追蹤AGS：連續流好氧顆粒污泥實現污水廠原位擴能改造
【谷騰環保網訊】1 成果簡介
近日，清華大學環境學院王凱軍教授團隊和北京華益德環境科技有限責任公司張凱淵團隊聯合在環境領域期刊中國給水排水上發表了題為“連續流好氧顆粒污泥技術升級現有污水處理工程”的論文。該團隊在繼3 000 m3/d的中試后，在河北省某市政污水處理廠的現有構筑物中實施了設計規模為2.5×104m3/d的微氧-好氧耦合沉淀一體式反應器，試圖將原AAO工藝升級為連續流好氧顆粒污泥工藝。啟動1個月后，系統形成了表面光滑、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。此研究突破了連續流好氧顆粒污泥工藝的技術瓶頸，為現有污水處理廠升級為好氧顆粒污泥工藝提供了一種新的解決方案。
2 引言
相比于傳統活性污泥工藝，好氧顆粒污泥工藝能節省50%~75%的占地面積和20%~50%的能耗，被認為是主導下一個世紀的環境友好的污水處理生物技術之一。世界范圍內已有百余座污水處理廠在序批式反應器中成功應用了好氧顆粒污泥技術，但連續流模式下的好氧顆粒污泥技術還未取得突破性的進展。基于此，該論文在某市政污水處理廠的現有構筑物中實施了設計規模為2.5×104m3/d的微氧-好氧耦合沉淀一體式反應器，開展了連續流好氧顆粒污泥的研究。
3 圖文導讀
微氧-好氧耦合沉淀一體式連續流好氧顆粒污泥系統
連續流好氧顆粒污泥系統由原缺氧池和好氧池改造而來，改造后由微氧池、好氧池及置于好氧池內部的沉淀分離裝置組成（圖1）。各單元的水力停留時間分別為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。調整曝氣量使得微氧池內溶解氧為0.2~0.5 mg/L，好氧池內溶解氧為1.0~3.0 mg/L。為了強化生物脫氮，按需定量投加乙酸鈉以補充碳源。與原AAO工藝相比，系統：1）省去厭氧池， 2）微氧池代替缺氧池，3）內置的沉淀裝置省去二沉池，可節省36.8%的占地面積和近1/3的回流能耗。
以系統出水連續10天穩定達到地方標準為依據將試驗分為啟動階段（2021年4月21日-5月31日）和穩定運行階段；根據旱雨季進水水質差異，將穩定運行階段又分為穩定運行階段I（雨季）和II（旱季為主），時間分別為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
系統接種平均粒徑31.9 μm、且不含有粒徑>200 μm顆粒的剩余污泥。啟動1個月后觀察到了表面光滑、輪廓清晰的顆粒污泥（圖2）。在微觀下顆粒污泥結構致密，主要由球狀菌、桿狀菌、以及少量的絲狀菌組成。在穩定運行階段，污泥平均粒徑增大到138.5 μm，粒徑>200 μm的顆粒污泥占比達28.9%。SVI5和SVI30最終分別穩定在68.2和56.8 mL/g，SVI5/SVI30為1.2。在長達14個多月的監測中，系統穩定性高，沒有出現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，系統采取逐漸提高進水量的啟動策略，由初始的9307 m3/d提高至1.5×104m3/d。但受限于旱季污水量小，啟動階段結束時，實際處理量為2.0×104m3/d，未能達到設計值。進入穩定運行階段后，進水量增大，平均處理水量為2.4×104m3/d。最高日處理量達3.5×104m3/d，為設計值的1.4倍，系統具有較強的耐沖擊能力。
系統污染物去除效果如圖3b-d所示。啟動初期，由于污泥濃度和活性較低，污染物去除效果較差。隨著系統運行到第10天，出水COD、NH4+-N和TN分別降低至44.0、1.4和8.4 mg/L，達到一級A標準；第33天，出水COD、NH4+-N和TN分別為25.6、1.1和9.8 mg/L，達到地方標準，隨后進入穩定運行階段I。在穩定運行階段I（雨季），出水COD、NH4+-N和TN為26.0、0.6和11.1 mg/L，達標率分別為95.9%、99.2%和100%。進入穩定運行階段II后，出水COD、NH4+-N和TN分別降低至25.5、0.5和10.1 mg/L。在這一階段長達268天的監測中，各污染物出水達標率均達100%。
技術經濟效益分析
將提出的微氧-好氧耦合沉淀一體式連續流好氧顆粒污泥系統與現有好氧顆粒污泥技術Nereda®和S::Select®（又名為Densified Activated Sludge）基于具體的工程案例進行比較，各工藝流程如圖4所示，對比結果詳見表1。
與Nereda®技術相比，啟動時間更短，無需進水和污泥緩沖池，且現有連續流活性污泥工藝適當改造即可實施，適用場景更廣。與S::Select®技術相比，污泥沉降性能不受冬季低溫影響，且無需二沉池，在節地節能方面具有顯著優勢。但本系統顆粒污泥占比較低。這主要有兩方面的原因，一是Nereda®采用序批處理模式，設置短的沉淀時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，但本系統目前缺乏污泥選擇壓。另一方面，Nereda®和S::Select®工業化已有十余年，應用比較成熟，而本系統是首個應用案例，運行時間尚短，運行條件和培養模式等還未優化。
5 第一作者介紹
余誠：清華大學環境學院博士研究生。主要從事合流制溢流控制、連續流好氧顆粒污泥和厭氧氨氧化等污水處理方向的研究。以第一作者發表中英文論文7篇，作為技術骨干參與2項“十三五”水體污染控制與治理科技重大專項課題，主持1項校級研究中心下設課題。
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