侧流生物技术在污水厂提标改造中的实践

侧流生物技术在污水厂提标改造中的实践Increasingefficiency,savingmoney,reducingtheenvironmentalfootprint北京首创股份有限公司首创爱华（天津）市政环境工程有限公司刘智晓提要•1.主流生物处理工艺的不足；•2.侧流生物强化&硝化菌富集技术的原理及技术优势；•3.侧流EBPR进展、侧流污泥水解技术原理及应用；•4.欧美侧流生物强化技术的工程案例；•5.侧流生物技术在中国污水厂中的探索与实践。•6.侧流技术的未来发展趋势传统主流工艺（以推流式A2O为例）的不足：•出水N/P指标不稳定性，面对日益严格的水质排放标准，我们的处理工艺日益冗长！•AAO反应器固定池容与水力负荷、污染物负荷适时变化的矛盾；•受限于二沉池固体负荷，MLSS难于进一步提高，限制了生化系统对污染物处理量的进一步提升（水力负荷和污染负荷难于进一步提高）；•暴雨峰值流量下易导致二沉池活性污泥的流失；•微生物尤其是硝化菌在间断性的“A/A/O-二沉池”交替性环境下的硝化活性抑制；•COD在生化系统内的降解过程，效率低；最理想的是实现“Feast/famine”的生境创造！有机物可在20~40d（取决于污泥龄）排放标准的提高&处理工艺的延长对投资及运维费用的影响10MGD处理能力不同处理工艺投资估算(Million$)10MGD处理能力不同处理工艺运维费用估算($1,000/yr/10MGTreated)资料来源：WaterEnvironmentResearchFoundation(WERF)“StrikingtheBalanceBetweenWastewaterTreatmentNutrientRemovalandSustainability”November20101.SecondaryTreatment(Nonutrientremoval)传统普曝工艺2.BiologicalNutrientRemoval(BNR)TP1mg/LTN8mg/L；脱氮除磷BNR，TP1mg/LTN8mg/L3.EnhancedNutrientRemoval(ENR)TP0.1-0.3mg/LTN4-8mg/L；强化脱氮除磷，TP0.1-0.3mg/L；TN4-8mg/L4.LimitofTreatmentTechnology(LOT)TP0.1mg/LTN3mg/L；技术极限型LOT工艺，TP0.1-0.3mg/L，TN3mg/L5.ReverseOsmosis(RO)TP0.01mg/LTN1mg/L；RO工艺；TP0.01mg/L，TN1mg/LN/DN...................................生物除磷、硝化/反硝化二沉池进水出水面对日益严格的水质排放标准，处理工艺日益冗长！与其将工艺做长，不如将工艺做“主-辅”工艺！侧流生物强化凸显技术优势！污泥转移二沉池回流污泥深床DNWAS过滤20-40%ofInfluentNLoadTKN=600–1200mg/LAlkalinity~50%neededforfullnitrificationRelativelylowcarbonrbCOD/TKN~0.40Centrate/Filtrate高效沉淀池TN=6-8mg/L侧流生物强化工艺（Bio-Augmentation）（侧流富集、补充主流）BAR•AT#3–withRAS•BABE–BioAugmentationBatchEnhancedProcess•In-Nitri®–withoutRAS•BAR–BioAugmentationReaeration/Regeneration•RDN–ReaerationNitrificationDenitrification•CaRRB–CentrateandRASReaerationBasin•ARP/SSH-ActivatedReturnsludgeProcess;side-streamSludgeHydrolysis硝化/反硝化/生物强化工艺及工业化/商业化技术路线AnaerobicDewateringAerationAlkalinityFinalClarifiersPrimaryEffluentCentrateBABESBRCentrateClarifiedEffluentorNitrifierRichMLSSNitrifierRichWASSludgeActivatedSludgeAnaerobicDigestionDewateringNitrifier&denitrifierRichMLSSMethanolBABESBRAT#3ChemostatPrimarySludgeThickeningPrimarySedimentationTankRawWastewaterAerationTankSecondarySedimentationTankTreatedEffluentWASThickeningDigesterSludgeSludgeforDisposalDewateringReturnStreamThickenedPrimarySludgeExcessNitrificationSludgeSupernatantNitrifiedDewateringLiquidDewateringSide-streamNitrificationAlkalinity•BioAugmentationReaeration/Regeneration(BAR)•ReaerationNitrificationDenitrification(RDN)•CentrateandRASReaerationBasin(CaRRB)DewateringFinalClarifiersPrimaryInfluentEffluentRASCentrateAnaerobicDigestionActivatedSludgeIn-Nitri®工艺BAR/RDN/CaRRB等工艺•CentrateaeratedinfirstzoneofAStanks•AllmainstreamRASaddedtocentrate，reducingtemperature&addingalkalinity•PEdirectedtoadownstreamzone初沉出水直接进入后续生物池•Manyfullscaleinstallations几十座实际案例–Appleton,CzechRepublic(20),InlandEmpire,BlueLake,Denver•Bioaugmentationpotentialobserved侧流生物（N/DN）强化的工艺原理•现代分子生物技术分析表明，活性污泥中自养菌数量仅占总生物量的１％～３％，只要自养菌数量有少许增加，系统的硝化性能就会有显著改善；•根据“增殖速率=生长速率+补充速率-衰减速率-洗出速率”物料平衡原理，分别建立适用于常规处理工艺与侧流污泥原位生物扩增工艺的硝化菌增殖速率数学模型如下：•对于常规处理工艺，无“补充速率”项，“洗出速率=CA/SRT”［13］，建立物料平衡如下稳态条件下，可以得出常规工艺满足硝化要求的最小泥龄（推导过程略）对于SSIBA工艺，由于在系统流程上添加了一个独立的硝化菌原位富集培养器，并引入硝化菌比补充速率kadd，可以得出稳态状况下侧流生物扩增工艺所需的满足硝化要求的最小泥龄为（推导过程略）：SRTCCCKCCdtdCAAdANNNAmax)(maxminNNdNNNKCCKCSRT))(maxBminNNadddNNNKCCKCSRT（minmaxminmin11)()(11SRTKCCKCSRTSRTaddNNdNNNaddB012345678900.020.040.060.080.10.12硝化菌的比补充速率/(g·g-1d-1)硝化要求的好氧SRTmin/dT=8℃T=12℃T=20℃不同温度下SSIBA工艺对处理系统最低好氧泥龄的影响文献：刘智晓,等.侧流污泥生物强化技术及其在污水厂升级改造中的适用性[J].中国给水排水,2010,26(16):1-6.N/DN...................................硝化/反硝化二沉池进水出水回流污泥主流→主流+侧流的工艺构型的调整：•在生化系统内MLSS保有总量提高或者不变的情况下，可使主生物池中的降低污泥浓度运行；•因此，可以不对原生物池及二沉池土建进行大的调整，利用现有二沉池就可以提高水力负荷；•或者：进水负荷不变的情况下，可以承受更高的污染负荷（如COD,BOD5，TN等污染物浓度的提高），而无需新增土建投资。N/DN...................................ARP硝化/反硝化/生物除磷二沉池进水出水回流污泥.........污泥转移固体负荷降低侧流生物强化的工艺原理侧流生物强化对主流的接种-大幅降低SRT!文献：Advantagesofbio-augmentationofnitrifiers(Daigger&Parker2000)通过生物强化技术改善硝化过程-捷克案例文献来源：ImprovingNitrificationthroughBioaugmentation,WEF,NutrientRemoval2007BioaugmentationR(BAR)process侧流污泥水解工艺技术（侧流EBPR,S2EBPR）However…EBPRobservedinfull-scalefacilitieswithoutmainstreamanaerobiczone.事实上，在一些没有设置厌氧区的主流工艺，EBPR过程及现象，实际已经发生！常规EBPR-工艺构型JamesL.Barnard：RethinkingtheMechanismsofBiologicalPhosphorusRemoval•Mainstreamanaerobiczone主流厌氧区•AccumulibacterneedsVFAtotriggerluxuryuptakeofphosphorusinoxiczone.•Side-streamanaerobicfermenter侧流厌氧发酵•TetrasphaeraproducesVFAanduptakesPinanoxic/oxicanddenitrifiesinanoxiczone.•WorkstogetherwithAccumulibacter•DeepanaerobicconditionsfatalforGAOsGoodnewsforweakinfluentsandwetweather!更适合于低碳氮比污水、及更有效应对雨季峰值流量的处理•MoreefficientuseofinfluentcarbonforTPandTNremoval•Lessneedforchemicals(ferric,alum,methanol,etc.)•Side-streamislessimpactedbywetweatherflowsNewrealityforEBPR！TetrasphaeraneedORP-250mV;mostanaerobiczonesstruggletoget-150mVWestBankWWTP文献：NickTooker,etal.AnAttempttoSustainablyStabilizeEBPRPerformanceatMeriden,CTwithSide-StreamEBPR.NEWEA,January25,2016.侧流EBPR现状及发展：•RAS和混合液发酵；•全球超过100座WWTP采用并稳定实现了侧流EBPR;•侧流EBPR模型及机理建立，B&V与美国东北大学团队合作开发侧流EBPR模型并对ASM进行升级；资料来源：JimFitzpatrick.MoreAffordable,ReliableandRecoverableNu