積薄發(fā)

1964年：同濟大學首次開展《硅藻土過濾技術研究》，進入“文革”期間，研究中斷。

1989年：重啟該項目研究。

（2）1992-2002 攻堅克難

1992年：通過上海市科委組織的專家鑒定；開發(fā)出硅藻土預涂膜過濾器；第一套設備應用于浙江省寧?？h游泳館泳池水循環(huán)過濾。

2000年：硅藻土浮選技術的推廣，使原材料的加工成本降低，硅藻土在水處理中的應用得到進一步推廣。

（3）2003-2017 科技創(chuàng)新

2003年：硅藻土應用的深入研究列入《上海城市水環(huán)境改善技術及綜合示范項目》（國家863計劃）子課題——《改性硅藻土濾池處理技術研究》。

2006年：子課題通過上海市教委組織的專家鑒定，研究成果達到國際先進水平。

（4）2018-2020 產(chǎn)業(yè)突破

2018年湖南三友環(huán)?？萍加邢薰窘Y合產(chǎn)學研優(yōu)勢，對復合粉末載體用于城鎮(zhèn)污水處理大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化研發(fā)進行投資，解決多項關鍵技術難題。

2019年湖南科友環(huán)保有限公司完成中試試驗、生產(chǎn)性試驗。進行大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化和工程化應用。

3、技術原理

高濃度復合粉末載體生物流化床（High Concentration Powder Carrier Bio-fluidized Bed，簡稱HPB），基于污水生物處理的技術原理，通過向生化池中投加復合粉末載體，提高生物池混合液濃度的同時，構建了懸浮生長和附著生長“雙泥”共生的流化床系統(tǒng)；并通過污泥濃縮分離單元（Concentrated Unit）、復合粉末載體回收單元（Recycled Unit），實現(xiàn)了“雙泥齡” ，強化了生物脫氮除磷效率。

從原理上講，HPB工藝屬于復合生物反應器IFAS工藝（Integrated Fixed-film Activated Sludge) 的一種，與傳統(tǒng)相比具有明顯的創(chuàng)新和優(yōu)勢。

創(chuàng)新點之一：HPB工藝采用微米級復合粉末載體。

（1）可伴隨活性污泥實現(xiàn)全過程流化、回流等，無需設置專用的攔截與防護設施。

（2）良好的流化狀態(tài)，提高了傳質(zhì)效果，進一步加快生化反應速率。

（3）更大的比表面積，單位容積生物量更高，容積負荷更高，抗沖擊負荷能力更強。

創(chuàng)新點之二：HPB工藝配備粉末載體回收裝置。

（1）可將附著微生物的復合粉末載體回收利用，在“雙泥法”的基礎上實現(xiàn)“雙泥齡”，同步提高脫氮除磷效果。

（2）將大部分載體回收利用，減少日常載體投加量，降低運行成本。

4、技術優(yōu)勢

HPB技術的優(yōu)勢可概括為：三省三高。

省投資：新建項目節(jié)約投資20%以上；

省占地：新建項目生化池占地較傳統(tǒng)工藝節(jié)省一半，提標擴容無需新增用地可實現(xiàn)生化池水量翻倍、水質(zhì)提升；

省周期：建設周期縮短約30%以上；

高效率：實現(xiàn)雙泥齡，短泥齡微生物強化除磷，長泥齡微生物強化脫氮；

高標準：出水水質(zhì)可以達到 “準IV類”及以上標準；

高保障：可實現(xiàn)不停產(chǎn)改造、不停產(chǎn)檢修、保障穩(wěn)定運行。

5、技術核心

（1）復合粉末載體

HPB技術的核心復合粉末載體，其主要成分是一類直徑約20-50 μm、多孔結構、具有高生物親和性的天然無機顆粒；同時復配有特殊制劑，有利于脫氮微生物附著并形成生物膜，不僅可提高反應器中的微生物量，還可優(yōu)化微生物種群結構，為HPB系統(tǒng)的高效城鎮(zhèn)污水生物處理提供保證。

城鎮(zhèn)污水處理廠采用HPB工藝，在生化池采樣進行微生物高通量檢測，結果顯示：復合粉末載體加入后，參與硝化和反硝化作用的微生物，如變形菌門豐度相比活性污泥法12.62%提升到22.62%（厭氧段）和28.67%（好氧段）；且成為系統(tǒng)內(nèi)優(yōu)勢微生物種群。HPB工藝混合液中各脫氮功能微生物豐度高于活性污泥法。此外，屬絲狀菌的綠彎菌門微生物豐度大幅下降，說明HPB系統(tǒng)運行更為穩(wěn)定。

HPB生化池混合液中參與氮循環(huán)相關酶豐度的檢測結果：硝基還原酶（Nitroreductase）、硝酸鹽還原酶（Nitrate reductase）、鐵氧蛋白亞硝酸還原酶（Ferredoxin nitrite reductase）等豐度，較活性污泥系統(tǒng)均較大幅提升，說明HPB系統(tǒng)較常規(guī)活性污泥系統(tǒng)脫氮反應增強。