AB工艺的基本流程 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。
AB工艺的基本流程
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。
AB工艺流程,侵删
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。
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。
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。
奥地利Strass污水处理厂工艺流程
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。
AB工艺的局限性及存在问题
虽然AB工艺运行高效稳定、抗冲击负荷能力强、去除有机物效果好,但是在污水厂的应用也并非想象中的那么广泛。
国外部分AB法污水处理厂数量
国内部分AB法污水厂处理规模
追根究底, 还是因为AB法在实际运行存在一些普遍性问题。
一是A段在运行过程中可能出现恶臭的情况。 主要是A段在超高负荷下工作,曝气的运行池处于缺氧甚至厌氧条件下,导致其产生硫化氢等恶臭气体。所以需要对大部分A段曝气池加设封盖,将污染空气用通风机送至生物过滤器中,净化后再排放人大气中。
二是在脱氢除磷过程中,A段不宜按照AB法原来去除有机物的配比(50%~ 60%)去除BOD,因为此配比使B段曝气池进水有机物的碳氢比偏低, 无法达到脱氨效果。