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工艺技术 聊聊:侧流活性污泥发酵强化生物除磷[S2EBPR]工艺 [复制链接]

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京东
在早期生物除磷的常规操作里,所有初沉池的出水必须经过一个厌氧区。但这种设计有很多问题:第一,这个厌氧区不是严格厌氧,因为初沉池出水和回流污泥都会带进溶解氧,ORP的水平往往不足以支持有效的发酵;第二,聚糖菌(GAOs)和聚磷菌(PAOs)竞争挥发性脂肪酸(VFAs),影响了PAOs的有效富集;第三,这种设计对碳/磷比非常敏感。

包括Barnard博士在内的一些生物脱氮除磷专家在各地的污水厂中发现,将这个厌氧段“独立”出来,变成一个侧流(又称旁流)厌氧反应池,能带来很好的生物除磷效率。具体操作是将部分或者全部回流污泥(RAS)或者混合液悬浮固体(MLSS)进行水解和发酵酸化,反应器的溢流回到主流生物工艺里。这种独立出来的厌氧发酵过程就是侧流强化生物除磷(S2EBPR)。

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图4. S2EBPR的各种具体实现形式 |图源:WRF webinar截图

与过去常规的EBPR相比,S2EBPR有若干优点。
首先它增加了新的菌种选择机制,降低了对进水碳源的要求,特别是对可生物降解COD的依赖,也减少了药剂的使用;
其次,它的实现形式很灵活,占地面积更少,方便对污水厂现有的生物除磷工艺进行改造;
第三,它还为反硝化脱氮工艺提供额外碳源。

S2EBPR的机理

据资料显示,S2EBPR目前在全球有80个多个工程应用,并且显示出良好的运行效果。虽然已有一些关于S2EBPR工艺研究的文献,但这些文献之间的可比性不高,毕竟不同污水厂的进水水质差异较大。

关于S2EBPR的微生物研究也很少,更不用想为S2EBPR工艺制定设计和运行标准了。为了更好地展示S2EBPR和常规EBPR的区别,April Gu教授等人对美国的4个S2EBPR污水厂和5个常规EBPR污水厂进行调研,对它们三年的运行数据进行评估,并进行动力学分析和微生物生态学的对比分析。

这次研究有三个目标,包括进一步理解S2EBPR的基础原理、开发设计指南和优化工艺模型。



图5. 四个有S2EBPR的污水厂的参数概况

S2EBPR新的发现


研究结果显示,VFAs的组成越复杂,越有利于建立稳定的EBPR系统,而更高的丙酸/乙酸比对聚磷菌的积聚更有利。在侧流厌氧反应器里,PAOs的存活时间长达48-72小时(甚至更长),而且可以吸收更多的VFAs并生成更多的PHAs,而且EBPR的活性随时间而增加。

微生物分析鉴定显示:S2EBPR总体的微生物多样性要高于常规EBPR;S2EBPR和传统EBPR的PAOs菌的相对丰度没有显著差别(包括Tetrasphaera);而在S2EBPR观察到的已知GAOs的相对丰度要低于常规EBPR。有趣的是,通过宏基因组分析,他们还发现了新的Accumulibacter菌种,以及一些可以反硝化的聚PHA菌。

第三个新的发现是PAOs菌表型的转变。S2EBPR里的单细胞和整个群落都有更高的PHA含量。他们猜测这可能是S2EBPR的环境有利于已知的PAOs菌种吸收更多的PHA,也有可能是筛选出新的作用菌。此外,他们也发现S2EBPR和常规EBPR的生物代谢路径也有所变化。

如何优化生物除磷的工艺设计?

基于上边的这些发现,Gu教授认为SRT、HRT和搅拌都是重要的因素。

根据目前的研究结果而言,他们有以下经验分享:

至少要有10%的回流污泥用于侧流发酵;
反应器的HRT在12-48小时之间;
如果可以的话,加入初沉污泥的增稠溢流(GTO);
SRT设在1.5到2天左右(没有GTO的情况下);
发酵器的出水导入缺氧区;
通过关掉搅拌器可以减少发酵气的体积,这样浓缩污泥至1%的含固率水平;

目前还没有经验证的可供设计使用的经验模型。

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