HPB技術在城鎮(zhèn)污水處置提標擴容的創(chuàng)新

HPB技術在城鄉(xiāng)污水解決提標擴容的創(chuàng)新隨著城鄉(xiāng)人口的增加及污水收集率的提高，污水排放量與日俱增。另外，污水解決廠還面臨著從一級B原則提高至一級A原則、準IV類或更高原則的任務。這就使得污水解決廠新建擴容及提標改造勢在必行，在城鄉(xiāng)污水解決中追求技術上的創(chuàng)新也是大勢所趨。日前在杭州舉辦的中國城鄉(xiāng)水務發(fā)展國際研討會上，湖南科友環(huán)保有限公司技術高級總監(jiān)韓紅波以《\o"HPB技術新聞專項"HPB技術在\o"城鄉(xiāng)污水解決廠新聞專項"城鄉(xiāng)污水解決廠\o"提標擴容新聞專項"提標擴容中的創(chuàng)新與實踐》為題作了報告，具體介紹了HPB的技術背景、技術原理及優(yōu)勢，從復合粉末載體、專業(yè)機械攪拌系統(tǒng)和載體回收系統(tǒng)等5個方面闡明了其技術核心，并以“長沙市新開鋪污水廠改擴建工程”等實際案例分享了HPB技術的產(chǎn)業(yè)化應用，分析了HPB技術的應用前景。一、高濃度復合粉末載體生物流化床（HPB）技術介紹1、技術背景（1）技術需求污水量與日俱增：隨著城鄉(xiāng)人口的增加、生活水平的提高以及污水收集率的提高等，污水量與日俱增；新建或擴容污水解決廠勢在必行。排放原則不停提高：污水解決廠面臨從《城鄉(xiāng)污水解決廠污染物排放原則》一級B原則提高至一級A原則、準IV類或更高原則的任務；合流制溢流（CSO）污染控制需求。（2）技術瓶頸建設用地制約：傳統(tǒng)提標擴容工藝對擴建用地規(guī)定較高；預留用地緊張、征地和拆遷困難。建設、運行資金的增加：傳統(tǒng)提標擴容工藝對建設和運行資金規(guī)定較高；對早期雨水僅能做預解決，全解決投資大、成本高。2、發(fā)展歷程（1）1964-1991厚積薄發(fā)1964年：同濟大學初次開展《硅藻土過濾技術研究》，進入“文革”期間，研究中斷。1989年：重啟該項目研究。（2）1992-攻堅克難1992年：通過上海市科委組織的專家鑒定；開發(fā)出硅藻土預涂膜過濾器；第一套設備應用于浙江省寧?？h游泳館泳池水循環(huán)過濾。：硅藻土浮選技術的推廣，使原材料的加工成本減少，硅藻土在水解決中的應用得到進一步推廣。（3）-科技創(chuàng)新：硅藻土應用的進一步研究列入《上海都市水環(huán)境改善技術及綜合示范項目》（國家863計劃）子課題——《改性硅藻土濾池解決技術研究》。：子課題通過上海市教委組織的專家鑒定，研究成果達成國際先進水平。（4）-產(chǎn)業(yè)突破湖南三友環(huán)?？萍加邢薰窘Y(jié)合產(chǎn)學研優(yōu)勢，對復合粉末載體用于城鄉(xiāng)污水解決大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化研發(fā)進行投資，解決多項核心技術難題。湖南科友環(huán)保有限公司完畢中試實驗、生產(chǎn)性實驗。進行大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化和工程化應用。3、技術原理高濃度復合粉末載體生物流化床（HighConcentrationPowderCarrierBio-fluidizedBed，簡稱HPB），基于污水生物解決的技術原理，通過向生化池中投加復合粉末載體，提高生物池混合液濃度的同時，構建了懸浮生長和附著生長“雙泥”共生的流化床系統(tǒng)；并通過污泥濃縮分離單元（ConcentratedUnit）、復合粉末載體回收單元（RecycledUnit），實現(xiàn)了“雙泥齡”，強化了生物脫氮除磷效率。從原理上講，HPB工藝屬于復合生物反映器IFAS工藝（IntegratedFixed-filmActivatedSludge)的一種，與傳統(tǒng)相比含有明顯的創(chuàng)新和優(yōu)勢。創(chuàng)新點之一：HPB工藝采用微米級復合粉末載體。（1）可隨著活性污泥實現(xiàn)全過程流化、回流等，無需設立專用的攔截與防護設施。（2）良好的流化狀態(tài)，提高了傳質(zhì)效果，進一步加緊生化反映速率。（3）更大的比表面積，單位容積生物量更高，容積負荷更高，抗沖擊負荷能力更強。創(chuàng)新點之二：HPB工藝配備粉末載體回收裝置。（1）可將附著微生物的復合粉末載體回收運用，在“雙泥法”的基礎上實現(xiàn)“雙泥齡”，同時提高脫氮除磷效果。（2）將大部分載體回收運用，減少日常載體投加量，減少運行成本。4、技術優(yōu)勢HPB技術的優(yōu)勢可概括為：三省三高。省投資：新建項目節(jié)省投資20%以上；省占地：新建項目生化池占地較傳統(tǒng)工藝節(jié)省二分之一，提標擴容無需新增用地可實現(xiàn)生化池水量翻番、水質(zhì)提高；省周期：建設周期縮短約30%以上；高效率：實現(xiàn)雙泥齡，短泥齡微生物強化除磷，長泥齡微生物強化脫氮；高原則：出水水質(zhì)能夠達成“準IV類”及以上原則；高保障：可實現(xiàn)不停產(chǎn)改造、不停產(chǎn)檢修、保障穩(wěn)定運行。5、技術核心（1）復合粉末載體HPB技術的核心復合粉末載體，其重要成分是一類直徑約20-50μm、多孔構造、含有高生物親和性的天然無機顆粒；同時復配有特殊制劑，有助于脫氮微生物附著并形成生物膜，不僅可提高反映器中的微生物量，還可優(yōu)化微生物種群構造，為HPB系統(tǒng)的高效城鄉(xiāng)污水生物解決提供確保。城鄉(xiāng)污水解決廠采用HPB工藝，在生化池采樣進行微生物高通量檢測，成果顯示：復合粉末載體加入后，參加硝化和反硝化作用的微生物，如變形菌門豐度相比活性污泥法12.62%提高到22.62%（厭氧段）和28.67%（好氧段）；且成為系統(tǒng)內(nèi)優(yōu)勢微生物種群。HPB工藝混合液中各脫氮功效微生物豐度高于活性污泥法。另外，屬絲狀菌的綠彎菌門微生物豐度大幅下降，闡明HPB系統(tǒng)運行更為穩(wěn)定。HPB生化池混合液中參加氮循環(huán)有關酶豐度的檢測成果：硝基還原酶（Nitroreductase）、硝酸鹽還原酶（Nitratereductase）、鐵氧蛋白亞硝酸還原酶（Ferredoxinnitritereductase）等豐度，較活性污泥系統(tǒng)均較大幅提高，闡明HPB系統(tǒng)較常規(guī)活性污泥系統(tǒng)脫氮反映增強。（2）專業(yè)機械攪拌系統(tǒng)為了確保HPB生化池的生物反映的效率、避免初始投加復合粉末載體沉積、加強對流傳質(zhì)、提高溶解氧運用率等，采用專業(yè)的低速機械攪拌?？紤]到安裝、維修以及在好氧池中使用穩(wěn)定性，專業(yè)攪拌機械采用空心式漿葉設計、頂置式電機及減速箱、垂直懸掛式安裝，含有漿葉展開面積大、透氣性好、水平傳輸動能大、能耗低等特點。（3）載體回收系統(tǒng)基于水力旋流分離法原理，可將不同密度顆粒物運用質(zhì)量差分離。復合粉末載體分離回收系統(tǒng)實現(xiàn)了污泥“雙泥齡”，有效地緩和了聚磷菌與反硝化菌在世代周期上的矛盾，強化了系統(tǒng)同時脫氮除磷效果?；厥障到y(tǒng)可實現(xiàn)復合粉末載體重復運用，節(jié)省運行成本。（4）精確控制系統(tǒng)基于HPB數(shù)學模型，以及在線儀表提供不同流量和水質(zhì)條件下的實時變量，能夠計算得出生化池各部分單元操作的過程參數(shù)，并通過計算機下達給執(zhí)行單元實時調(diào)節(jié)?？刂葡到y(tǒng)的核心節(jié)點：數(shù)據(jù)的實時性；分區(qū)變量的監(jiān)測；智能化學習系統(tǒng)分析。（5）在線檢修功效采用獨立單元格設計，各單元格之間能夠通過閘板隔離，被隔離單元格的前后能夠通過專用超越管連通。不影響系統(tǒng)正常運行的狀況下，做到不停水檢修，避免污水下河。6、知識產(chǎn)權知識產(chǎn)權國際專利（PCT）3項；國內(nèi)發(fā)明專利7項（已授權3項）；國內(nèi)實用新型專利4項（已授權3項）。技術認定科技成果處在國際先進水平；技術原則入選工信部《綠色原則》研究項目；國家環(huán)保機械行業(yè)協(xié)會水污染防治裝備技術目錄；湖南省環(huán)保先進技術；湖南省政府采購兩型產(chǎn)品目錄；二新開鋪污水廠改擴建工程HPB技術應用1、項目背景現(xiàn)狀：10×104m3/d，國標一級A原則；目的：19×104m3/d，省地標一級原則；問題：用地緊張、征拆困難、投資高；需求：尋找更高效的解決工藝，在原廠內(nèi)完畢提標擴容；原設計總投資：7.4億元征拆費用，4.9億元建設費用；采用HPB總投資：無需征地拆遷，建設費用約3.8億元。一階段工程目的2、生化池改造改造前總停留時間9.6h；改造后總停留時間4.8h，厭氧0.5h，缺氧0.7h，好氧3.6h，污泥濃度8g/L左右。3、解決水量及溫度4、出水水質(zhì)分析（1）COD進水COD：51~474mg/L，進水均值230.4mg/L；出水均值9.35mg/L，平均去除率94.93%。（2）NH3-N進水NH3-N：1.84~16.88mg/L，進水均值7.96mg/L；出水均值0.13mg/L，平均去除率98.32%。（3）TN進水TN：10.70~56.40mg/L，進水均22.57mg/L；出水均值6.96mg/L，平均去除率66.82%。（4）TP進水TP：1.42~22.52mg/L，進水均值4.85mg/L；出水均值0.13mg/L，平均去除率96.68%。（5）SS進水SS：48~1640mg/L，進水均值296mg/L；出水均值1.5mg/L，平均去除率99.30%。5、產(chǎn)泥量產(chǎn)泥系數(shù)（kg/m3）6、水質(zhì)狀況分析小結(jié)生化停留時間最短可做到3h，系統(tǒng)冗余更大；強化生物除磷，深度解決加藥量更少；生化段控制TN達標，后續(xù)無需考慮脫氮；厭氧氨氧化+同時硝化反硝化，所需外加碳源更少；雙泥法，抗沖擊負荷能力更強。7、電耗分析（與改造前一級A標相比）尾水提高電耗約占全廠45%。8、藥耗分析（與改造前一級A標相比）綜合上述，電耗、藥耗分析，HPB技術用一級A的運行成本達成了省地標一級原則的水質(zhì)。4月17日，新開鋪污水廠二期改擴建工程應用HPB工藝專家論證會。專家涉及哈工大專家、中國工程院任南琪院士、原北京排水集團總經(jīng)理楊向平專家、原北京市政設計院總工程師杭世珺專家、湖南大學柯水洲專家、湖南省建筑設計院副總工程師羅惠云專家等。HPB工藝可有效解決城鄉(xiāng)污水解決廠在新建、提標、擴容、過程中面臨的征地拆遷難、投資和運行成本高、建設周期長等突出問題，新開鋪污水解決廠二期改擴建工程應用HPB工藝含有示范效應和推廣意義，建議該項技術研發(fā)團體后續(xù)應不停創(chuàng)新優(yōu)化，并在城鄉(xiāng)污水解決基礎上，更進一步拓展其應用范疇。三其它應用案例案例一：益陽首創(chuàng)團洲污水解決廠應急項目首創(chuàng)團洲污水解決廠原規(guī)模為10.0×104m3/d，提標擴建工程目的為16.0×104m3/d，出水原則為一級B原則升級至一級A原則。在提標擴建中需要將氧化溝和二沉池分組停水改造。采用HPB技術進行應急強化，在二級解決構筑物減半的狀況下，維持水量水質(zhì)不變?，F(xiàn)在已結(jié)束服務運行（130天）。案例二：寧鄉(xiāng)市大成橋鎮(zhèn)污水解決廠項目近期設計規(guī)模1000m3/d，遠期設計規(guī)模m3/d，出水執(zhí)行《城鄉(xiāng)污水解決廠污染物排放原則》（GB18918-)一級A原則?，F(xiàn)在已完畢竣工驗收。案例三：湖南新邵高鐵新城污水解決廠項目設計規(guī)模6000m3/d，出水執(zhí)行《城鄉(xiāng)污水解決廠污染物排放原則》一級A原則。案例四：長沙縣北山污水解決廠提標項目設計規(guī)模m3/d，原工藝為接觸氧化，出水原則一級B，采用HPB進行提標改造，出水執(zhí)行《城鄉(xiāng)污水解決廠污染物排放原則》一級A原則。其它應用案例四應用前景1、提標擴容無需新建生化池，運用現(xiàn)有生化池實現(xiàn)水質(zhì)水量雙提高；二沉池出水水質(zhì)好，后端深度解決無需考慮進一步脫氮；不停水改造，且改造施工周期短。2、新建容積負荷高，為常規(guī)活性污泥法的2-3倍，生化池土建工程量大大減少；出水水質(zhì)可通過工藝參數(shù)調(diào)節(jié)適應不同的排放原則（一級A、準IV及以上）；對都市排