隨著大家對污水蘊(yùn)含能量的認(rèn)識的加深，如何快速捕獲污水廠進(jìn)水中的COD成為污水處理工程應(yīng)用的一大熱點(diǎn)。曾被認(rèn)為過時(shí)的A-B法工藝也因此重新吸引了業(yè)界的關(guān)注。最近一個(gè)污水處理工程師和一個(gè)計(jì)算流體動力學(xué)專家來到意大利的一座污水廠拍了段視頻。他們想借視頻告訴大家：他們有個(gè)四兩撥千斤的好方法，可以幫助幾乎世界上任何一座污水廠“輕松”完成擴(kuò)容升級。
超級初沉池
A-B法是在歐洲的常用污水處理工藝之一。A和B分別是吸附(adsorption)和生物曝氣(bio-oxidation)的縮寫簡稱。通過A段的強(qiáng)化碳源生物絮凝作用快速提取COD，去除率達(dá)60%以上；B段用于硝化，出水的硝態(tài)氮通過回流到A段實(shí)現(xiàn)反硝化。隨著大家對污水蘊(yùn)含能量的認(rèn)識的加深，曾被認(rèn)為過時(shí)的A-B法工藝重新吸引了業(yè)界的關(guān)注。因?yàn)橥ㄟ^這種機(jī)械而非曝氣的方式，可從污水中回收更多的碳源并導(dǎo)向厭氧消化階段。
正因這些特點(diǎn)，AB法也被認(rèn)為非常適合與PN/A(短程硝化/厭氧氨氧化)工藝相結(jié)合，也就是所謂的主流厭氧氨氧化。厭氧氨氧化工藝DEMON的發(fā)明者Bernhard Wett博士就是其中的實(shí)踐代表，著名的奧地利Strass污水廠的主流厭氧氨氧化探索就是他的代表作之一。
主流厭氧氨氧化的愿景固然美好，但實(shí)踐起來依然遙遙無期，包括Strass污水廠的嘗試也并未真正成功。在過去幾年的探索里，Wett博士已將DEMON工藝從1.0版本升級到2.0版本——截留anammox菌的方式從經(jīng)典的旋流分離器（hydro-cyclons）改為了微篩（micro-sieve）。同時(shí)他的團(tuán)隊(duì)也對A段的高速碳捕獲進(jìn)行優(yōu)化。
AAA沉淀池
AAA TRIPLE A沉淀池的logo
他給這種沉淀池設(shè)計(jì)取名“AAA TRIPLE A”，并為其申請了專利。
為什么他想將這個(gè)沉淀池單獨(dú)拿出來推銷呢？小編猜測Wett博士可能在某天突然頓悟：“雖然我還沒能實(shí)現(xiàn)主流anammox，但這個(gè)A段的高速碳捕獲完全可以自成一家的呀。”
為什么他可能會有此頓悟？正如Wett博士在視頻所說，AAA是Alternating Activated Adsoprtion的縮寫，也就是交替活性吸附。首先它由兩個(gè)交替運(yùn)行的反應(yīng)池組成，當(dāng)AAA-1池在排泥的時(shí)候，AAA-2池會經(jīng)歷一個(gè)進(jìn)水、曝氣和靜置濃縮的循環(huán)。其次它不是一個(gè)普通的初沉池，而是一個(gè)生物吸附工藝。傳統(tǒng)的初沉池只能去除三分之一的有機(jī)質(zhì)，而這種沉淀池設(shè)計(jì)的COD捕獲率至少60%。
AAA沉淀池的空氣驅(qū)動原理圖 | 圖源：newportwater
他稱這種沉淀池有不少優(yōu)點(diǎn)，包括:
為超負(fù)荷的污水廠減壓，增加處理能力
在A段去除約2/3的COD和約1/3的氮磷
減少曝氣量并增加甲烷產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)能量盈余
初沉污泥濃縮至5%，直接進(jìn)入消化器
污泥減量 - 初沉污泥/二沉污泥比約為0.75
AAA沉淀池的出水和濃縮污泥效果圖 | 圖源：newportwater
工藝應(yīng)用
下圖是該系統(tǒng)的一個(gè)過程循環(huán)(小編個(gè)人認(rèn)為本質(zhì)就是個(gè)SBR系統(tǒng))時(shí)間通常約1小時(shí)。每個(gè)循環(huán)包括五個(gè)階段：進(jìn)水/出水（30分鐘）、壓縮、排泥、進(jìn)氣和靜置。出水由進(jìn)水驅(qū)動，而所有其他過程都是空氣驅(qū)動的，包括曝氣和混合、氣浮排泥，氣封潷水等。曝氣有溶解氧控制，標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)為1 mg /L。排泥時(shí)間視乎活性沉淀池中的實(shí)際污泥含量，并根據(jù)總固體濃度的在線測量數(shù)據(jù)作自動調(diào)整。
他稱這種平行設(shè)計(jì)幫助高速初沉池實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作，一個(gè)反應(yīng)周期約1-2小時(shí)。除了快速高效，操作簡單是另一大設(shè)計(jì)亮點(diǎn)——該工藝循環(huán)完全由空氣驅(qū)動，無需任何混合器或泵。因此他認(rèn)為非常適合用于現(xiàn)有初沉池的改造，包括各種規(guī)模的新建和升級改造項(xiàng)目。
意大利Alta Badia污水廠：左側(cè)是其外觀，右側(cè)展示現(xiàn)有初沉池的污泥料斗區(qū)改造成污泥濃縮池的情況。 | 圖源：NEWport
運(yùn)行效果
除了上圖的意大利Alta Badia污水廠，AAA沉淀池在德國也有一個(gè)案例，人口當(dāng)量為46000PE，項(xiàng)目內(nèi)容是對兩個(gè)現(xiàn)有初沉池進(jìn)行改造。該系統(tǒng)的COD去除率達(dá)66%，平均除磷率為43%，總氮去除率如下圖所示，平均為36%。
位于德國的一個(gè)AAA沉淀池的COD和N的去除情況
計(jì)算機(jī)模擬
話說視頻里的另外一個(gè)小哥叫Wim Audenaert，一位畢業(yè)于比利時(shí)根特大學(xué)的環(huán)境技術(shù)博士。是Wett博士的乙方，他的工作是幫AAA沉淀池做一個(gè)基于CFD的3D虛擬設(shè)計(jì)。
CFD是Computational Fluid Dynamics的英文縮寫，即計(jì)算流體動力學(xué)。CFD是通過計(jì)算機(jī)對包括流體流動和熱傳導(dǎo)等物理現(xiàn)象的系統(tǒng)進(jìn)行的分析。在污水廠，了解系統(tǒng)的水力特性對污水處理效率有重要影響，例如污水倉可能會遇到因?yàn)閿嚢柙O(shè)備選擇和布局不合理導(dǎo)致池內(nèi)死水區(qū)和污泥沉淀等問題。對工藝優(yōu)化和改造而言，中試實(shí)驗(yàn)不便宜，而且你無法找到10個(gè)真正的系統(tǒng)來測試，但你可以通過CFD建模，對不同運(yùn)行條件進(jìn)行虛擬仿真測試，提高測試速度和降低成本。可視化的3D模型可以幫助運(yùn)行人員更好地了解污水廠的運(yùn)行概況。如下圖所示，這些CFD模型，可以將溶解氧、總氮濃度等參數(shù)可視化?；谶@些分析結(jié)果，管理人員可以制定相應(yīng)措施，減少不必要的曝氣量，提高能效。
沉淀池的CFD仿真 | 圖源：AM-TEAM
污水處理新路線圖
Wett博士的這套初沉池改造理念是否用于中國的污水廠還有待熱心人心的驗(yàn)證，畢竟中國的情況跟歐洲不一樣。但他因地制宜的獨(dú)立思考能力很值得我們參考借鑒，而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減耗、資源回收的污水處理是我們共同的愿景。
去年11月Wett博士參加了在重慶舉辦的一個(gè)IWA國際會議。他在會上分享了一個(gè)基于A/B 工藝的AAA初沉池+側(cè)流DEMON的污水處理工藝路線圖，與傳統(tǒng)的初沉池+活性污泥工藝對比：前者可以回收更多的有機(jī)物，因而得到更多的甲烷和回流氨氮(由側(cè)流工藝補(bǔ)償)。雖然仍未能實(shí)現(xiàn)主流厭氧氨氧化，但這套過渡性理念若能成功，也已經(jīng)能為許多現(xiàn)有污水廠的提標(biāo)改造提供了更靈活的方法。
基于A/B 工藝的高速碳捕獲和側(cè)流DEMON的污水處理工藝 | 圖源：IWA
原標(biāo)題：超級初沉池？奧地利新技術(shù)可四兩撥千斤，巧妙改造污水廠