实用技术丨高浓度复合粉末载体生物流化床技术
一、技术简介
适用范围
(1)适用于城镇生活污水处理领域
HPB技术可与氧化沟、AAO等常规工艺进行有机结合。目前已与大型水务公司开展工程化合作，成功应用于大、中、小型城镇污水处理厂新建、提标扩容项目。
(2)适用于乡镇生活污水处理领域
HPB技术已经成功应用于乡镇生活污水处理一体化设备开发、可根据项目不同规模大小和出水水质标准进行量身定制。同时，运行和维护简单，系统运行稳定，经济性好。
(3)适用于工业污水生化处理等领域
目前正在升级和开发新的复合粉末载体，以提高污水生化处理效率，且针对食品废水、印染废水、制药废水、造纸废水等不同类型的工业污水开展了小试研究，已取得了阶段性研究成果，后期将在相关领域开展工程化应用。
技术原理
基于污水生物处理的技术原理，通过向生化池中投加复合粉末载体，提高生物池混合液浓度的同时，构建了悬浮生长和附着生长“双泥”共生的微生物系统；并通过污泥浓缩分离单元(Concentrated Unit)、复合粉末载体回收单元(Recycled Unit)，实现了双泥龄，强化了生物脱氮除磷效率。
工艺路线
AOO工艺与HPB技术结合示意图
执行标准
1、《湖南省工程建设地方标准》(DBJ43/T 370-2021)
2、《高浓度复合粉末载体生物流化床技术规范》(T/CMIF 147-2021)
3、《绿色设计产品评价技术规范 水处理用复合粉末载体》(T/CSTE 0010-2021)
4、《绿色设计产品评价技术规范 生物载体分离回收系统》 (T/HPAESRCU 0012-2021)
应用效果
以某项目19万吨/天实际运行数据为例，改造前，出水水质达到国标一级A。采用HPB技术改造后，在进水污染负荷较同期明显升高的情况下，各项出水水质稳定达湖南省地标一级标准(准IV类)，污染物去除率较改造前明显提升，其中TN去除率由原62.1%提高至69.2%。
技术特点
1、创新性
HPB技术属于复合生物反应器(IFAS)的一种，但与常规的复合生物反应器相比具有较大的创新，其主要创新点如下：
一是采用微米级复合粉末载体，其作用如下：
(1)可随活性污泥全过程流化、回流等，无需设置专用的拦截与防护设施，不存在填料泄漏问题。
(2)良好的可流化特性，辅以全流程机械搅拌，提升传质效率，加快生化反应速率。
(3)与现有各种生物载体相比，复合粉末载体具有更大的比表面积，单位容积生物量更高，应对进水的水量、水质大幅波动变化的能力更强。
(4)可与AAO、氧化沟、SBR(包含其改良工艺)等多种活性污泥法联用，强化处理效果。
二是配备生物载体分离回收系统，其作用如下：
(1)将附着微生物的复合粉末载体回收利用，在“双泥法”的基础上实现“双泥龄”，同步提高脱氮除磷效果。
(2)将大部分载体回收重复利用，可大幅减少载体补充量，降低运行成本。
2、先进性
HPB技术较传统污水生物处理技术，具有“三省、三高”的先进性：
(1)省投资：相较传统工艺，提标扩建项目投资可节省30%以上，新建项目投资可节省10%～20%以上。
(2)省用地：无需新增用地。将现状生化池(氧化沟、AAO 等活性污泥工艺均可)改造为HPB生化池，可实现原池处理能力翻倍；新建HPB生化池用地仅为传统活性污泥法的1/3~1/2；大大提高了土地资源利用率。
(3)省工期：相较传统工艺，提标扩建项目建设工期可缩短30%以上，新建项目建设工期可缩短10%以上。
(4)高标准：二沉池出水COD、NH3-N和TN可稳定达到地表水准IV类标准，后端深度处理仅需强化TP和SS的去除，即可使整体水质达到准IV类标准，无需增设反硝化滤池等设施进一步脱氮。
(5)高效率：构建了独特的流化态双泥共生微生物系统，在传统活性污泥法基础上，实现了容积负荷翻倍；采用独有的载体回收系统，实现了双泥龄，长泥龄微生物强化脱氮，短泥龄微生物强化除磷，大幅提高系统脱氮除磷效果。
(6)高保障：双泥系统抗冲击负荷能力强，能够适应水量、水质在较大范围内波动，出水水质稳定达标；改造无需改动土建，可实现不停产改造，新建采用单元式独立操作，可实现不停产检修，为污水处理厂的稳定运行提供了可靠保障。
二、典型应用案例
案例名称
长沙市新开铺污水厂二期改扩建工程
案例简介
(1)项目简况
业主单位：长沙市排水有限责任公司
建设地点：湖南省长沙市新开铺污水处理厂厂内
现状规模：10.0×104 m3/d
改扩建规模：19.0×104 m3/d(Kz=1.3)
现状排放标准：《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准
设计排放标准：《湖南省城镇污水处理厂主要水污染物排放标准》(DB43/T 1546-2018)一级标准
(2)项目需求
新开铺水质净化厂二期改扩建工程拟将现状规模10×104m3/d扩建至19×104m3/d，出水水质由国标一级A标准提升至湖南省地标一级标准。原设计在厂区东侧新征用地约94亩进行提标扩建，总投资约12亿元。
由于项目征地拆迁成本过高，拆迁周期过长，原方案不宜继续实施。为此，业主提出寻找其他不征地工艺方案，在现有污水厂内部挖潜改造，来实现二期提标扩建的目标。
(3)解决方案
经过多方查找与比选，同时在中试与生产性试验取得成功的基础上，最终确定采用HPB工艺。该技术在原厂范围内即可完成提标扩建工作，无需另外征地，实现产能翻倍、水质提升的目标，且能够实现不停产改造，总投资约3.52亿元。投资金额、运行成本、建设周期等均大幅降低。
达到的标准或性能要求
出水执行《湖南省城镇污水处理厂主要水污染物排放标准》DB43/T 1546-2018一级标准
业主单位
长沙市排水有限责任公司
投运时间
单组运行(设计规模10万m3/d)：2019年9月；
两组运行(设计规模19万m3/d)：2022年1月。
工艺流程
工艺流程
运行情况
采用该工艺后出水水质可达到《湖南省城镇污水处理厂主要水污染物排放标准》(DB43/T 1546-2018)一级标准(其中主要污染指标限值为：化学需氧量(COD)≤ 30 mg/L、氨氮(NH3-N)≤ 1.5 mg/L、总氮(TN)≤ 10 mg/L、总磷(TP)≤ 0.3 mg/L)，其中二沉池出水中COD、NH3-N和TN可满足设计出水要求，后端仅需考虑TP和SS的去除效果。
1)处理水量
改造后单池(原处理能力5.0万吨/天)平均处理水量10.94万吨每天，峰值达16.6万吨/天，生化池停留时间不足3h，仍可保证出水稳定达标。这说明HPB技术抗冲击负荷能力强，能够适应水量在较大范围内波动。
2)水质分析
HPB技术在同一生化单元构建了悬浮生长和固定附着生长“双泥”共生的系统，既有活性污泥法的控制灵活性，又有生物膜法的抗冲击负荷能力，能够适应水量、水质在较大范围内波动，兼具活性污泥法和生物膜的双重优点。运行期间，系统整体进水水质波动较大，但出水水质可稳定达到湖南地标一级标准，说明HPB技术对水质变化适应性好，抗冲击负荷能力强，大幅提高了稳定达标排放的安全性。
技术应用产生的碳减排效果
(1)污水处理厂建设期碳减排分析
采用HPB技术可实现生化池处理能力翻倍。对于扩建项目，可不建生化池；对于新建项目可减小生化池池容，该技术大幅减少了污水厂新建或改扩建项目建设过程中碳排放量。
(2)污水厂运营期能源型碳减排分析
采用HPB技术在污水处理厂同等出水水质标准的前提下，能减少约20%除磷及脱水药剂投加量，可减少甚至无需投加碳源，有效减少了能源型碳排放。
(3)污水厂运营期逸散性碳减排分析
经测算，HPB-AAO工艺与传统AAO工艺碳排放对比，去除每吨COD碳排放量可减少3.2吨，单位碳排放量仅为传统AAO工艺的56.52%，大幅提升了碳减排水平。
(4)HPB技术提升污泥碳减排效率分析
采用HPB技术不仅可提高污水处理效率，还可提高脱水污泥中有机质含量10%左右，由此提高了“厌氧消化”过程中的甲烷产率，不仅提升了污泥资源化回收利用的价值，还提升了污泥碳减排效率。
原标题：环保新质生产力 高浓度复合粉末载体生物流化床技术
