陈珺未来污水处理工艺发展的方向与特征北京2018年10月

未来污水处理工艺发展的特征与方向陈珺江苏（宜兴）环保产业技术研究院城市排水大会，北京污水处理技术的发展历史未来污水处理技术发展的特征：密集化（Intensification）过程强化（化工行业）化工过程强化是对化工生产中涉及的化学反应过程和物理加工过程而言的，强调以化工原理和反应工程以及相关平衡特性为基础，采用新设备和新工艺，显著提升传递过程速率或反应过程速率及其调控，达到“在生产能力不变的情况下，减小设备体积，工厂布局更加紧凑，提升能量效率，减少废物排放”的目标。未来污水处理技术发展的特征：密集化（Intensification）•污水处理技术的密集化：能显著减少占地面积、节能降耗、功能更多、处理能力更高，在同样的反应器内达到更高的处理效率。密集化（Intensification）强化（Enhanced）EBPR（EnhancedBiologicalPhosphorusRemoval）CEPT（Chemicallyenhancedprimarytreatment）未来污水处理技术发展的特征：密集化（Intensification）占地更小能耗更低药耗更低处理能力更高功能更多密集化内回流厂内回流液污泥外运消毒进水过滤格栅沉砂池初沉池厌氧缺氧好氧二沉池消化脱水污泥回流出水传统工艺如何走向密集化？一级处理的密集化消化厂内回流液RBForCMPF污泥外运消毒进水过滤格栅沉砂池厌氧缺氧好氧二沉池脱水内回流污泥回流出水一级处理的密集化•旋转带式过滤机（RBF，RotatingBeltFiltration）BOD去除率20-40%SS去除率50-60%减少初沉池80-95%的占地面积降低后续工艺处理消耗提高能源回收效率进水过滤浓缩出水一级处理的密集化•滤布一级过滤（CMPF，ClothMediaPrimaryFiltration）SS去除率75-85%BOD去除率45-60%降低20-30%生物处理能耗一级处理占地减少75%初沉池：2000mRBF:150m2TomasjordWWTP,Norway，4万m3/d加州Linda污水处理厂滤布一级过滤（CMPF）系统一级处理的密集化生物处理主流工艺的密集化RBF污泥外运消毒进水过滤格栅沉砂池厌氧缺氧好氧二沉池厂内回流液消化脱水内回流污泥回流出水•IFAS生物处理主流工艺的密集化•IFAS•悬浮生物•去除BOD、反硝化•MLSS：2000mg/L•SRT：4天•附着生物•填料只在硝化区域•填料填充率最高到65%•填料比表面积：500~1200m2/m3（通常）•显著降低硝化池容，硝化效果更稳定(Ødegaardetal.,2014)（安全因子2.3）密集化生物处理主流工艺的密集化•MABR（MembraneAeratedBiofilmReactor，膜传氧生物膜反应器）MABR是一种传氧系统，膜丝中打入空气，生物膜附着于膜材料的表面上NBHB生物膜生物膜CODCOD传统附着面O2O2HBNB膜材料DODO传统生物膜MABR生物处理主流工艺的密集化2008-至今用膜材料曝气的MABR理念提出1980-20081970s实验室与中试研究，出现了第一个专利EmefcySABRE-2008OXYMEM-2013GEZeelung-2015•MABR生物处理主流工艺的密集化脱水RBF污泥外运消毒进水过滤格栅沉砂池厌氧好氧二沉池厂内回流液消化内回流污泥回流出水缺氧•MABR/AS较IFAS工艺更加密集化生物处理主流工艺的密集化•MABR节能30-40%脱氮优势明显节约占地污泥产量低生物处理主流工艺的密集化•MABR•美国第一座MABR污水处理厂（YorkvilleBristolSanitaryDistrict，1.4万吨/日）•平均OTR=10.8g-O2/d/m2、OTE=33.3%•生物膜上的硝化菌占40%，4倍于悬浮工艺。生物处理主流工艺的密集化•好氧颗粒污泥（AGS）消化RBF污泥外运消毒进水过滤格栅沉砂池好氧颗粒污泥厂内回流液脱水出水生物处理主流工艺的密集化1972年JamesBarnard研究接触稳定的试验装置•好氧颗粒污泥（AGS）：历史中的现象•1972年，JamesBarnard在接触稳定的试验中注意到：•接触时间15分钟•接触区的污泥浓度22000mg/L•没有底流排泥，只有表面溢流•F/M很高•明显的污泥颗粒，“像粗砂一样”Lijun（2014）•好氧颗粒污泥（AGS）：现实中的现象•美国田纳西州TRACRWS污水处理厂（54万m3/d）•絮体的粒径约200~500μm•SVI=50~60mL/g，颗粒污泥的现象非常明显。•浙江海宁污水厂•SBR（5万m3/d，2010年）•SVI约48mL/g•污泥粒径0.5mmDowning(2014)生物处理主流工艺的密集化生物处理主流工艺的密集化•好氧颗粒污泥（AGS）:形成的机理•饱食-饥饿选择•有机负荷（OLR）及基质的组成•剪切力•选择性排泥•……活性污泥与颗粒污泥的差别（代尔夫特理工大学）生物处理主流工艺的密集化•好氧颗粒污泥（AGS）占地面积小（节省占地面积75%，Nereda）能耗低（节能25-35%，Nereda）出水水质好运行简单投资及运行成本更低生物处理主流工艺的密集化•好氧颗粒污泥（AGS）:Garmerwolde污水处理厂•AGS设计规模3万m3/d•AGS设计处理能力为全厂的41%，实际处理能力55%•AGS出水TN7mg/L、TP1mg/L•原AB工艺出水TN12mg/L、TP1mg/L•AGS较原工艺节能50%•2013年启动45%55%生物处理主流工艺的密集化•好氧颗粒污泥（AGS）:未来的发展•连续流•进水特性对颗粒污泥形成的影响•模型的发展连续流中试试验（HarnaschpolderWWTP）生物处理主流工艺的密集化•主流短程脱氮1/2molNitrogengas(N2)60%碳源1molNitrate(NO3-)25%O2NOB1molNitrite(NO2-)1molAmmonia/NH4+)AOB1molNitrite(NO2-)40%碳源传统硝化反硝化氧化1gNH4+耗氧4.57g反硝化1gNO3-N消耗碳源4.77gCOD短程硝化反硝化1/2molNitrogengas(N2)60%碳源1molNitrite(NO2-)1molAmmonia(NH3/NH4+)75%O2AOB1molNitrite(NO2-)氧化1gNH4+耗氧3.42g反硝化1gNO3-N消耗碳源2.86gCOD0.57molNitrite(NO2-)1molNH3/NH4+40%O2AOB0.44molN2+0.11NO氧化1gNH4+耗氧1.9g厌氧氨氧化密集化abcda:颗粒污泥；b:生物膜/IFAS；c:絮体+颗粒污泥；d:悬浮+生物膜）生物处理主流工艺的密集化•主流短程脱氮：厌氧氨氧化•减少60%的供氧需求•几乎无需碳源•污泥产量减少80%生物处理主流工艺的密集化•新加坡樟宜再生水厂•水温28~32℃•总泥龄5天，好氧泥龄2.5天缺氧区进出水氨氮、亚硝酸盐氮同时明显降低预示厌氧氨氧化菌的存在好氧区出现明显亚硝酸盐氮积累表明NOB的抑制Mulder(2014)NOBAOB生物处理主流工艺的密集化•工艺控制DO控制ABAC控制AVN控制……DO控制NH3控制DONH3-NDODO控制NH3/NOx控制DONH3-NNOx侧流工艺的密集化RBF•磷回收磷回收污泥外运消毒进水过滤格栅沉砂池好氧颗粒污泥厂内回流液磷回收脱水出水消化侧流工艺的密集化•磷回收•–MultiformHarvest•–NuReSys•–Ostara(CrystalGreen)•–Paques(Phospaq)•–Procorp(Crystalactor)•–SH+EGroup(Airprex)•……提高污泥脱水效果侧流工艺的密集化减少厂内回流液的磷负荷磷回收（~90%）缓解管道堵塞厌氧消化空气泥饼脱水机脱水滤液MgCl2•磷回收M.Higgins,2016侧流工艺的密集化2018年全球污水处理磷回收项目分布•磷回收侧流工艺的密集化生物强化短程硝化反硝化厌氧氨氧化InNitri®SHARON®ANAMMOX®BABE®AT-3®DEMON®CARRB®PANDA®Anita-Mox®•提高主流硝化性能•节约主流工艺30%池容•需要投加化学药剂•减少25%的供氧需求•减少40%的碳源池容较生物强化要小•减少60%的供氧需求•无需碳源•减少50%的碱度需求生物池进水出水消化液RAS碱度•侧流脱氮有侧流生物强化无侧流生物强化密集化侧流工艺的密集化•侧流脱氮磷回收RBF污泥外运消毒进水过滤格栅沉砂池好氧颗粒污泥厂内回流液脱水出水消化厌氧氨氧化污泥处理工艺的密集化•热水解（THP）•150~170℃•20~30分钟•6~9bar污泥处理工艺的密集化热水解（THP）•破碎细胞壁、EPS溶解•细胞与EPS的COD用于厌氧消化•高温杀灭病原菌•细胞之间的水分释放污泥处理工艺的密集化•热水解（THP）磷回收RBF污泥外运消毒进水过滤格栅沉砂池好氧颗粒污泥厂内回流液脱水出水消化厌氧氨氧化热水解污泥处理工艺的密集化污泥实现完全卫生化（ClassA）增加沼气产量提高消化能力（~200%）减少污泥臭味提高脱水污泥含固率（6-9%）热水解（THP）污泥处理工艺的密集化英国：56%的污泥采用热水解处理•热水解（THP）污水处理工艺密集化的发展趋势MBR传统活性污泥法CEPT一级沉淀氧化塘HRASUASBAGSAnMBR占地TPAD两相厌氧消化中温消化THP+AD占地生命周期成本/去除1ton干泥热解•工艺密集化的发展趋势正由过去反应器减小带来能量上升，转变为反应器减小的同时能耗降低、功能增强，全寿命周期成本更低。MBRBAFIFASASP氧化塘HRASANAMMOXDEMONAnita-Mox(IFAS)占地生命周期成本/去除kgNAGS污水处理工艺密集化技术发展的S曲线成熟第三代第二代第一代侧流厌氧氨氧化示范项目小试中试MABRA2O、SBR、氧化沟MBRIFAS、MBBR好氧颗粒污泥主流厌氧氨氧化应用数量总结：污水处理技术将朝着越来越密集化的方向发展，单个反应器的空间越来越小、处理效率更高、能耗更低、实现的功能更加多样化、工艺控制更加精准。谢谢！Email:[e-mail]