HPB技术在城镇污水处理提标扩容的创新.doc

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1、HPB技术在城镇污水处理提标扩容的创新随着城镇人口的增加及污水收集率的提高，污水排放量与日俱增。另外，污水处理厂还面临着从一级B标准提升至一级A标准、准IV类或更高标准的任务。这就使得污水处理厂新建扩容及提标改造势在必行，在城镇污水处理中追求技术上的创新也是大势所趋。日前在杭州举办的中国城镇水务发展国际研讨会上，湖南科友环保有限公司技术高级总监韩红波以HPB技术在城镇污水处理厂提标扩容中的创新与实践为题作了报告，详细介绍了HPB的技术背景、技术原理及优势，从复合粉末载体、专业机械搅拌系统和载体回收系统等5个方面阐明了其技术核心，并以“长沙市新开铺污水厂改扩建工程”等实际案例分享了HPB技术的产

2、业化应用，分析了HPB技术的应用前景。一、高浓度复合粉末载体生物流化床（HPB）技术介绍1、技术背景（1）技术需求污水量与日俱增：随着城镇人口的增加、生活水平的提高以及污水收集率的提高等，污水量与日俱增；新建或扩容污水处理厂势在必行。排放标准不断提高：污水处理厂面临从城镇污水处理厂污染物排放标准 一级B标准提升至一级A标准、准IV类或更高标准的任务；合流制溢流（CSO）污染控制需求。（2）技术瓶颈建设用地制约：传统提标扩容工艺对扩建用地要求较高；预留用地紧张、征地和拆迁困难。建设、运营资金的增加：传统提标扩容工艺对建设和运营资金要求较高；对初期雨水仅能做预处理，全处理投资大、成本高。2、发展历

3、程（1）1964-1991 厚积薄发1964年：同济大学首次开展硅藻土过滤技术研究，进入“文革”期间，研究中断。1989年：重启该项目研究。（2）1992-2002 攻坚克难1992年：通过上海市科委组织的专家鉴定；开发出硅藻土预涂膜过滤器；第一套设备应用于浙江省宁海县游泳馆泳池水循环过滤。2000年：硅藻土浮选技术的推广，使原材料的加工成本降低，硅藻土在水处理中的应用得到进一步推广。（3）2003-2017 科技创新2003年：硅藻土应用的深入研究列入上海城市水环境改善技术及综合示范项目（国家863计划）子课题改性硅藻土滤池处理技术研究。2006年：子课题通过上海市教委组织的专家鉴定，研究成

4、果达到国际先进水平。（4）2018-2020 产业突破2018年湖南三友环保科技有限公司结合产学研优势，对复合粉末载体用于城镇污水处理大规模产业化研发进行投资，解决多项关键技术难题。2019年湖南科友环保有限公司完成中试试验、生产性试验。进行大规模产业化和工程化应用。3、技术原理高浓度复合粉末载体生物流化床（High Concentration Powder Carrier Bio-fluidized Bed，简称HPB），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”共生的流化床系统；并通过污泥浓缩分离单元（Conce

5、ntrated 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。从原理上讲，HPB工艺属于复合生物反应器IFAS工艺（Integrated Fixed-film Activated Sludge) 的一种，与传统相比具有明显的创新和优势。创新点之一：HPB工艺采用微米级复合粉末载体。（1）可伴随活性污泥实现全过程流化、回流等，无需设置专用的拦截与防护设施。（2）良好的流化状态，提高了传质效果，进一步加快生化反应速率。（3）更大的比表面积，单位容积生物量更高，容积负荷更高，抗冲击负荷能力更强。创新点之二：HPB工艺配备粉末载体回收装置。

6、（1）可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）将大部分载体回收利用，减少日常载体投加量，降低运行成本。4、技术优势HPB技术的优势可概括为：三省三高。省投资：新建项目节约投资20%以上；省占地：新建项目生化池占地较传统工艺节省一半，提标扩容无需新增用地可实现生化池水量翻倍、水质提升；省周期：建设周期缩短约30%以上；高效率：实现双泥龄，短泥龄微生物强化除磷，长泥龄微生物强化脱氮；高标准：出水水质可以达到 “准IV类”及以上标准；高保障：可实现不停产改造、不停产检修、保障稳定运行。5、技术核心（1）复合粉末载体HPB技术的核心复合粉末

7、载体，其主要成分是一类直径约20-50 m、多孔结构、具有高生物亲和性的天然无机颗粒；同时复配有特殊制剂，有利于脱氮微生物附着并形成生物膜，不仅可提高反应器中的微生物量，还可优化微生物种群结构，为HPB系统的高效城镇污水生物处理提供保证。城镇污水处理厂采用HPB工艺，在生化池采样进行微生物高通量检测，结果显示：复合粉末载体加入后，参与硝化和反硝化作用的微生物，如变形菌门丰度相比活性污泥法12.62%提升到22.62%（厌氧段）和28.67%（好氧段）；且成为系统内优势微生物种群。HPB工艺混合液中各脱氮功能微生物丰度高于活性污泥法。此外，属丝状菌的绿弯菌门微生物丰度大幅下降，说明HPB系统运行

8、更为稳定。HPB生化池混合液中参与氮循环相关酶丰度的检测结果：硝基还原酶（Nitroreductase）、硝酸盐还原酶（Nitrate reductase）、铁氧蛋白亚硝酸还原酶（Ferredoxin nitrite reductase）等丰度，较活性污泥系统均较大幅提升，说明HPB系统较常规活性污泥系统脱氮反应增强。（2）专业机械搅拌系统为了保证HPB生化池的生物反应的效率、防止初始投加复合粉末载体沉积、加强对流传质、提升溶解氧利用率等，采用专业的低速机械搅拌。考虑到安装、维修以及在好氧池中使用稳定性，专业搅拌机械采用空心式浆叶设计、顶置式电机及减速箱、垂直悬挂式安装，具有浆叶展开面积大、透

9、气性好、水平传输动能大、能耗低等特点。（3）载体回收系统基于水力旋流分离法原理，可将不同密度颗粒物利用质量差分离。复合粉末载体分离回收系统实现了污泥“双泥龄” ，有效地缓解了聚磷菌与反硝化菌在世代周期上的矛盾，强化了系统同步脱氮除磷效果。回收系统可实现复合粉末载体重复利用，节约运行成本。（4）精准控制系统基于HPB数学模型，以及在线仪表提供不同流量和水质条件下的实时变量，可以计算得出生化池各部分单元操作的过程参数，并通过计算机下达给执行单元实时调整。控制系统的关键节点：数据的实时性；分区变量的监测；智能化学习系统分析。（5）在线检修功能采用独立单元格设计，各单元格之间可以通过闸板隔离，被隔离单

10、元格的前后可以通过专用超越管连通。不影响系统正常运行的情况下，做到不停水检修，避免污水下河。6、知识产权知识产权国际专利（PCT）3项；国内发明专利7项（已授权3项）；国内实用新型专利4项（已授权3项）。技术认定科技成果处于国际先进水平；技术标准入选工信部绿色标准研究项目；国家环保机械行业协会水污染防治装备技术目录；湖南省环境保护先进技术；湖南省政府采购两型产品目录；二 新开铺污水厂改扩建工程HPB技术应用1、项目背景现状：10104m/d，国标一级A标准；目标：19104m/d，省地标一级标准；问题：用地紧张、征拆困难、投资高；需求：寻找更高效的处理工艺，在原厂内完成提标扩容；原设计总投资：

11、7.4亿元征拆费用，4.9亿元建设费用；采用HPB总投资：无需征地拆迁，建设费用约3.8亿元。一阶段工程目标2、生化池改造改造前总停留时间9.6h；改造后总停留时间4.8h，厌氧0.5h，缺氧0.7h，好氧3.6h，污泥浓度8g/L左右。3、处理水量及温度4、出水水质分析（1）COD进水COD：51474mg/L，进水均值230.4mg/L；出水均值9.35mg/L，平均去除率94.93%。（2）NH3-N进水NH3-N：1.8416.88mg/L，进水均值7.96mg/L；出水均值0.13mg/L，平均去除率98.32%。（3）TN进水TN：10.7056.40mg/L，进水均22.57mg

12、/L；出水均值6.96mg/L，平均去除率66.82%。（4）TP进水TP：1.4222.52mg/L，进水均值4.85mg/L；出水均值0.13mg/L，平均去除率96.68%。（5）SS进水SS：481640mg/L，进水均值296mg/L；出水均值1.5mg/L，平均去除率99.30%。5、产泥量产泥系数（kg/m）6、水质情况分析小结生化停留时间最短可做到3h，系统冗余更大；强化生物除磷，深度处理加药量更少；生化段控制TN达标，后续无需考虑脱氮；厌氧氨氧化+同步硝化反硝化，所需外加碳源更少；双泥法，抗冲击负荷能力更强。7、电耗分析（与改造前一级A标相比）尾水提升电耗约占全厂45%。8、

13、药耗分析（与改造前一级A标相比）综合上述，电耗、药耗分析，HPB技术用一级A的运行成本达到了省地标一级标准的水质。4月17日，新开铺污水厂二期改扩建工程应用HPB工艺专家论证会。专家包括哈工大教授、中国工程院任南琪院士、原北京排水集团总经理杨向平教授、原北京市政设计院总工程师杭世珺教授、湖南大学柯水洲教授、湖南省建筑设计院副总工程师罗惠云教授等。HPB工艺可有效解决城镇污水处理厂在新建、提标、扩容、过程中面临的征地拆迁难、投资和运营成本高、建设周期长等突出问题，新开铺污水处理厂二期改扩建工程应用HPB工艺具有示范效应和推广意义，建议该项技术研发团队后续应不断创新优化，并在城镇污水处理基础上，更

14、进一步拓展其应用范围。三 其他应用案例案例一：益阳首创团洲污水处理厂应急项目首创团洲污水处理厂原规模为10.0104m/d，提标扩建工程目标为16.0104m3/d，出水标准为一级B标准升级至一级A标准。在提标扩建中需要将氧化沟和二沉池分组停水改造。采用HPB技术进行应急强化，在二级处理构筑物减半的情况下，维持水量水质不变。目前已结束服务运营（130天）。案例二：宁乡市大成桥镇污水处理厂项目近期设计规模1000m/d ，远期设计规模2000m/d ，出水执行城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002)一级A标准。目前已完成竣工验收。案例三：湖南新邵高铁新城污水处理厂项目设计规模60

15、00m/d ，出水执行城镇污水处理厂污染物排放标准一级A标准。案例四：长沙县北山污水处理厂提标项目设计规模2000m/d ，原工艺为接触氧化，出水标准一级B，采用HPB进行提标改造，出水执行城镇污水处理厂污染物排放标准一级A标准。其他应用案例四 应用前景1、提标扩容无需新建生化池，利用现有生化池实现水质水量双提升；二沉池出水水质好，后端深度处理无需考虑进一步脱氮；不停水改造，且改造施工周期短。2、新建容积负荷高，为常规活性污泥法的2-3倍，生化池土建工程量大大减少；出水水质可通过工艺参数调整适应不同的排放标准（一级A、准IV及以上）；对城市排水系统提质增效后污水厂进水浓度上升有良好的适应性；独立单元格设计，可实现不停水检修功能。3、适合城镇合流制污水处理面临困难：城镇合流制污水的特点为旱季流量小、浓度高，雨季流量大、浓度低，平均截流倍数1-3，给目前城镇污水处理系统带来很大困难；采取的措施多为针对SS和TP做简易处理后排放，