工艺技术 侧流活性污泥发酵强化生物除磷[S2EBPR]现象的发现及发展

侧流活性污泥发酵强化EBPR现象的发现

传统主流EBPR工艺除磷机理模型是建立在厌氧条件下Accumulibacter类PAO对进水中可快速降解有机物主要是挥发性脂肪酸（VFAs）的摄取而发生磷的释放基础上，运行实践也表明，进水VFAs充足情况下，通过良好的设计和可靠的运行，传统EBPR工艺出水TP可以达到0.5～1.0mg/L；但是最近10～20年以来的一些没有前置厌氧的活性污泥工艺获得高效且较为稳定的除磷现象在欧美一些污水厂被观察到，仅依靠生物除磷出水TP可以达到0.1mg/L，经典理论模型已经无法解释这种“非主流”除磷现象。与此同时，随着对污水厂排放标准要求的日益提高，常规主流的强化生物脱氮除磷工艺面临越来越高的技术挑战，如进水水质特性尤其是低C/N比污水对脱氮除磷工艺运行的可靠性、稳定性与可持续影响，外回流携带的NO3--N进入厌氧区破坏厌氧环境而影响厌氧释磷过程。此外，传统主流脱氮除磷工艺（如A/O、A2O、Bardenpho工艺）中通过生物絮凝作用捕获和吸附的胶体、颗粒性有机物，在生化厌氧、缺氧过程中由于水解作用不充分并没有被作为有效碳源被脱氮除磷过程充分利用。

1972年被誉为“脱氮除磷之父”的James Barnard在进行规模为100m3/d的“A/O-A/O”构型的脱氮中试（装置有一个用于调节池容分配的可移动式隔板，无意中创造了一个“死区”形成了一个“发酵区”）中发现，这个带有“发酵死区”的“A/O-A/O”脱氮系统获得了高效的生物除磷效率，在进水TP 为9mg/L情况下，出水TP可以低于0.2mg/L，在第二段缺氧区，混合液PO43--P达到30mg/L；当取消“死区”后，装置出水TP达到2mg/L。试验分析，显然是“死区”的厌氧过程发生了污泥和混合液的水解作用，产生了VFAs，大量的VFAs通过25mm连接管涌入到第二段缺氧区，促进形成了厌氧环境进而发生了P释放。显然，这次著名的四级反应器的脱氮试验，那个可以来回移动的可调节“好氧-缺氧池容”的隔板及上面25mm的2个孔洞，为日后侧流活性污泥强化生物除磷（S2EBPR）技术的发现和进一步发展，打开了一扇窗。

侧流活性污泥发酵强化EBPR技术的发展


James Barnard先生1972年采用的“A/O-A/O”脱氮工艺实际上就是其1975年提出的“四段式Bardenpho”工艺的前身，根据此试验结果后来进一步提出了带有厌氧区的Bardenpho工艺，也就是目前常用的“五段式Bardenpho”工艺。然而，James Barnard那次试验发现“死区”促进BPR，但当时其并没有在这个试验研究基础上进一步提出侧流污泥发酵或者混合液发酵的概念。那次试验的前后几年光阴，也是活性污泥工艺前端设置一个厌氧区作为实现生物除磷的基本工艺控制条件刚刚被认知的年代，也是在1975年-1976年，James Barnard在Bardenpho工艺基础上正式提出个发展带有前置厌氧段的Phoredox系列同步脱氮除磷工艺，这些工艺构型至今仍然在污水处理领域中扮演重要角色。

继续梳理侧流活性污泥发酵的技术发展史会发现，真正提出活性污泥侧流发酵理念和工程应用是1990年后的事情了。较早介绍并将侧流活性污泥水解技术应用于工程实践的是丹麦克鲁格公司（Kruger A/S）及Envidan公司，Brinch P.于1997年报道了利用“回流活性污泥水解”补充SCOD强化脱氮除磷的理念和做法， Vollertsen J.G. Petersen G.等人利用丹麦Aalbog东、西两座污水厂进行了侧流活性污泥水解的前期开创性工作，并对污泥水解动力学参数进行了系统研究。实际上，最初的实践是对初沉污泥进行水解，工程案例主要集中在丹麦、瑞典和北美，主要工艺控制参数SRT为2～5d。由于初沉污泥水解需控制水解和产酸过程，而不进入产甲烷化，水解产物需要进行“泥-液”二次分离，因此存在SCOD及VFAs从泥水混合液中分离、“洗出”效率的问题，同时初沉污泥水解易受到进水水质、水量波动及初沉池排泥影响。相对于初沉污泥水解，活性污泥水解产物SCOD产率虽然较低，但是活性污泥水解无需进行发酵液的二次分离，泥水混合液可全部引入到厌氧池，同时回流的活性污泥流量及浓度可控，因此，活性污泥水解工艺稳定性更高，近些年受到越来越多的研究和工程化应用。