未來(lái)污水處理工藝發(fā)展的特征與方向

來(lái)源:建樹(shù)環(huán)保 2019-01-25 17:10:34 10905

  在展望未來(lái)之前妥姚,首先讓我們回顧一下污水處理技術(shù)的發(fā)展歷史。19世紀末期對污水的曝氣促使了活性污泥法在1914年出現,這一事件事實(shí)上成為現代污水發(fā)展的起點(diǎn);進(jìn)入20世紀中后期后缤削,污水處理的基本理論體系逐漸建立凄系,同時(shí)出現了活性污泥法的各種變形工藝,尤其是上世紀70年代出現的生物脫氮除磷技術(shù)(BNR)成為活性污泥工藝發(fā)展的一個(gè)重要里程碑,并在某種程度上奠定了當今污水處理技術(shù)的主要局面;同時(shí)生物膜工藝獲得再次發(fā)展機會(huì ),IFAS、MBBR及BAF等工藝由于其在緊湊性方面的優(yōu)勢在升級改造方面獲得了一定的優(yōu)勢。另外在20世紀末,一些創(chuàng )新性的工藝如厭氧氨氧化、好氧顆粒污泥技術(shù)逐漸登上了歷史舞臺捕砖。

  從過(guò)去這100年的污水處理技術(shù)發(fā)展歷程來(lái)看,污水處理技術(shù)正朝著(zhù)越來(lái)越“密集化(Intensification)”的方向發(fā)展东亦。密集化這個(gè)概念實(shí)際上是一個(gè)化工行業(yè)的術(shù)語(yǔ)当厨,它是強調以化工原理和反應工程以及相關(guān)平衡特性為基礎儒喊,通過(guò)采用新設備、新工藝,顯著(zhù)提升反應的過(guò)程速率,使工廠(chǎng)布局更加緊湊,提升能量效率,減少廢物排放掖刻。Intensification這個(gè)詞的中文翻譯有強化的意思忌怎,但我覺(jué)得這個(gè)強化和污水處理技術(shù)領(lǐng)域經(jīng)常提到的一級強化處理(CEPT)佩磺、強化生物除磷(EBPR)還不是完全一樣。Intensifcation稱(chēng)之為密集化可能更合適一些,它的意思是工藝的發(fā)展將會(huì )使占地面積更小塔端、能耗更低、處理能力更強、功能更多盖陷,下面通過(guò)幾個(gè)具體的技術(shù)來(lái)闡述密集化的概念串绩。

  未來(lái)的發(fā)展是建立在現有的基礎上的,那么我們可以看看這個(gè)傳統污水處理工藝如何走向未來(lái)。

  在污水處理領(lǐng)域近些年一個(gè)重要的動(dòng)向是一級處理技術(shù)的發(fā)展闺酬,出現了幾個(gè)新的工藝。第一個(gè)是旋轉帶式過(guò)濾機(RBF),占地面積非常小,只占初沉池面積的10%左右笤违,效率和初沉池的效率差不多,BOD去除率約20~30%、SS去除率約50~60%。

  另外一個(gè)技術(shù)是濾布一級過(guò)濾(CMPF)记劈,濾布濾池在三級處理中已經(jīng)應用了很多年了,但是應用于一級處理還是最近一兩年的事情,濾布一級過(guò)濾可以實(shí)現75-85%的SS去除率、45-60%的BOD去除率,一級處理的占地面積減少75%康易,同時(shí)下游的生物處理能耗也得到了降低。

  這是加州的一個(gè)污水廠(chǎng),用的是濾布一級過(guò)濾,SS去除率在80%左右锯厢。從一級處理技術(shù)發(fā)展的動(dòng)向來(lái)看,密集化是一個(gè)明顯的特征。

  我們再看看二級處理贷禀,下面這個(gè)圖反映的是IFAS工藝促使硝化工藝更加密集化的發(fā)展,上面的曲線(xiàn)是考慮安全因子為2.3時(shí)的傳統硝化最低泥齡曲線(xiàn),下面的曲線(xiàn)是應用IFAS工藝之后的最低泥齡,可以看出IFAS工藝中的泥齡已經(jīng)遠遠低于硝化的最低泥齡,這實(shí)際上是一種密集化的表現。

  這些年發(fā)展勢頭良好的另外一種生物膜工藝是MABR。MABR是在膜絲中打入空氣棉钧,生物膜附著(zhù)于膜材料的表面上。DO和COD在傳統生物膜工藝上是同方向的擴散,由于傳質(zhì)的要求鞋屈,所需的DO很高,這樣不僅能耗較高同時(shí)也不利于反硝化度犀。MABR上的生物膜與此不同,內層的硝化菌最先接觸到DO仲素,也沒(méi)有COD對DO競爭,非常有利于硝化暗装。同時(shí)外層異養菌可以首先利用低DO環(huán)境下液相中的COD進(jìn)行反硝化,對反硝化也很有利。

  實(shí)際上汗唱,MABR的概念早在70年代就有人提出了,經(jīng)過(guò)了30-40年的發(fā)展才出現了一些商業(yè)化的技術(shù)。MABR在應用時(shí)可以置于缺氧池內教拆,膜絲在傳氧的同時(shí)附著(zhù)大量硝化菌,顯著(zhù)減少占地面積独橙。

  傳統微孔曝氣的氧轉移率約3.6-4.8kgO2/h,而MABR的氧轉移率大概是6~8 kgO2/h 食因,節能40%左右。因此祠裸,MABR工藝較傳統IFAS工藝更加密集化抵妹。

  MABR現在還處于快速發(fā)展階段,不斷從示范性項目轉向工程化規模素勾,美國第一座MABR項目規模只有1.4萬(wàn)噸,OTE可以達到33%姓建,生物膜上的硝化菌達到40%苏为。

  現在談?wù)劥蠹冶容^關(guān)注多的好氧顆粒污泥技術(shù),實(shí)際上在活性污泥工藝發(fā)展的歷史中有人就觀(guān)察到了顆粒污泥的現象。比如70年代的時(shí)候James Barnard在接觸穩定的試驗中注意到,接觸區的污泥濃度只有22000mg/L稽坤,接觸時(shí)間15分鐘缘挑,沒(méi)有底流排泥罐吁,Barnard觀(guān)察到了明顯的顆粒污泥現象,像“粗砂”一樣涵卵。

  在現實(shí)中有時(shí)候也可以看到這種現象辱士,美國田納西州一個(gè)處理廠(chǎng),處理規模是54萬(wàn)噸/日够吩,其絮體粒徑約200~500um殖告,顆粒污泥的現象很明顯幻指。中國海寧的污水廠(chǎng)在2010年也有報道其污泥粒徑約0.5mm,SVI約48,污泥沉降性能非常好。

  現在對顆粒污泥形成的機理有非常多的研究湿右,包括飽食-饑餓選擇鹰晨、有機負荷及基質(zhì)的組成捷庞、剪切力伞剑、選擇性排泥等等……

  那么好氧顆粒污泥的技術(shù)密集化體現在以下幾個(gè)方面,首先是占地面積比較小,可以節省占地面積75%,另外能耗可以節約25~35%疾练。

  這是荷蘭北部的一座污水處理廠(chǎng)康逝,經(jīng)過(guò)擴建之后原有的工藝不僅占地面積大一汽,而且只能處理45%的水量雇逞,而擴建選用的好氧顆粒污泥技術(shù)可以處理55%的水量侧甫,其占地面積比原來(lái)的還要小授账,另外好氧顆粒污泥的出水TN可以達到7mg/L枫疆,原有工藝的出水TN只能達到12mg/L羡洛。

  這些年發(fā)展的另外一個(gè)熱點(diǎn)技術(shù)是主流短程脫氮镰蜂,傳統硝化反硝化是一個(gè)比較長(cháng)的過(guò)程指特,需要消耗4.57g氧晾剖、4.77gCOD碳源,短程硝化反硝化相對密集化一些,消耗3.42g氧、2.86gCOD碳源。到了厭氧氨氧化,能耗更低,消耗1.9g氧,不消耗COD崭闲,密集化的程度更高松招。

  現在很多大學(xué)、公司都在攻克這項技術(shù)嗜傅,也出現了多種技術(shù)流派硫红,但目前還沒(méi)有出現公認的重大突破或者工程性應用截纹。但一些特殊地區的現象值得深入研究,比如新加坡樟宜再生水水廠(chǎng),水溫達到了將近30℃左右,總泥齡5天洋印,好氧泥齡2.5天晃酒,在好氧區出現了明顯的亞硝鹽氮累積的現象豫阻,NOB得到明顯抑制,而缺氧區的進(jìn)出水的氨氮刽攀、亞硝酸氮同時(shí)明顯降低名段,預示厭氧氨氧化現象的存在。但這個(gè)現象的進(jìn)一步驗證以及更大范圍的推廣還需要做很多深入工作。

  主流工藝的密集化還體現在儀表與控制方面捣郊,比如有的處理廠(chǎng)用的是DO的控制,DO控制很穩定不一定意味著(zhù)出水氨氮很穩定,所以很多處理廠(chǎng)又加入了氨氮的儀表厕诡,把氨氮作為一個(gè)信號。而有的處理廠(chǎng)為了把總氮控制在穩定的水平,又加了硝酸鹽氮儀表,儀表更多陶贼,控制系統也更加復雜。

  上面講的是主流工藝的密集化选棠,下面談一談側流工藝的密集化,磷回收是常見(jiàn)的一種側流技術(shù)。

  磷回收有多種技術(shù),可以從消化污泥中回收磷宦搬,也可以從消化液中回收磷,還可以從焚燒的灰分中回收磷感非。比如常見(jiàn)的Airprex磷回收技術(shù)厦冤,它不僅只是為了回收磷,還可以緩解管道堵塞胃争,提高污泥脫水效果。像我們在日常生活中吃的魚(yú)罐頭里面會(huì )有意加入磷酸鹽挤观,是為了保持水分,所以把磷拿出來(lái)也會(huì )提高污泥脫水的效果。此外還減少廠(chǎng)內回流液的磷負荷影響。所以鸣奔,磷回收這個(gè)單元技術(shù)將很多功能集中在一個(gè)單元,這個(gè)單元技術(shù)更加功能密集化。

  這是現在磷回收全球的項目分布,歐洲和美國是絕大部分的亮蛔,亞洲主要集中在日本。

  另外一個(gè)重要的側流技術(shù)就是側流脫氮侮东,側流脫氮的發(fā)展歷程經(jīng)歷了生物強化、短程硝化反硝化蹬竖、厭氧氨氧化幾個(gè)階段。生物強化是利用污泥消化液中氨氮濃度較高的特點(diǎn)艰稀,通過(guò)生物強化,提高主流工藝的硝化性能想鹰,節約主流工藝30%池容,但是依然需要足夠的供氧與投加化學(xué)藥劑;短程硝化施符、反硝化可以進(jìn)一步減少供氧的需求(減少25%),另外也會(huì )減少40%左右的碳源需求好唯。更進(jìn)一步的密集化厭氧氨氧化則會(huì )減少60%的供氧需求、無(wú)需碳源挑胸。

  現在污泥處理工藝上討論比較多的是熱水解技術(shù),熱水解是污泥在高溫高壓條件下(150~170℃设联、6-9bar),經(jīng)歷20~30min,使污泥的性質(zhì)完全改變仰税,細胞壁破碎、EPS溶解。

  通過(guò)熱水解之后污泥消化的效能得到顯著(zhù)提高罩锐,厭氧消化的時(shí)間大為縮短,進(jìn)入消化池的污泥濃度大幅度提高,消化池的池容可以減半乓虏,同時(shí)提高脫水污泥含固率,增加一定比例的沼氣產(chǎn)量,減少污泥臭味馍勘,這項技術(shù)將多項功能密集化集中在一個(gè)單元上。

  從上面的一級處理、主流生物處理屿钥、側流工藝以及污泥處理工藝的發(fā)展來(lái)看,密集化的發(fā)展趨勢正由過(guò)去反應器減少帶來(lái)能量上升级嘀,轉變?yōu)榉磻鳒p小的同時(shí)能耗降低、功能增強、全壽命周期成本更低。另外,技術(shù)的密集化發(fā)展總是有一定的周期壤吝,各種技術(shù)呈現在不同的波峰波谷之中,MABR、主流短程脫氮還停留在示范項目的階段夺欲,好氧顆粒污泥現在基本處于第一代,像IFAS工藝已經(jīng)非常成熟了。

  簡(jiǎn)單總結一下,未來(lái)的污水處理技術(shù)將朝著(zhù)越來(lái)越密集化的方向發(fā)展,單個(gè)反應器的空間將越來(lái)越小、處理效率更高、能耗更低唱枝、實(shí)現的功能更加多樣化挑儒、工藝控制更加精準,就像以前電話(huà)功能非常單一,現在手機的發(fā)展,體積越小粱檀,功能越多歧莽。

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