追踪AGS连续流好氧颗粒污泥实现污水厂原位扩能改造

1 成果简介

近日,清华大学环境学院王凯军教授团队和北京华益德环境科技有限责任公司张凯渊团队联合在环境领域期刊中国给水排水上发表了题为“连续流好氧颗粒污泥技术升级现有污水处理工程”的论文。该团队在继3 000 m3/d的中试后,在河北省某市政污水处理厂的现有构筑物中实施了设计规模为2.5×104m3/d的微氧-好氧耦合沉淀一体式反应器,试图将原AAO工艺升级为连续流好氧颗粒污泥工艺。启动1个月后,系统形成了表面光滑、轮廓清晰的好氧颗粒污泥。污泥平均粒径为138.5 μm,粒径>200 μm的污泥占比达28.9%。平均出水COD、NH4+-N和TN分别为25.5、0.5和10.1 mg/L。此研究突破了连续流好氧颗粒污泥工艺的技术瓶颈,为现有污水处理厂升级为好氧颗粒污泥工艺提供了一种新的解决方案。

2 引言

相比于传统活性污泥工艺,好氧颗粒污泥工艺能节省50%~75%的占地面积和20%~50%的能耗,被认为是主导下一个世纪的环境友好的污水处理生物技术之一。世界范围内已有百余座污水处理厂在序批式反应器中成功应用了好氧颗粒污泥技术,但连续流模式下的好氧颗粒污泥技术还未取得突破性的进展。基于此,该论文在某市政污水处理厂的现有构筑物中实施了设计规模为2.5×104m3/d的微氧-好氧耦合沉淀一体式反应器,开展了连续流好氧颗粒污泥的研究。

3 图文导读

微氧-好氧耦合沉淀一体式连续流好氧颗粒污泥系统

连续流好氧颗粒污泥系统由原缺氧池和好氧池改造而来,改造后由微氧池、好氧池及置于好氧池内部的沉淀分离装置组成(图1)。各单元的水力停留时间分别为7.9 h、5.8 h和2.9 h。采用气提回流控制污泥回流比约为200%,污泥浓度保持在4~7 g/L,每日排泥控制污泥龄为26~30天。调整曝气量使得微氧池内溶解氧为0.2~0.5 mg/L,好氧池内溶解氧为1.0~3.0 mg/L。为了强化生物脱氮,按需定量投加乙酸钠以补充碳源。与原AAO工艺相比,系统:1)省去厌氧池, 2)微氧池代替缺氧池,3)内置的沉淀装置省去二沉池,可节省36.8%的占地面积和近1/3的回流能耗。

以系统出水连续10天稳定达到地方标准为依据将试验分为启动阶段(2021年4月21日-5月31日)和稳定运行阶段;根据旱雨季进水水质差异,将稳定运行阶段又分为稳定运行阶段I(雨季)和II(旱季为主),时间分别为2021年6月1日-9月30日和2021年10月1日-2022年6月25日。

好氧颗粒污泥理化性质

系统接种平均粒径31.9 μm、且不含有粒径>200 μm颗粒的剩余污泥。启动1个月后观察到了表面光滑、轮廓清晰的颗粒污泥(图2)。在微观下颗粒污泥结构致密,主要由球状菌、杆状菌、以及少量的丝状菌组成。在稳定运行阶段,污泥平均粒径增大到138.5 μm,粒径>200 μm的颗粒污泥占比达28.9%。SVI5和SVI30最终分别稳定在68.2和56.8 mL/g,SVI5/SVI30为1.2。在长达14个多月的监测中,系统稳定性高,没有出现污泥沉降性能变差或颗粒污泥占比降低的情况。

污染物去除效果

如图3a所示,系统采取逐渐提高进水量的启动策略,由初始的9307 m3/d提高至1.5×104m3/d。但受限于旱季污水量小,启动阶段结束时,实际处理量为2.0×104m3/d,未能达到设计值。进入稳定运行阶段后,进水量增大,平均处理水量为2.4×104m3/d。最高日处理量达3.5×104m3/d,为设计值的1.4倍,系统具有较强的耐冲击能力。

系统污染物去除效果如图3b-d所示。启动初期,由于污泥浓度和活性较低,污染物去除效果较差。随着系统运行到第10天,出水COD、NH4+-N和TN分别降低至44.0、1.4和8.4 mg/L,达到一级A标准;第33天,出水COD、NH4+-N和TN分别为25.6、1.1和9.8 mg/L,达到地方标准,随后进入稳定运行阶段I。在稳定运行阶段I(雨季),出水COD、NH4+-N和TN为26.0、0.6和11.1 mg/L,达标率分别为95.9%、99.2%和100%。进入稳定运行阶段II后,出水COD、NH4+-N和TN分别降低至25.5、0.5和10.1 mg/L。在这一阶段长达268天的监测中,各污染物出水达标率均达100%。

技术经济效益分析

将提出的微氧-好氧耦合沉淀一体式连续流好氧颗粒污泥系统与现有好氧颗粒污泥技术Nereda®和S::Select®(又名为Densified Activated Sludge)基于具体的工程案例进行比较,各工艺流程如图4所示,对比结果详见表1。

与Nereda®技术相比,启动时间更短,无需进水和污泥缓冲池,且现有连续流活性污泥工艺适当改造即可实施,适用场景更广。与S::Select®技术相比,污泥沉降性能不受冬季低温影响,且无需二沉池,在节地节能方面具有显著优势。但本系统颗粒污泥占比较低。这主要有两方面的原因,一是Nereda®采用序批处理模式,设置短的沉淀时间选择性淘汰沉降速度慢的絮状污泥;S::Select®采用水力旋流器,选择性淘汰密度低的絮状污泥,但本系统目前缺乏污泥选择压。另一方面,Nereda®和S::Select®工业化已有十余年,应用比较成熟,而本系统是首个应用案例,运行时间尚短,运行条件和培养模式等还未优化。

5 第一作者介绍

余诚:清华大学环境学院博士研究生。主要从事合流制溢流控制、连续流好氧颗粒污泥和厌氧氨氧化等污水处理方向的研究。以第一作者发表中英文论文7篇,作为技术骨干参与2项“十三五”水体污染控制与治理科技重大专项课题,主持1项校级研究中心下设课题。