如何在傳統A2O工藝里種出好氧顆粒污泥？
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有厭氧氨氧化菌(anammox)。它的分層結構使得顆粒污泥通過底物擴散傳質作用形成好氧層、缺氧層以及厭氧層，實現COD以及氮磷的去除。好氧顆粒大大改善了污泥的沉降性能，不需要生物絮凝來進行泥水分離。
雖然優點眾多，但由于RoyalHaskoningDHV公司(RHDHV)為該工藝技術申請了專利并取名Nereda?，因此目前該工藝的工程案例主要還是以RHDHV的工程案例為主。
但你是否知道，除了荷蘭的Nereda?，業內也有其他可以培養好氧顆粒污泥的技術團隊，而且有著和Nereda?不一樣的賣點——他們稱在傳統的活性污泥工藝系統里就種出污泥顆粒。去年9月，來自瑞士的一個工程團隊，在他們國家的著名水業刊物《Aqua & Gas》上，分享了相關案例。在本期微信專欄，小編就做一下搬運工，看看運行數據效果如何。
該項目位于在瑞士首都蘇黎世和列支敦士登國首都Vaduz之間的瑞士小城Bilten，污水廠的名字是Glarnerland。該污水廠建于1970年初，處理能力為70000人口當量(PE),日處理量約23000m3。純水設備
2015年，Glarnerland污水廠面臨提標改造的挑戰，不僅處理能力要從70000 PE提升到105000 PE，而且要滿足更高出水標準(微污染物的去除)。當時的Glarnerland污水廠本身就面臨污泥沉降性能差的問題，如果選擇擴建，費用起碼要1000萬瑞士法郎(約7000萬人民幣)。此時，他們發現可能有一個更便宜的選擇。
項目亮點
早在2006年，DEMON厭氧氨氧化工藝的發明人Bernhard Wett博士就給Glarnerland污水廠搭建了一套側流DEMON系統，處理污泥脫水后的高氨氮廢水。脫氮率超過90%。也許由于這讓人信服的數據，該廠給了Wett博士一條主流處理線(共四條平行線)進行主流厭氧氨氧化的試驗。畢竟如果這能成功，將大大降低運行成本。
可惜的是，當時的側流DEMON富集的anammox菌不足以支撐主流的需求，但數據顯示污泥的沉降性能得到改善。為此，他們“作了點小弊”，使用了一種結構和沉降性能和anammox菌顆粒污泥相同的人工載體材料，以加快顆粒污泥的形成。他們還給這種塑料填料取名Mimics?。可惜的是他們沒有公開這種人造顆粒的照片，只有下邊使用前后的污泥對比圖。
能在16年前就想到用這樣的方法培養顆粒，小編自己是很佩服的。除了Glarnerland污水廠，Wett博士的旋流分離器還在奧地利的Strass污水廠大展身手。他也為這種篩選技術取了個厲害的名字，叫inDENSE?。而實際為Glarnerland污水廠承擔項目的EssDe則給這項技術取名。
雖然眨眼看去，S::Select?和Nereda?工藝的造粒原理不同，前者使用了旋流分離器，后者則利用了SBR反應池的進水/出水-反應-靜置的循環周期特性，但實際都是利用了重力篩選出能夠“留下來”的顆粒污泥。
在可行性得到初步驗證之后，Glarnerland污水廠請來了Eawag對S::Select?進行放大中試，并進一步了解Mimics?的性能。
結果顯示，使用S::Select?的主流處理線的硝化效果更好。他們認為原因是硝化菌生長速率較慢，顆粒污泥有效延長了SRT，從而給與NOB菌更充足的時間完成硝化。
由于項目團隊最初認為載體的使用是關鍵所在，所以Eawag也對Mimics?進行了考察。結果顯示沒有在出水樣品中檢出Mimics?，但會有部分Mimics?通過旋流分離器進入剩余污泥中(約10%，這些污泥會送去焚燒)。但他們也發現，在2015年夏天啟動完成后，即使再沒有添加新的填料，污泥沉降性能依然得以保持。純水設備
工程化
最初使用的間歇曝氣法，通過氨氮傳感器決定曝氣開關。
Glarnerland污水廠為四條平行處理線都分別安裝旋流分離器。
二沉池排出的污泥通過一個泵送進旋流分離器，而且進入旋流分離器前還會先經過一個篩網，作用是防止旋流分離器的堵塞。在旋流分離器中，沉降性能好的污泥顆粒回流到生物反應器，輕質難沉降的污泥會在被甩出，然后收集到地下式的存儲罐中。每兩條平行線共用一個存儲罐，這些污泥會運去進行濃縮。
五年半的運行
這次改造歷時五年半。最初三年，項目團隊僅在其中一條線做中試，然后再加入一條。直到2019年夏天，四條線才全都配上了旋流分離器系統。
如果你有福爾摩斯般的觀察力，可能會看出上圖在2019-2020年間的SVI有點偏高。這是為什么呢？原來，這是因為在2019年秋天，污水廠進行了化學強化預處理的調試，但這個變化卻導致了反硝化率的降低，流經旋流分離器的污泥也減少了。直到10月份該調試結束后，SVI才有所回落。而且3號反應池由于污泥量偏低，旋流分離器甚至停運一段時間。但這也導致絮狀污泥的回升。在即使后來重啟旋流分離器，也花了兩個月才重新恢復穩定。他們認為，這說明旋流分離器不可或缺，一旦停運，馬上會使輕質絮狀污泥增加。
在去除效果方面，出水能滿足當地要求。出水氨氮<1 mg/L，亞硝態氮保持0.3mg/L的水平。但他們表示，由于化學強化預處理和協同消化兩個重大運行變化，在2019年9月-2020年8月期間，污水廠的總脫氮率僅為40-50%。項目團隊認為在取消學強化預處理和厭氧消化進料穩定后，反硝化率會得到改善。但目前沒有實際數據支持這一觀點。
至于能耗方面，已有數據并沒有體現出非常顯著的提升。因為該廠2013和2014年的生物處理能耗為880000kWh/年，而在四條線都裝上旋流分離器系統后，能耗仍有815000kWh/年(盡管進水負荷也有小量增加)。這和Wett博士在其他污水廠進行的結果似乎是吻合，因為在其他案例中，他也沒有將能耗改善作為亮點來提及。
微污染物處理
純水設備除了好氧顆粒污泥的升級改造之外，Glarnerland同期還進行了另一項工作，就是測試微污染物的去除技術。因為這是瑞士對其國內100多座污水廠提出的新要求，Glarnerland污水廠也在此名單中。Eawag在生物反應池中投加了粉末活性炭，以此作為去除微污染物的手段。Eawag的化驗結果顯示，生物反應池出現粉末活性炭的積聚，這意味著旋流分離器截留了部分活性炭。這一方面說明砂濾前的活性炭數量沒有達到預計要求，需要進行適量的額外投加，但有趣的是，在配有粉末活性炭的那條處理線(1號反應池)，在進行化學強化預處理期間的SVI增幅最小，這說明這些粉末可能無意間又充當了污泥顆粒化的載體。
這篇報告有兩位作者，一個來自Hunziker Betatech AG(工程公司)，一位來自Glarnerland水委會。這種身份的中立性應該還是OK的。項目團隊表示，S::Select?工藝的運行難度不高，和傳統活性污泥法差不多。但有一點需要關注的，就是要對旋流分離器進行定期檢查維護，防止堵塞的出現。但在這幾年的運行中，設備供應商也對此進行了改進，開發了自動化的解決方案，不過細節沒有在這份報告中提及。
總的來說，他們認為長期的運行經驗驗證了這種工藝技術“very interesting”。由于它大大降低了池容的要求(甚至可以去掉兩條平行處理線)，而且能夠原位改造，因此特別適合用于現有污水廠的升級改造。他們認為這種工藝有能力在市場上和荷蘭的Nereda競爭了。
這個工藝除了瑞士和奧地利，在瑞典、丹麥和美國都進行過中試了，而且在美國，也有另外的公司在推廣類似的工藝技術。除了培養出好氧顆粒污泥，還能實現生物除磷，這對于需要升級改造而投資成本預算較低的污水廠，確實是一個值得考慮的選擇。
話說Glarnerland是一個風景優美的地方，所以污水廠除了提升技術含量之外，也在努力改善顏值，例如新建的厭氧消化池就使用了非常藝術的外觀造型，反應池頂部也裝上光伏板。希望疫情過去之后，小編能前往實地給大家一睹其風采。純水設備，實驗室純水設備，蘭州去離子水設備，蘭州水處理設備，超純水設備，醫用GMP純化水設備。銀川純水設備。
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