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让污水厂实现100%能量自给?AB法工艺亦存在挑战

  日期:2022-11-02 14:44:29  浏览量:165   移动端
导读:AB法是吸附生物降解法(Adsorption Bio-degradation)的简称,是德国亚琛大学BBohnke教授于70 年代中期开发的一种工艺。虽然属于

AB法是吸附生物降解法(Adsorption Bio-degradation)的简称,是德国亚琛大学BBohnke教授于70 年代中期开发的一种工艺。




虽然属于超高负荷,但其本质上还是活性污泥法,只不过是变成了两段:A段是吸附段,B段是生物氧化段。








这是AB工艺的流程图,可以看到A段是曝气池、中沉池,B段是曝气池和二沉池。




A段负荷高,而B段负荷就比A段小很多了。它们的活性污泥都是单独回流,互不影响,




因此,微生物在这种适宜的环境下可以很好地增殖,从而充分发挥其特性,提高污水处理效果,提升出水水质,保证各段生物的稳定性。




在实际的工程中,AB工艺一般当做是一种处理系统,由城市排水管网和污水厂构成,因此AB工艺前不设置初沉池,有利于提高A池处理功能。




01




AB工艺原理及特点




既然是两段活性污泥法,那我们也分两段来解释。




首先是A段。A段主要利用絮凝及吸附功能去除污染物,其中曝气池的负荷很高而且兼氧,高负荷的运行条件促使A段细菌快速繁殖并具有很高的活性。




A段的水力停留时间(HRT)和污泥龄均很短,不足以发生微生物对有机成分的氧化作用,所以A段的产泥量大约为整个工艺污泥总量的80%。




刚刚也说了,A段前未设初沉池,原污水可以直接进入,然后污水中的微生物就与A段原有的菌胶团絮凝在一起,因此A段中的污泥吸附能力极强并且有良好的沉降性能。




在实际工程中,A段能够缓冲水量的冲击负荷。




其次就是B段。我们都知道,联系是普遍存在的,何况是存在于同一个工艺里。B段良好的水利条件就是得益于A段对有机物的大量去除。




B段好氧并且其污泥负荷比常规活性污泥法要低,污泥龄一般为15~20d,HRT为2~4h,因此B段的产泥量比A段少很多,大约为整个工艺的20%。




去除有机污染物是B段的主要功能,B段曝气池的运行方式与活性污泥法相似,只有A段正常运行,B段才能正常发挥各项功能。




同样,提到AB工艺的特点,也需要分开说。




A段的特点




1)污泥负荷高,为增殖速度快的微生物种群提供了良好的环境条件。在A段能够成活的微生物种群,只能是抗冲击负荷能力强的原核细菌,原生动物和后生动物难于存活。




2)污泥产率高,并有一定的吸附能力,A段对污染物的去除,主要依靠生物污泥的吸附作用。这样,某些重金属和微生物降解有机物质以及氢、磷等物质,都能够通过A段而得到一定的去除,因而大大地减轻了B段的负荷。A段对BOD去除率大致介于40%~70%,但经A段处理后的污水,其可生化性将有所改善,有利于后续B段的生物降解。




3)对原污水中的一些指标如负荷、温度、pH以及毒性等作用具有一定的适应能力。




B段的特点




1)去除有机污染物是B段的主要净化功能。




2)B段的污泥龄较长,氮在A段也得到了部分的去除,BOD/N的比值有所降低,因此,B段具有产生硝化反应的条件。




3)B段承受的负荷为总负荷的30%~60%,与普通活性污泥处理系统比,曝气生物反应池的容积可减少40%左右。




02




AB工艺的优缺点




优点:




具有优良的污染物去除效果,较强的抗冲击负荷能力,良好的脱氮除磷效果和投资及运转费用较低等。




1:对有机底物去除效率高。




2:系统运行稳定。主要表现在:出水水质波动小,有极强的耐冲击负荷能力,有良好的污泥沉降性能。




3:有较好的脱氮除磷效果。




4:节能。运行费用低,耗电量低,可回收沼气能源。经试验证明,AB法工艺较传统的一段法工艺节省运行费用20%~25%。




缺点:




1:A段在运行中如果控制不好,很容易产生臭气,影响附近的环境卫生,这主要是由于A段在超高有机负荷下工作,使A段曝气池运行于厌氧工况下,导致产生硫化氢、大粪素等恶臭气体。




2:当对除磷脱氮要求很高时,A段不宜按AB法的原来去除有机物的分配比去除BOD55%~60%,因为这样B段曝气池的进水含碳有机物含量的碳/氮比偏低,不能有效的脱氮。




3:污泥产率高,A段产生的污泥量较大,约占整个处理系统污泥产量的80%左右,且剩余污泥中的有机物含量高,这给污泥的最终稳定化处置带来了较大压力。




03




奥地利AB法工艺污水厂




目前绝大多数采用传统活性污泥法工艺的污水处理厂均是以“达标排放”为主,以“能源和资源回收”为辅,因此能源效率比并不高。




这里插句,能源效率比是指污水产生的电能/污水处理厂运行所需的总电能。




美国国家环保局曾做过统计,污水处理规模小于5万m3/d的污水厂,处理污水消耗的电能为0.33(kW·h)/m3;规模大于50万m3/d的污水厂,处理污水消耗的电能为0.13(kW·h)/m3。平均电耗约0.25(kW·h)/m3,仅为污水所含潜能的1/9。




而污水中COD对应有机物含有大量化学能,COD为1mg/L时每m3污水含化学能约16.2kJ,是污水能源利用的主要途径。




如果以进水COD为500mg/L进行理论计算,基于AB工艺+厌氧消化+热电联产(CHP)工艺路线,可计算出每立方米污水发电潜能约0.340kW·h,可实现污水处理厂运行的能量自持。




因此,污水厂采用AB工艺,不但有可能实现能源的自给自足,甚至还可转变为能源工厂。




以奥地利Strass污水处理厂为例。




奥地利Strass污水厂位于奥地利西部,处理附近31个社区的污水,人口当量为60000,日处理规模3.8万t。它是全球首座采用AB工艺并在主流工艺上实践厌氧氨氧化,从而实现能量100%自给的污水厂,是欧洲效能最佳的污水处理厂之一。




Strass 污水厂的进水水质年均值为COD约700mg/L、BOD约340mg/L、TN约45mg/L、TP约9mg/L。AB工艺的A段COD去除率约55~65%,SRT约0.5天;B段工艺的SRT约10天,氨氮去除率约80%。出水氨氮控制在5mg/L左右,通过在线氨氮控制调节好氧池容来实现。








上面是该厂的工艺流程图。我们可以看到,原污水进来以后,通过高负荷活性污泥法吸附、转化污水中大部分悬浮物与溶解性有机物;之后污水进入主流好氧反氨化工艺,将污水中的部分NH3-N氧化成NO2-;随后,厌氧段使剩余的NH3-N发生厌氧氨氧化生成氮气。




污泥采用厌氧消化工艺处理,产生的CH4进行热电联产(CHP)。产生的热能用于消化池的加热与沼渣的干化,产生的电能则用于鼓风机和提升泵等设备的运行。




Strass污水处理厂在2005年就已实现碳中和运行,74.3%的进水COD以剩余污泥的形式进人污泥处理单元,具有良好的产气潜力,产出的甲烷用于CHP。




2008年,该厂又通过厨余垃圾与污泥的共消化提升产气量,能量补偿率达到123.0%,2009年又进一步提升至144.0%,至2014年已接近200.0%,不仅满足自身的电能需求,还能对外输出电能获得经济效益,实现污水处理厂向能源工厂的进化。




不仅仅是奥地利,其实,AB工艺发展到现在,也有学者提出了新的能量平衡路线,即高效碳捕捉+主流厌氧氨氧化+高效厌氧消化。








如流程图所示,A段碳源浓缩提取工艺主要包括以生物絮凝为主要作用的HRAS、化学强化一级处理(CEPT)、厌氧生物膜反应器(AnMBR)等。




由于A段将污水中绝大部分COD通过“网捕截获”转移到能源化途径,导致进入B段的污水呈现低碳高氮特性,有机碳源严重缺乏,常规生物脱氮工艺无法有效去除总氮,因此B段未来的发展趋势必定是采用自养生物脱氮技术,如短程硝化—厌氧氨氧化,或主流厌氧氨氧化。

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