去年11月，国际水协(IWA)在中国重庆举办了“可持续污水处理和资源回收：研究、规划、设计、运营国际会议”(International Conference on Sustainable Wastewater Treatmentand Resource Recovery: Research, Planning, Design and Operation)。来自奥地利的ARA Consult公司的创始人、DEMON厌氧氨氧化工艺发明者Bernhard Wett博士作为大会安排的一位主讲嘉宾，为大会奉献了精彩的报告。报告英文原题为“Physicalors for intensified nutrient removal - large scale application ofhigh-rate C-capture, aerobic granulation and deammonification”，这是他将其研究团队独创的旋流分离器应用于高速碳捕获、好氧颗粒污泥和厌氧氨氧化工艺的案例的最新总结。我们在这里将为读者分享该报告的内容。
强大的物理筛选器
Bernhard Wett博士首先将他要介绍的三种不同物理筛选器(Physical Selectors)比喻成三种不同的鱼，实际指的是A-B法工艺中的A段高速碳捕获、inDENSE™工艺中的旋流分离器以及DEMON™ 2.0版的微筛分离器。
A段高速碳捕获
▲ A-B法工艺简图
欧洲大部分的污水厂虽然都有厌氧消化加上CHP热电联产设备回收能源，但实际大部分可降解的COD被活性污泥降解氧化后以气态排出，真正甲烷化的COD只占进水COD的15-20%。在这基础上，部分污水厂引入热水解等厌氧消化预处理等技术或者引入餐厨垃圾等外部碳源进行协同消化等手段来进一步提高甲烷产量。
随着大家对污水蕴含能量的认识的加深，曾被认为过时的A-B法工艺重新吸引了业界的关注。A-B是吸附(adsorption)和生物曝气(bio-oxidation)的缩写简称，通过A段的强化碳源生物絮凝作用快速提取COD，去除率约60%，SRT和HRT同为约0.5d。通过这种机械而非曝气的方式，可从污水中回收更多的碳源并导向厌氧消化阶段。
▲ 奥地利Strass污水厂的碳源平衡图
Bernhard Wett博士还提到，A段的高速碳源捕获还能提高污泥的脱水性能，因为泥饼含水率取决于初始污泥和二沉池污泥的混合比例。
他的团队还专门为A段高速碳捕获设计了名叫“AAATRIPLE A”的沉淀池，还为其申请了专利。它的原理是反应器AAA-1在排泥的时候，另一个反应器AAA-2处于进/出水阶段，通过此平行设计实现连续工作，一个反应周期约1小时(见下图)。Wett博士称该沉淀池设计能进一步强化COD的捕获。
▲ 单个AAA沉淀池一个完整运行周期的截面图
▲ AAA沉淀池与普通初沉池的COD去除率对比
旋流分离器截留颗粒污泥
在第二部分，Wett博士介绍了他团队的第二个创新工艺——inDENSE，这个工艺的细节我们已经在之前的微信推送里介绍过——inDENSE™是DEMON™厌氧氨氧化工艺使用的水力旋流器(hydrocyclone)在生物除磷、改善污泥沉降性能、提高处理能力方面的延伸应用。它对二沉池排出的污泥进行筛选，将沉降性能好的污泥颗粒回流到生物反应器中。在不改变原工艺的条件下(如传统的连续式活性污泥工艺)，inDENSE™大大提高污泥容积指数(SVI)的表现，无需新增二沉池就能解决混合悬浮固体沉降性差的问题。
▲ Strass污水厂安装InDENSE后的SVI数值变化
他们还在瑞典的Kappala污水厂发生污泥膨胀期间做了对比试验，结果如下图所示，通过过渡期之后，使用了旋流分离器的反应线(橙色)的SVI30不仅更低，而且保持稳定。
▲ 瑞典Kappala污水厂的测试情况(橙色的最终SVI=80，而蓝色参照为150)
旋流分离器除了用于培养颗粒污泥提高沉降性以及实现生物除磷之外，还能作为对回流污泥的优化。Wett博士的团队为此开发BioCos工艺，该工艺是Biological Combined System(生物混合系统)的缩写，它结合了连续式活性污泥系统和SBR系统的优势。曝气池与两个交替污泥回流和沉淀池相连接。而且不需要泵或者其他用于搅拌或循环的电机设备。所有运行循环阶段通过压缩空气和虹吸作用驱动。
▲ 德国Schierling污水厂(16000PE) - BIOCOS工艺代表
德国Soyen污水厂(3000PE)是其中一个工程案例，2016年他们在回流污泥线安装了一个旋流分离器来改善污泥的沉降性能，通过BioCos和inDENSE™的结合，SVI指数降低，截留了更致密和紧凑的微生物絮体和颗粒，实现了生物除磷。采用了BIOCOS技术的污水厂已经超过150个，包括奥地利、波兰、西班牙和德国等污水厂都有案例。下图是德国Soyen污水厂使用旋流分离器后的底流和溢流与普通活性污泥的对比，以及脱氮除磷的表现。对比显示BioCos系统有效截留了沉降性能好且能生物除磷的致密颗粒污泥，而且脱氮除磷效果良好。
据称，Wett博士已经为中国一个15万吨/天的污水厂设计了一个BIOCOS+inDENSE的升级工艺方案图，下图是其3D概念设计图。
截留anammox颗粒微筛
第三部分他介绍了他团队发明的DEMON厌氧氨氧化工艺的2.0版本。他对1.0版和2.0版的DEMON的对比总结为下表：
目前DEMON在厌氧消化的侧流消化液已经相当成熟，工程案例在过去十年迅速增加。处理规模和种类也越渐丰富，例如意大利北部处理渗滤液的温度低至15℃的Trento污水厂，即使在更寒冷的北欧也有超过25座DEMON污水厂，美国也有若干案例，例如最大规模的DC Water的Blue Plains污水厂。
Wett博士通过下图展示了他在过去十几年里将DEMON工艺应用到侧流处理的研究成果。我们可以看到从短程亚硝化/反亚硝化，到应用厌氧氨氧化的DEMON1.0，到DEMON 2.0，单位氨氮负荷显著增加，而有机物所需量则在减少。
▲ DEMON2.0版使用的转鼓式微筛
▲ 在侧流厌氧氨氧化的应用中微筛截留anammox菌的效果
他还对在侧流DEMON使用的微筛选择器的微生物活性分布进行了分析，结果显示截留的微生物中厌氧微生物数目居多，溢流中以好氧自养微生物为主。
他还对微筛分选器和旋流分离器的截留效果进行了对比，结果显示微筛的截留效果更佳：
▲ 旋流分离器与微筛的anammox菌截留表现对比
在大家关心的主流厌氧氨氧化方面，这次报告里他似乎没有太多新的信息给大家分享，AvN控制系统是其中的新技术，关于该技术的详情，可以查阅我们IWA之前的微信推送文章《AvN技术在主流短程脱氮过程中的应用》。
总结
在报告最后，他用下图总结了基于A/B 工艺的高速碳捕获和侧流DEMON的污水处理工艺和传统的初沉+活性污泥工艺对比：前者能捕获更多的有机物，因此产生更多的甲烷和回流氨氮(由侧流工艺补偿)。在这个A/B法工艺+侧流DEMON工艺设计里，他上述提及的三种高效物理选择器都有用武之地，如果能成功运行，可谓为许多现有污水厂的提标改造提供了灵活的、因地制宜的能实现节能减耗、资源回收目标的解决方案。
原标题：图解| 物理筛选器在三大新兴强化脱氮除磷技术中的工程应用
