追蹤AGS：連續(xù)流好氧顆粒污泥實(shí)現(xiàn)污水廠(chǎng)原位擴(kuò)能改造

1 成果簡(jiǎn)介

近日，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院王凱軍教授團(tuán)隊(duì)和北京華益德環(huán)境科技有限責(zé)任公司張凱淵團(tuán)隊(duì)聯(lián)合在環(huán)境領(lǐng)域期刊中國(guó)給水排水上發(fā)表了題為“連續(xù)流好氧顆粒污泥技術(shù)升級(jí)現(xiàn)有污水處理工程”的論文。該團(tuán)隊(duì)在繼3 000 m3/d的中試后，在河北省某市政污水處理廠(chǎng)的現(xiàn)有構(gòu)筑物中實(shí)施了設(shè)計(jì)規(guī)模為2.5×104m3/d的微氧-好氧耦合沉淀一體式反應(yīng)器，試圖將原AAO工藝升級(jí)為連續(xù)流好氧顆粒污泥工藝。啟動(dòng)1個(gè)月后，系統(tǒng)形成了表面光滑、輪廓清晰的好氧顆粒污泥。污泥平均粒徑為138.5 μm，粒徑>200 μm的污泥占比達(dá)28.9%。平均出水COD、NH4+-N和TN分別為25.5、0.5和10.1 mg/L。此研究突破了連續(xù)流好氧顆粒污泥工藝的技術(shù)瓶頸，為現(xiàn)有污水處理廠(chǎng)升級(jí)為好氧顆粒污泥工藝提供了一種新的解決方案。

2 引言

相比于傳統(tǒng)活性污泥工藝，好氧顆粒污泥工藝能節(jié)省50%~75%的占地面積和20%~50%的能耗，被認(rèn)為是主導(dǎo)下一個(gè)世紀(jì)的環(huán)境友好的污水處理生物技術(shù)之一。世界范圍內(nèi)已有百余座污水處理廠(chǎng)在序批式反應(yīng)器中成功應(yīng)用了好氧顆粒污泥技術(shù)，但連續(xù)流模式下的好氧顆粒污泥技術(shù)還未取得突破性的進(jìn)展?；诖耍撜撐脑谀呈姓鬯幚韽S(chǎng)的現(xiàn)有構(gòu)筑物中實(shí)施了設(shè)計(jì)規(guī)模為2.5×104m3/d的微氧-好氧耦合沉淀一體式反應(yīng)器，開(kāi)展了連續(xù)流好氧顆粒污泥的研究。

3 圖文導(dǎo)讀

微氧-好氧耦合沉淀一體式連續(xù)流好氧顆粒污泥系統(tǒng)

連續(xù)流好氧顆粒污泥系統(tǒng)由原缺氧池和好氧池改造而來(lái)，改造后由微氧池、好氧池及置于好氧池內(nèi)部的沉淀分離裝置組成（圖1）。各單元的水力停留時(shí)間分別為7.9 h、5.8 h和2.9 h。采用氣提回流控制污泥回流比約為200%，污泥濃度保持在4~7 g/L，每日排泥控制污泥齡為26~30天。調(diào)整曝氣量使得微氧池內(nèi)溶解氧為0.2~0.5 mg/L，好氧池內(nèi)溶解氧為1.0~3.0 mg/L。為了強(qiáng)化生物脫氮，按需定量投加乙酸鈉以補(bǔ)充碳源。與原AAO工藝相比，系統(tǒng)：1）省去厭氧池， 2）微氧池代替缺氧池，3）內(nèi)置的沉淀裝置省去二沉池，可節(jié)省36.8%的占地面積和近1/3的回流能耗。

以系統(tǒng)出水連續(xù)10天穩(wěn)定達(dá)到地方標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)將試驗(yàn)分為啟動(dòng)階段（2021年4月21日-5月31日）和穩(wěn)定運(yùn)行階段；根據(jù)旱雨季進(jìn)水水質(zhì)差異，將穩(wěn)定運(yùn)行階段又分為穩(wěn)定運(yùn)行階段I（雨季）和II（旱季為主），時(shí)間分別為2021年6月1日-9月30日和2021年10月1日-2022年6月25日。

好氧顆粒污泥理化性質(zhì)

系統(tǒng)接種平均粒徑31.9 μm、且不含有粒徑>200 μm顆粒的剩余污泥。啟動(dòng)1個(gè)月后觀(guān)察到了表面光滑、輪廓清晰的顆粒污泥（圖2）。在微觀(guān)下顆粒污泥結(jié)構(gòu)致密，主要由球狀菌、桿狀菌、以及少量的絲狀菌組成。在穩(wěn)定運(yùn)行階段，污泥平均粒徑增大到138.5 μm，粒徑>200 μm的顆粒污泥占比達(dá)28.9%。SVI5和SVI30最終分別穩(wěn)定在68.2和56.8 mL/g，SVI5/SVI30為1.2。在長(zhǎng)達(dá)14個(gè)多月的監(jiān)測(cè)中，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，沒(méi)有出現(xiàn)污泥沉降性能變差或顆粒污泥占比降低的情況。

污染物去除效果

如圖3a所示，系統(tǒng)采取逐漸提高進(jìn)水量的啟動(dòng)策略，由初始的9307 m3/d提高至1.5×104m3/d。但受限于旱季污水量小，啟動(dòng)階段結(jié)束時(shí)，實(shí)際處理量為2.0×104m3/d，未能達(dá)到設(shè)計(jì)值。進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段后，進(jìn)水量增大，平均處理水量為2.4×104m3/d。最高日處理量達(dá)3.5×104m3/d，為設(shè)計(jì)值的1.4倍，系統(tǒng)具有較強(qiáng)的耐沖擊能力。

系統(tǒng)污染物去除效果如圖3b-d所示。啟動(dòng)初期，由于污泥濃度和活性較低，污染物去除效果較差。隨著系統(tǒng)運(yùn)行到第10天，出水COD、NH4+-N和TN分別降低至44.0、1.4和8.4 mg/L，達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)；第33天，出水COD、NH4+-N和TN分別為25.6、1.1和9.8 mg/L，達(dá)到地方標(biāo)準(zhǔn)，隨后進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段I。在穩(wěn)定運(yùn)行階段I（雨季），出水COD、NH4+-N和TN為26.0、0.6和11.1 mg/L，達(dá)標(biāo)率分別為95.9%、99.2%和100%。進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段II后，出水COD、NH4+-N和TN分別降低至25.5、0.5和10.1 mg/L。在這一階段長(zhǎng)達(dá)268天的監(jiān)測(cè)中，各污染物出水達(dá)標(biāo)率均達(dá)100%。

技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析

將提出的微氧-好氧耦合沉淀一體式連續(xù)流好氧顆粒污泥系統(tǒng)與現(xiàn)有好氧顆粒污泥技術(shù)Nereda?和S::Select?（又名為Densified Activated Sludge）基于具體的工程案例進(jìn)行比較，各工藝流程如圖4所示，對(duì)比結(jié)果詳見(jiàn)表1。

與Nereda?技術(shù)相比，啟動(dòng)時(shí)間更短，無(wú)需進(jìn)水和污泥緩沖池，且現(xiàn)有連續(xù)流活性污泥工藝適當(dāng)改造即可實(shí)施，適用場(chǎng)景更廣。與S::Select?技術(shù)相比，污泥沉降性能不受冬季低溫影響，且無(wú)需二沉池，在節(jié)地節(jié)能方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。但本系統(tǒng)顆粒污泥占比較低。這主要有兩方面的原因，一是Nereda?采用序批處理模式，設(shè)置短的沉淀時(shí)間選擇性淘汰沉降速度慢的絮狀污泥；S::Select?采用水力旋流器，選擇性淘汰密度低的絮狀污泥，但本系統(tǒng)目前缺乏污泥選擇壓。另一方面，Nereda?和S::Select?工業(yè)化已有十余年，應(yīng)用比較成熟，而本系統(tǒng)是首個(gè)應(yīng)用案例，運(yùn)行時(shí)間尚短，運(yùn)行條件和培養(yǎng)模式等還未優(yōu)化。

5 第一作者介紹

余誠(chéng)：清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院博士研究生。主要從事合流制溢流控制、連續(xù)流好氧顆粒污泥和厭氧氨氧化等污水處理方向的研究。以第一作者發(fā)表中英文論文7篇，作為技術(shù)骨干參與2項(xiàng)“十三五”水體污染控制與治理科技重大專(zhuān)項(xiàng)課題，主持1項(xiàng)校級(jí)研究中心下設(shè)課題。