HPB技術在城鎮汙水處理廠提標擴容中的創新與實踐

HPB技術在城鎮汙水處理廠提標擴容中的創新與實踐

北極星水處理網訊:隨著城鎮人口的增加及汙水收集率的提高，汙水排放量與日俱增。另外，汙水處理廠還面臨著從一級B標準提升至一級A標準、準IV類或更高標準的任務。這就使得汙水處理廠新建擴容及提標改造勢在必行，在城鎮汙水處理中追求技術上的創新也是大勢所趨。

日前在杭州舉辦的中國城鎮水務發展國際研討會上，湖南科友環保有限公司技術高級總監韓紅波以《HPB技術在城鎮汙水處理廠提標擴容中的創新與實踐》為題作了報告，詳細介紹了HPB的技術背景、技術原理及優勢，從複合粉末載體、專業機械攪拌系統和載體回收系統等5個方面闡明了其技術核心，並以「長沙市新開鋪汙水廠改擴建工程」等實際案例分享了HPB技術的產業化應用，分析了HPB技術的應用前景。

一、高濃度複合粉末載體生物流化床（HPB）技術介紹

1、技術背景

（1）技術需求

汙水量與日俱增：隨著城鎮人口的增加、生活水平的提高以及汙水收集率的提高等，汙水量與日俱增；新建或擴容汙水處理廠勢在必行。

排放標準不斷提高：汙水處理廠面臨從《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》 一級B標準提升至一級A標準、準IV類或更高標準的任務；合流制溢流（CSO）汙染控制需求。

（2）技術瓶頸

建設用地制約：傳統提標擴容工藝對擴建用地要求較高；預留用地緊張、徵地和拆遷困難。

建設、運營資金的增加：傳統提標擴容工藝對建設和運營資金要求較高；對初期雨水僅能做預處理，全處理投資大、成本高。

2、發展歷程

（1）1964-1991 厚積薄發

1964年：同濟大學首次開展《硅藻土過濾技術研究》，進入「文革」期間，研究中斷。

1989年：重啟該項目研究。

（2）1992-2002 攻堅克難

1992年：通過上海市科委組織的專家鑑定；開發出硅藻土預塗膜過濾器；第一套設備應用於浙江省寧海縣遊泳館泳池水循環過濾。

2000年：硅藻土浮選技術的推廣，使原材料的加工成本降低，硅藻土在水處理中的應用得到進一步推廣。

（3）2003-2017 科技創新

2003年：硅藻土應用的深入研究列入《上海城市水環境改善技術及綜合示範項目》（國家863計劃）子課題——《改性硅藻土濾池處理技術研究》。

2006年：子課題通過上海市教委組織的專家鑑定，研究成果達到國際先進水平。

（4）2018-2020 產業突破

2018年湖南三友環保科技有限公司結合產學研優勢，對複合粉末載體用於城鎮汙水處理大規模產業化研發進行投資，解決多項關鍵技術難題。

2019年湖南科友環保有限公司完成中試試驗、生產性試驗。進行大規模產業化和工程化應用。

3、技術原理

高濃度複合粉末載體生物流化床（High Concentration Powder Carrier Bio-fluidized Bed，簡稱HPB），基於汙水生物處理的技術原理，通過向生化池中投加複合粉末載體，提高生物池混合液濃度的同時，構建了懸浮生長和附著生長「雙泥」共生的流化床系統；並通過汙泥濃縮分離單元（Concentrated Unit）、複合粉末載體回收單元（Recycled Unit），實現了「雙泥齡」 ，強化了生物脫氮除磷效率。

從原理上講，HPB工藝屬於複合生物反應器IFAS工藝（Integrated Fixed-film Activated Sludge) 的一種，與傳統相比具有明顯的創新和優勢。

創新點之一：HPB工藝採用微米級複合粉末載體。

（1）可伴隨活性汙泥實現全過程流化、回流等，無需設置專用的攔截與防護設施。

（2）良好的流化狀態，提高了傳質效果，進一步加快生化反應速率。

（3）更大的比表面積，單位容積生物量更高，容積負荷更高，抗衝擊負荷能力更強。

創新點之二：HPB工藝配備粉末載體回收裝置。

（1）可將附著微生物的複合粉末載體回收利用，在「雙泥法」的基礎上實現「雙泥齡」，同步提高脫氮除磷效果。

（2）將大部分載體回收利用，減少日常載體投加量，降低運行成本。

4、技術優勢

HPB技術的優勢可概括為：三省三高。

省投資：新建項目節約投資20%以上；

省佔地：新建項目生化池佔地較傳統工藝節省一半，提標擴容無需新增用地可實現生化池水量翻倍、水質提升；

省周期：建設周期縮短約30%以上；

高效率：實現雙泥齡，短泥齡微生物強化除磷，長泥齡微生物強化脫氮；

高標準：出水水質可以達到 「準IV類」及以上標準；

高保障：可實現不停產改造、不停產檢修、保障穩定運行。

5、技術核心

（1）複合粉末載體

HPB技術的核心複合粉末載體，其主要成分是一類直徑約20-50 μm、多孔結構、具有高生物親和性的天然無機顆粒；同時復配有特殊製劑，有利於脫氮微生物附著並形成生物膜，不僅可提高反應器中的微生物量，還可優化微生物種群結構，為HPB系統的高效城鎮汙水生物處理提供保證。

城鎮汙水處理廠採用HPB工藝，在生化池採樣進行微生物高通量檢測，結果顯示：複合粉末載體加入後，參與硝化和反硝化作用的微生物，如變形菌門豐度相比活性汙泥法12.62%提升到22.62%（厭氧段）和28.67%（好氧段）；且成為系統內優勢微生物種群。HPB工藝混合液中各脫氮功能微生物豐度高於活性汙泥法。此外，屬絲狀菌的綠彎菌門微生物豐度大幅下降，說明HPB系統運行更為穩定。

HPB生化池混合液中參與氮循環相關酶豐度的檢測結果：硝基還原酶（Nitroreductase）、硝酸鹽還原酶（Nitrate reductase）、鐵氧蛋白亞硝酸還原酶（Ferredoxin nitrite reductase）等豐度，較活性汙泥系統均較大幅提升，說明HPB系統較常規活性汙泥系統脫氮反應增強。

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