1 成果簡(jiǎn)介

近日，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院王凱軍教授團隊和北京華益德環(huán)境科技有限責任公司張凱淵團隊聯(lián)合在環(huán)境領(lǐng)域期刊中國給水排水上發(fā)表了題為“連續流好氧顆粒污泥技術(shù)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(chǎng)的現有構筑物中實(shí)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(dòng)1個(gè)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(shù)瓶頸，為現有污水處理廠(chǎng)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(gè)世紀的環(huán)境友好的污水處理生物技術(shù)之一。世界范圍內已有百余座污水處理廠(chǎng)在序批式反應器中成功應用了好氧顆粒污泥技術(shù)，但連續流模式下的好氧顆粒污泥技術(shù)還未取得突破性的進(jìn)展?；诖?，該論文在某市政污水處理廠(chǎng)的現有構筑物中實(shí)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(kāi)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(lái)，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(shí)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(dòng)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(jìn)水水質(zhì)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(shí)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(zhì)

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(dòng)1個(gè)月后觀(guān)察到了表面光滑、輪廓清晰的顆粒污泥（圖2）。在微觀(guān)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(cháng)達14個(gè)多月的監測中，系統穩定性高，沒(méi)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(jìn)水量的啟動(dòng)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(dòng)階段結束時(shí)，實(shí)際處理量為2.0×104m³/d，未能達到設計值。進(jìn)入穩定運行階段后，進(jìn)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(dòng)初期，由于污泥濃度和活性較低，污染物去除效果較差。隨著(zhù)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(jìn)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(jìn)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(cháng)達268天的監測中，各污染物出水達標率均達100%。

技術(shù)經(jīng)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(shù)Nereda?和S::Select?（又名為Densified Activated Sludge）基于具體的工程案例進(jìn)行比較，各工藝流程如圖4所示，對比結果詳見(jiàn)表1。

與Nereda?技術(shù)相比，啟動(dòng)時(shí)間更短，無(wú)需進(jìn)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(shí)施，適用場(chǎng)景更廣。與S::Select?技術(shù)相比，污泥沉降性能不受冬季低溫影響，且無(wú)需二沉池，在節地節能方面具有顯著(zhù)優(yōu)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(shí)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(yè)化已有十余年，應用比較成熟，而本系統是首個(gè)應用案例，運行時(shí)間尚短，運行條件和培養模式等還未優(yōu)化。

5 第一作者介紹

余誠：清華大學(xué)環(huán)境學(xué)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(fā)表中英文論文7篇，作為技術(shù)骨干參與2項“十三五”水體污染控制與治理科技重大專(zhuān)項課題，主持1項校級研究中心下設課題。