RLHB-AO中山地埋一體化污水處理設(shè)備

RLHB-AO中山地埋一體化污水處理設(shè)備

或許歷史中的某些現(xiàn)象可以給未來(lái)的發(fā)展提供一些啟迪。早在1906年就有污水在過(guò)濾時(shí)出現(xiàn)氮損失的現(xiàn)象，特別是在處理稀釋的尿液時(shí)尤為明顯，濾后出水的氮濃度不到原進(jìn)水的一半，Chick認(rèn)為這是某種微生物起到了作用。其他的研究者在上世紀(jì)30的年代也，當(dāng)亞硝酸鹽與氨氮同時(shí)存在時(shí)會(huì)發(fā)生“自動(dòng)氧化”的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象雖然難以確切地表明一定是Anammox菌在起作用，但至少表明自然界的氮循環(huán)現(xiàn)象比我們想象的要遠(yuǎn)為復(fù)雜。

因此，主流厭氧氨氧化的未知領(lǐng)域探索仍需深入，一方面是NOB的抑制，尤其是間歇曝氣對(duì)NOB的抑制非常關(guān)鍵，這方面的深入研究非常關(guān)鍵；另外一方面是Anammox菌的生長(zhǎng)，雖然側(cè)流向主流的生物強(qiáng)化在多個(gè)污水處理廠進(jìn)行了實(shí)踐，但其確切的機(jī)理及意義還需要進(jìn)一步研究。未來(lái)的突破很可能是來(lái)自微生物學(xué)的研究進(jìn)展，尤其是需要尋找到一種對(duì)亞硝酸鹽氮有較強(qiáng)親和力的Anammox菌，這種Anammox菌的特性也許和側(cè)流工藝中的有很大的不同。

生物膜技術(shù)

無(wú)論從人類的傷口感染、中耳炎，還是食品的變質(zhì)、輸水管道內(nèi)壁的微生物的附著，生物膜存在于人類生活的方方面面，其在污水處理方面的應(yīng)用歷史甚至比活性污泥法還長(zhǎng)，典型的便是早期滴濾池在歐美各地的應(yīng)用。

雖然生物膜工藝在活性污泥法出現(xiàn)之后應(yīng)用數(shù)量有所下降，但從來(lái)沒(méi)有退出歷史的舞臺(tái)。隨著對(duì)生物膜機(jī)理認(rèn)識(shí)的愈加深入，尤其是在生物膜形成機(jī)理及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面的認(rèn)識(shí)促使一些新型生物膜技術(shù)得到了發(fā)展，這一具有悠久歷史的技術(shù)正重新煥發(fā)出新的光芒。

MBBR/IFAS

作為生物膜技術(shù)的典型代表，MBBR/IFAS工藝在有超過(guò)1 200座污水處理廠的應(yīng)用，在未來(lái)這種技術(shù)將得到更為廣泛的應(yīng)用，其應(yīng)用的場(chǎng)合不僅限于有機(jī)物去除及硝化的目的，還可用于反硝化以及厭氧氨氧化。

MBBR/IFAS工藝在未來(lái)的發(fā)展將在理解生物膜機(jī)理方面不斷深入，尤其是在生物膜模型方面，目前廣為接受的模型是一維模型，但實(shí)際上簡(jiǎn)單的一維模型可能很難真實(shí)反映客觀世界，特別是有關(guān)生物膜水動(dòng)力學(xué)方面的特征。生物膜模型的應(yīng)用已經(jīng)成為設(shè)計(jì)人員研究與應(yīng)用的一個(gè)重要工具。

另外，在某種程度上，MBBR工藝與好氧顆粒污泥有著類似之處，EPS對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性方面扮演著重要的角色，這與其對(duì)好氧顆粒污泥的作用相似。實(shí)際上，在微生物研究者的角度來(lái)看，好氧顆粒污泥也是一種生物膜技術(shù)。而在工程應(yīng)用者的角度來(lái)看，兩者是不同的技術(shù)。

MABR

在傳統(tǒng)活性污泥工藝中，40%~60%的能耗用于曝氣，但是鼓風(fēng)曝氣只能將5%~25%的氧轉(zhuǎn)移到水中，剩余的會(huì)以氣泡的形式逸出進(jìn)入大氣。相反，如果能將100%的氧轉(zhuǎn)移到水中，鼓風(fēng)曝氣的能耗將降低75%～95%。因此，圍繞如何有效地利用氧降低能耗始終是污水處理技術(shù)研究的一個(gè)重要內(nèi)容。

近些年來(lái)，在曝氣利用效率方面一項(xiàng)頗具發(fā)展?jié)摿Φ纳锬ぜ夹g(shù)是MABR（Membrane Aerated Biofilm Reactor，即膜曝氣生物膜反應(yīng)器）引起業(yè)內(nèi)的廣為關(guān)注，并被眾多研究者廣為看好。MABR的主要原理是采用空氣在膜絲中進(jìn)入，生物膜附著于膜材料表面上（如圖9所示），曝氣的氧利用效率得到了極大的提高。傳統(tǒng)微孔曝氣技術(shù)的氧轉(zhuǎn)移率通常為1～2 kg O2/k·Wh，而MABR可以達(dá)到6 kg O2/kW·h以上，節(jié)能效果非常顯著。

MABR工藝的另外一個(gè)特點(diǎn)是基質(zhì)擴(kuò)散的相反梯度，如圖10所示。在傳統(tǒng)的生物膜工藝中，BOD、NH3-N、DO的濃度隨著由液相向生物膜的擴(kuò)散過(guò)程中而濃度逐漸降低，這種情對(duì)于硝化是不利的，需要有足夠的DO能夠穿透進(jìn)入生物膜內(nèi)部，而這樣對(duì)生物膜外層的異養(yǎng)菌反硝化又是不利的。

在MABR工藝中，BOD與DO在生物膜內(nèi)的變化情況正好相反，BOD從液相擴(kuò)散進(jìn)入到生物膜后逐漸降低，而DO從靠近膜的方向向著液相的方向逐漸降低，這樣對(duì)于硝化和反硝化都有利，這樣MABR工藝在脫氮方面有著*的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

在具體應(yīng)用上，MABR工藝可以單獨(dú)使用，或是與傳統(tǒng)活性污泥工藝相結(jié)合，在曝氣池的前部設(shè)置厭氧區(qū)用于生物除磷，在中部位置放置MABR單元，其余部分仍然采用微孔曝氣的活性污泥工藝（如圖11所示），這樣懸浮污泥可以利用進(jìn)水中的碳源實(shí)現(xiàn)反硝化，而附著于MABR膜上的生物膜完成硝化過(guò)程，從而有效地避免了有機(jī)物與硝化對(duì)DO的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，這樣的工藝設(shè)置不僅節(jié)能還能大幅度降低池容。

美國(guó)芝加哥的O′Brien再生水廠進(jìn)行了相關(guān)MABR技術(shù)的中試，試驗(yàn)的規(guī)模是1 900 m3/d，節(jié)能效果達(dá)到了30%。MABR工藝在未來(lái)的發(fā)展需要解決生物膜生長(zhǎng)與基質(zhì)及DO擴(kuò)散方面的問(wèn)題，同時(shí)在應(yīng)用規(guī)模上不斷擴(kuò)大。

ICA與模型的應(yīng)用

ICA（儀表、控制與自動(dòng)化）是未來(lái)現(xiàn)代化污水處理廠的重要特征，未來(lái)的污水處理工藝發(fā)展將越來(lái)越重視ICA與工藝的結(jié)合。從70年代DO傳感器在污水處理領(lǐng)域的引入算起已經(jīng)經(jīng)歷了40年多年的發(fā)展，ICA在污水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，基于各種控制原理的應(yīng)用已經(jīng)在世界各地的污水處理廠得到了應(yīng)用。

未來(lái)ICA的發(fā)展將集中在以下幾個(gè)方面，首先仍然是深入理解工藝的動(dòng)態(tài)特性，工藝的干擾因素，如何確定合理的控制變量，這些對(duì)儀表的需求無(wú)疑非常重要；其次是開(kāi)發(fā)滿足工藝監(jiān)測(cè)與控制的合理傳感器、儀表（包括變送器和執(zhí)行器）；在數(shù)據(jù)收集處理方面，需要篩選、過(guò)濾、降噪以獲得充足、并經(jīng)分析過(guò)的數(shù)據(jù)，同時(shí)將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成為有意義的信息。另外一個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題是隨著物聯(lián)網(wǎng)和控制系統(tǒng)的集成，網(wǎng)絡(luò)安全將是一個(gè)重要的關(guān)注內(nèi)容。在PLC技術(shù)和中央控制系統(tǒng)技術(shù)（SCADA）技術(shù)連接到互聯(lián)網(wǎng)實(shí)施遠(yuǎn)程控制的情況下，對(duì)于運(yùn)行的控制安全尤為重要，特別是對(duì)處理廠的設(shè)備設(shè)施的物理?yè)p壞方面更顯得尤為迫切。同時(shí)，一些復(fù)雜性技術(shù)的應(yīng)用需要高度關(guān)注，WiFi、藍(lán)牙、4G/5G的信息傳遞使污水處理工藝的運(yùn)行在安全性方面特別令人關(guān)注。

從1987年水協(xié)推出的ASM模型算起，活性污泥數(shù)學(xué)模型已經(jīng)經(jīng)歷了30年的發(fā)展，基本模型已經(jīng)成熟，模型的開(kāi)發(fā)已經(jīng)接近尾聲，但模型的應(yīng)用依然任重道遠(yuǎn)。生物動(dòng)力學(xué)模型已經(jīng)不再是應(yīng)用的瓶頸，但數(shù)據(jù)的質(zhì)量、數(shù)據(jù)的可獲得性是大的問(wèn)題，將海量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為供模型有價(jià)值的信息將成為實(shí)際模擬工作的一大挑戰(zhàn)。另外一個(gè)問(wèn)題是不同模型之間的整合，例如將污水管道-污水處理廠-河流整合起來(lái)的模型。同時(shí)，動(dòng)態(tài)模型的應(yīng)用與SCADA系統(tǒng)的整合對(duì)于運(yùn)行管理者將會(huì)提供更有價(jià)值的信息。

3

工藝發(fā)展的規(guī)律

創(chuàng)新需要長(zhǎng)時(shí)間的積累

污水處理工藝的創(chuàng)新從來(lái)不是一夜之間的事情，某項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)有著復(fù)雜的歷史背景。以活性污泥工藝為例，雖然這項(xiàng)技術(shù)出現(xiàn)在1914年，但促成這項(xiàng)技術(shù)出現(xiàn)的因素可以追溯至30年前。1882年，史密斯開(kāi)始對(duì)污水曝氣研究，之后又有Dibdin, Kaye-Parry, Drown, Mason等眾多的研究者繼續(xù)沿著這個(gè)方向繼續(xù)研究，對(duì)污水曝氣的研究的直接結(jié)論就是曝氣可以防止污水。在這之后的多年里，污水曝氣的研究并沒(méi)有獲得處理效率的明顯改善，但在1910年的時(shí)候人們逐漸意識(shí)到污水曝氣形成的懸浮物對(duì)于處理效果很重要，所有這些都為1914年的工藝突破奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

同樣，在當(dāng)今被廣為看好的好氧顆粒污泥技術(shù)在也經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的早期發(fā)展，從早期日本學(xué)者1991年初提出的概念到2011年*座基于好氧顆粒污泥設(shè)計(jì)的城市污水處理廠在荷蘭Epe開(kāi)始運(yùn)行經(jīng)歷了20年。

實(shí)際上，甚至一個(gè)概念的形成也需要經(jīng)歷幾十年才被終接受。比如泥齡的概念，Garrett可能是早意識(shí)到微生物的生長(zhǎng)與排泥有密切的關(guān)系，他在1958年的時(shí)候?qū)ο趸F(xiàn)象這樣記錄：“出水的月均亞硝酸鹽氮+硝酸鹽氮只有0.2~0.7 mg/L，顯然氧化的氮很少，這可能是曝氣池里排泥的速度超過(guò)了硝化菌自身大的生長(zhǎng)速度”，之后英國(guó)水污染研究中心的Downing在1964年建立起了基于動(dòng)力學(xué)概念的硝化設(shè)計(jì)理論，到了1970年，基于泥齡的硝化設(shè)計(jì)和模擬理念終被人們所*接受。