中国城市污水处理的瓶颈、缘由及可能的解决方案

自20世纪90年代以来,中国在城市污水收集与处理方面取得了很大的进步.但是,源自于独特污水水质特征,中国城市污水处理效率的改善仍然面临瓶颈.该文着重比较了中国和其他国家的城市污水处理在能量回收、氮磷营养物去除和污泥产率方面的差异,并在资料支撑的理论分析基础上,揭示了因为下水道渗漏、化粪池设置等因素导致的中国城市污水独特的水质特征(高无机悬浮固体(inorganic suspended solids,ISS)质量浓度、低碳氧需求(COD)和低碳氮比)与城市污水处理厂较低的运营效率和性能之间的关系,提出了中国需要制定适合自己独特污水水质特性的处理过程设计指南.鉴于下水道系统建设与修复耗时长久,改善现有城市污水处理厂的效率和可持续性应该与下水道修复和制定设计指南同时推进,提出了三点建议:提高除砂效率、应用污泥发酵和厌氧消化、优化现有工艺并开发低碳源生物脱氮新工艺.

厌氧氨氧化技术工程化的全球现状及展望

厌氧氨氧化(ANAMMOX)技术因其细菌增长速率缓慢而难以实现工程化。在总结荷兰ANAMMOX技术工程化经验的基础上,介绍了ANAMMOX工程化的进程及其主要障碍,综述了以荷兰为代表的欧洲等国家研发、工程应用ANAMMOX技术的现状。同时,对ANAMMOX技术工程化的应用前景进行了展望。

从微观机理认识污水处理厂的节能减排

目前我国政府倡导的节能减排之艰巨任务不可避免地涉及到污水处理行业。从宏观运行上看,污水处理厂节能减排似乎应从曝气、回流、投药、泥量、消化等技术方面入手。实际上,对微观机理的认识更有助于这些技术措施的有效实施。为说明微观机理对污水处理厂节能减排的作用,首先从传统污水处理工艺能耗入手,剖析能耗与CO2排放总量的关系;其次,从污泥能量回收率及技术难易程度分析剩余污泥转化为能源的适用性技术;最后,以同步脱氮除磷机理为核心,通过实例以数学模拟方式着重说明实现反硝化脱氮除磷对污水处理厂节能减排的内在积极作用。

极具工程化潜力的好氧颗粒污泥技术

介绍了形成好氧颗粒污泥的工艺条件及其在去除有机物、脱氮、除磷方面的最新研究进展,并总结了好氧颗粒污泥的代谢机理。与传统的活性污泥法相比,好氧颗粒污泥反应器具有微生物浓度高、沉淀速度快、占地面积小等独特优点,在未来几年内该技术将得到实际应用。

模拟评价亚硝化-厌氧氨氧化生物膜工艺中氧的消耗

前期模拟研究显示,溶解氧是控制亚硝化-厌氧氨氧化生物膜工艺的关键因子.因此,作为一个设计参数,曝气量在工程上便显得尤为重要.生物膜工艺曝气量取决于发生在生物膜内各种反应(硝化、常规反硝化及厌氧氨氧化)的耗氧与氧补偿以及生物膜的厚度等.由于在生物膜内存在着基质扩散梯度,所以,通过试验方法确定净耗氧量十分困难,甚至难以实现.正因如此,数学模拟技术被用来评价这一在工艺设计和运行管理中具有实际意义的问题.模拟试验结果显示,不同的工艺及生物膜参数会导致不同的耗氧曲线.这些信息有助于亚硝化-厌氧氨氧化生物膜工艺的设计及运行.

采用数学模拟评价生物营养物去除工艺的除磷效果

磷的去除与回收可以结合生物营养物的去除一并实施,通过收集厌氧池富磷上清液形成鸟粪石(MAP)沉淀的方式予以实现,这同时也可提高生物除磷效果或降低生物除磷所需的最低C/P值。为此,一种考虑了磷回收的新型生物营养物去除(BNR)工艺———BCFS(在荷兰研发并应用。然而,有关磷回收以及它对生物除磷效果影响方面的信息在运行实践中仍不够清晰。采用数学模拟技术,结合代尔夫特(TUD)生物除磷代谢模型与活性污泥2号模型(ASM2),对不同运行参数下的磷回收以及它对系统工况的影响做了评价。模拟试验结果表明,存在着最佳的上清液侧流比,当侧流比大于此值时将增大磷的回收成本,而且除磷效果也将受到影响;在保证出水水质达标(<1 mgP/L)的情况下,生物除磷所需进水COD/P(可生物降解COD)最小值可由20降低到10,此时的磷回收率为36%。动态进水(变流量或负荷)模拟试验表明,其对厌氧池上清液中磷的富集略有影响,但进行磷回收时并不影响系统出水的磷浓度。

Garmerwolde污水处理厂提标改造--新增好氧颗粒污泥系统、旁侧流SHARON

Garmerwolde污水处理厂原主体工艺采用AB法。为应对不断增加的污水量和更加严格的排放标准,该厂进行了提标改造。2005年主要通过增加旁侧SHARON（2400 kgN/d）以解决污泥消化液处理问题,氨氮去除率95%以上,达到硝化阶段节约能耗25%、反硝化阶段节约外加碳源40%,减少50%的污泥产量。2013年新增独立运行的SBR好氧颗粒污泥系统（Nereda）,增加产能2.86万m3/d,好氧污泥颗粒化后60%颗粒〉1 mm、生物量可稳定达到8 g/L以上、SVI5值稳定在45 mL/g左右,出水TN≤7 mg/L,TP≤1 mg/L,比传统活性污泥系统能耗降低58%-63%、占地减少33%、运行费用节省50%。

污水生物处理系统中内源过程的研究进展

污水生物处理系统的内源过程涉及到一系列微生物学、生态学机制和过程,因而对处理系统的各个方面都有重要影响.然而,目前对内源过程的认识还相当有限.本文首先在总结现有知识的基础上对污水生物处理系统中的内源过程作了定义,并对其区分为细胞和群落两个水平.随后,分别对内源过程中的细胞维持、解偶联、程序化细胞死亡、饥饿状态、高等微生物捕食等过程作了综述,总结了其在污水生物处理领域的研究进展.此外,文章还概述了细胞维持能量和细胞衰减速率的测定方法及其研究进展和存在的问题.本文的目的是通过综述现有的知识,推动对污水生物处理系统中内源过程研究的进一步发展.