采用序批式生物滤池颗粒反应器技术升级小型污水处理厂：技术经济和环境评估外文翻译资料

 2022-01-16 19:08:38

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采用序批式生物滤池颗粒反应器技术升级小型污水处理厂：技术经济和环境评估

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清洁生产杂志

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克劳迪奥·迪亚科尼a, *Guido Del MoroaGiorgio Bertanzab卡纳托b, 朱塞佩·拉拉aSara Heimerssonc，Magdalena Svanstroeuro;c

aCNR e国家研究所，Viale De Blasio 5,70132，Bari，Italy

b布雷西亚大学，土木，环境，建筑工程和数学系，Via Branze 43,45123，Brescia，Italy

cChalmers University of Technology，化学与化学工程系，SE 412 96，Goeuro;teborg，Sweden

文章信息

文章历史：

2016年9月16日收到修订后的表格

2017年1月23日

2017年2月5日接受

2017年2月6日在线提供

关键词： 斯比格尔颗粒污泥

技术经济评估环境影响工厂升级污泥最小化

摘要

本文旨在从技术经济和环境的角度评估现有污水处理厂的性能，其中传统的生物部分采用创新的Sequencing Batch Biofilter颗粒反应器进行升级。基于质量平衡，技术经济评估和环境评估，模拟和评估常规（CAS，常规活性污泥）和创新解决方案的性能，模拟和评估两种情景。结果表明，将活性污泥工艺转化为SBBGR可以大大 减少污泥产量（挥发性悬浮固体可达75％）。此外，二级沉淀和污泥稳定装置可以解散，减少面积需求（高达50％）。技术评估主要是积极的，电能消耗是唯一的关键项目。升级后的工厂的能源需求较高（比传统处理高 出约25％）主要与SBBGR系统中的循环流量有关。虽然升级后的工厂的经济可持续性取决于当地条件，但可以认 为可能是有利的：污泥处理和材料和试剂成本以及工厂重建投资是在CAS工厂升级之前应该仔细评估的项目。使 用SBBGR技术。环境评估也显示出积极的结果，尽管它指出污水中磷浓度的增加是一个潜在的关键问题，它突出 了电力使用和增加的氧化亚氮产生，因为在实际应用中需要仔细检查的其他事项。

copy;2017 Elsevier Ltd.保留所有权利。

  1. 介绍

城市污水处理过程中产生的污泥管理是一个日益重要的问题。尽 管产生的污泥量仅为处理后废水量的2％左右，但其处理和最终处置 需要非常高的资本和运营成本，占总运营成本的50％。

*通讯作者。

电子邮件地址：克劳迪奥.DIACONION.B.IRA.CN.IT （C. Di Iaconi）圭多·德莫罗资讯科技 （G. Del Moro）吉尔吉奥 （G. Bertanza）利玛窦。 卡纳托克大学 （M. Canato）GuuePPE.Laaa@ B.IrSA.CNRIT （G. Laera）萨拉。 海默森 （S. Heimersson） 马格达莱纳 （M. Svanstreuro;）。

污水处理厂 （霍兰， 1990 岁； Wei等， 2003;Pe#39; 雷兹- Elvira等， 2006;Ozdemir和Yenigun，2013年).

在过去的二十年中，污泥量在全球范围内急剧增加。在欧洲（EU- 15），1998年至2005年间增加了约50％，达到年产量

980万吨干固体（Foladori等，2010).还包括欧盟12国（即2004年后 加入欧盟的新成员国）的贡献，可获得接近1100万吨干固体的全球价 值（Kelessidis和Stasinakis，2012年).由于更严格的污水管理和越 来越多的污水处理厂，预计这些数字将进一步增加。为了应对这种增 加的污泥产量以及与资源有效管理相关的问题，通常考虑采用各种方 法进行植物更新和生产

http://dx.doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.02.034

0959-6526 /copy;2017 Elsevier Ltd.保留所有权利。

从污泥中回收材料和能源的翻新，包括污泥质量控制，以便农业使用（王 等，2008).然而，在小型处理厂（由于污泥质量和/或数量低） 或高工业贡献（导致污泥质量差）的情况下，这些选择通常是不可行或不方便的。在这些情况下，减少剩余污泥产量似乎是减少处理， 运输和处置成本的唯一可行方法。

在过去的十年中，一种新的生物系统，即序批式生物滤池颗粒反应器（SBBGR），已经开发并测试了市政和工业废水处理。与传统污水处理厂的生物阶段相比，该系统能够显着减少污泥量（Di Iaconi 等，2010a).SBBGR包括一个以废水供给，处理和排放循环运行的单一流域。它结合了附加生物质系统（即稳健性和紧凑性）的优势与周期性系统的优势（即灵活性和稳定性）（罗杰斯和詹，2003年;Bajaj等人， 2008;Farhadian等，2008).与这些系统类似，SBBGR比悬浮生长生物质反应器具有更高的使用潜力，因为它可以保留具有更高代谢活性的更高浓度的生物质。此外，通常发现附着的生物质更具抗毒性（佩德森和阿文， 1995），因此更适合工业废水的处理。然而， SBBGR是一种独特的系统，由于其中生长的特定类型的生物质，其由两种不同的部分组成：附着于载体材料的生物膜和包埋在通过填充反应器的一部分而产生的孔中的生物质颗粒用填充材料（Di Iaconi 等，2010a).值得注意的是，在SBBGR中，颗粒被填充材料保留而不是像最近提出的颗粒状生物质序批式反应器那样被悬浮（高等人，2011; 普 等，2015).整个生物质（即生物膜和颗粒）完全被限制在称为床

（或生物过滤器）的反应器的专用区域中，因此不再需要二次沉降器。 与粒状生物质序批式反应器相比，该特征在操作稳定性方面具有很大优势，其中通过应用非常短的沉降阶段获得粒状生物质的选择和絮凝生物质的洗出（秦等人，2004).当颗粒结构和密度发生轻微改变时

（例如，在丝状细菌生长的情况下），这种水力选择压力还可导致 来自反应器的颗粒状生物质的冲洗。事实上，颗粒状生物质的长期 不稳定性是阻碍实际全面应用创新好氧颗粒污泥技术的主要瓶颈之 一（李等人，2010).这种缺点不能在SBBGR系统中发生，因为没有沉 淀阶段，因为生物质被捕获在填充材料中。这种有效的生物质保留允 许在SBBGR中实现非常高的污泥龄（比传统的悬浮生长系统高出一个数 量级），从而减少污泥产量（迪艾科尼 等，2009).事实上，微生物在内源性代谢阶段花费了很多时间，其中生物量衰减率对生物量增 长率的贡献变得相关（迪艾科尼 等，2010a).此外，由于连续操作产生的高生物量浓度和动态条件，SBBGR生物质暴露于需氧和厌氧条件的 交替，激活了解偶联的新陈代谢（刘， 2003).因此，消耗分解代谢提取的能量限制了合成代谢并导致生物量产量降低（Low et al。， 2000），如在其他系统中观察到的，在氧气和厌氧环境中交替暴露

（Wei等，2003).SBBGR已经清楚地证明了这一点，当它取代了传统 废水处理厂的活性污泥阶段时（基于此）

初级和二级处理）并显着减少污泥产量（Di Iaconi等，2010a).

SBBGR技术已成功应用于处理各类废水（城市废水，垃圾填埋场渗滤液，制革厂和纺织废水）。特别是在主要城市污水的情况下，SBBGR去除了80％的化学需氧量（COD），总悬浮固体（TSS）和氮含量，确保残留浓度低于意大利排入土壤的限值。这些性能确保有机负荷率（OLR） 高达2.5 kg COD / m3d（迪艾科尼 等，2010a).在处理难以生物降解的制革废水中，生化需氧量（BOD5）与COD比值为0.41e0.43，COD，TSS和氨的去除率分别为91％，90％和78％，在OLR运行SBBGR时，2.1 kg COD / m3d

（Di Iaconi等，2010b).对于成熟的城市垃圾填埋场渗滤液，其特点是氨浓度（1.5e2 gN / L）和盐度（16e22 mS / cm），SBBGR技术能够生产出氨和氧化氮浓度低的出水。分别为10和20 mg / L（Di Iaconi等， 2011).最后，在混合市政和纺织废水的处理过程中，SBBGR分别达到了COD， TSS，总凯氏氮（TKN）和表面活性剂的去除效率分别为82％，95％，88％ 和77％，可以满足意大利排放到地表水中的限制，不需要进一步的三级处理，并且水处理停留时间（11小时对30小时）比处理相同废水的集中式工厂低得多（Lotito等，2014).对于所有废水类型，由于SBBGR系统的高生 物量年龄（高于200天），SBBGR的特征是低比污泥产量（0.12e0.14千克

tss/千克除去鳕鱼）。

到目前为止，SBBGR的全面适用性和可持续性尚未得到证实。因此， 本研究的目的是模拟该技术在升级常规活性污泥（CAS）处理厂中的应用，该处理厂配备有好氧污泥稳定剂并具有15,000人当量（PE）的处理能力。根据质量和能量平衡的结果以及全面设计的技术经济和环境评估，对这两种配置进行了比较。根据文献数据（CAS）和试验工厂监测活动（SBBGR）的实验结果，对全厂的质量和能量平衡进行了研究。这些天平的结果用于传统和升级配置的技术经济和环境评估。

  1. 材料和方法

试点实验

通过在示范性规模SBBGR原型（体积为300L的中试装置）上的实验 评估所提出的升级方案的有效性。其他地方报告了原型配置和操作的 详细说明（迪 Iaconi等，2014).原型的主要特征是生物质与液相的完全分离。当生物质被限制在填充有塑料材料（轮状元件）的反应器

（生物过滤器）的专用隔室中时，废水在具有连续空气供应的曝气室和生物降解过程发生的生物过滤器之间循环。通过这种方式，经处理 的废水总是不含生物质并且可以容易地处理。SBBGR的草图如下所示图。 1.

原型的操作基于一系列6小时的处理循环，每个循环由三个连续阶段组成：填充，反应和拉伸。在填充阶段固定

通过填充泵将待处理的废水量添加到曝气器中。在反应阶段，曝气器 中的废水通过生物过滤器的生物质支持材料连续循环。最后，在拉伸

表格1

工厂要满足的废水特性（设计假设）;对于非敏感区域（因

此对磷释放没有限制）。

阶段，通过打开电动阀，处理过的废水通过重力从曝气器室排出。然

后该工厂准备开始新的处理周期。使用可编程逻辑控制器（PLC）完 成自动化操作计划（填充，再循环，曝气，绘图），从而可以更改组 件（即灌装泵，循环泵，鼓风机，抽取阀）的运行时间。

将压力计设置在生物过滤器隔室的底部并用于记录由于生物质生长导致的水头损失和从流入的废水中保留的悬浮固体。当达到头部损失的设定值时，通过将空气冲洗通过生物过滤器进行洗涤操作，直到头部损失减小到一定值。必须强调的是，洗涤操作起到与CAS系统中废污泥流速相同的作用，即调节污泥龄，这是过程操作中的关键参数。 实际上，污泥可以与活性污泥系统类似地与流出物（即，作为悬浮固体）一起离开SBBGR系统，或者由于洗涤操作（即“强制离开”）而离开SBBGR系统。

SBBGR试验工厂用来自意大利南部城市巴里当地污水系统的原始城市污水供给，运行了大约两年。在启动期（七个月）后，旨在通过生物膜部分从生物膜逐渐转移到颗粒中来生成SBBGR系统的典型生物量（SBBGR 中生物量生成的详细描述见Di Iaconi等，2014），建立实验活动以最大化工厂的废水处理能力。为了做到这一点，工厂的水力负荷逐步增加，直到出水水质不再符合规定的要求。表格1.监测工厂在达到出水水质标准的 最大水力负荷下的性能约六个月，并根据主要物理和化学总参数的去除进行评估，如化学需氧量（COD），生化需氧量（BOD）5 ），总悬浮固体

（TSS），总氮（TN），总凯氏氮（TKN），氨氮（NH eN）和硝酸盐氮（NO-3

3

-N）。还评估了剩余污泥产量及其稳定程度。

参数 价值（mg / L）

鳕鱼 50

bod5 25

TSS 20

总氮 18

NH3eN 2

没有3 n 14

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资料编号：[1302]

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