隨著大家對(duì)污水蘊(yùn)含能量的認(rèn)識(shí)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(dòng)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(jí)。
超級(jí)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(jiǎn)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(duì)污水蘊(yùn)含能量的認(rèn)識(shí)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(jí)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(duì)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(qǐng)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(cè)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(huì)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(huì)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(dòng)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(dòng)，而所有其他過程都是空氣驅(qū)動(dòng)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(cè)量數(shù)據(jù)作自動(dòng)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(jiǎn)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(dòng)，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(jí)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(guó)也有一個(gè)案例，人口當(dāng)量為46000PE，項(xiàng)目?jī)?nèi)容是對(duì)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(guó)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(dòng)力學(xué)。CFD是通過計(jì)算機(jī)對(duì)包括流體流動(dòng)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(duì)污水處理效率有重要影響，例如污水倉可能會(huì)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(duì)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(cè)試，但你可以通過CFD建模，對(duì)不同運(yùn)行條件進(jìn)行虛擬仿真測(cè)試，提高測(cè)試速度和降低成本?？梢暬?D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(guó)的污水廠還有待熱心人心的驗(yàn)證，畢竟中國(guó)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(guó)際會(huì)議。他在會(huì)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(duì)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(jí)初沉池？奧地利新技術(shù)可四兩撥千斤，巧妙改造污水廠