让污水厂实现100%能量自给？AB法工艺亦存在挑战

2022-11-02 14:44:29  信息编号：K225892  浏览次数：154

AB法是吸附生物降解法（Adsorption Bio-degradation）的简称，是德国亚琛大学BBohnke教授于70 年代中期开发的一种工艺。

虽然属于超高负荷，但其本质上还是活性污泥法，只不过是变成了两段：A段是吸附段，B段是生物氧化段。

这是AB工艺的流程图，可以看到A段是曝气池、中沉池，B段是曝气池和二沉池。

A段负荷高，而B段负荷就比A段小很多了。它们的活性污泥都是单独回流，互不影响，

因此，微生物在这种适宜的环境下可以很好地增殖，从而充分发挥其特性，提高污水处理效果，提升出水水质，保证各段生物的稳定性。

在实际的工程中，AB工艺一般当做是一种处理系统，由城市排水管网和污水厂构成，因此AB工艺前不设置初沉池，有利于提高A池处理功能。

01

AB工艺原理及特点

既然是两段活性污泥法，那我们也分两段来解释。

首先是A段。A段主要利用絮凝及吸附功能去除污染物，其中曝气池的负荷很高而且兼氧，高负荷的运行条件促使A段细菌快速繁殖并具有很高的活性。

A段的水力停留时间（HRT）和污泥龄均很短，不足以发生微生物对有机成分的氧化作用，所以A段的产泥量大约为整个工艺污泥总量的80%。

刚刚也说了，A段前未设初沉池，原污水可以直接进入，然后污水中的微生物就与A段原有的菌胶团絮凝在一起，因此A段中的污泥吸附能力极强并且有良好的沉降性能。

在实际工程中，A段能够缓冲水量的冲击负荷。

其次就是B段。我们都知道，联系是普遍存在的，何况是存在于同一个工艺里。B段良好的水利条件就是得益于A段对有机物的大量去除。

B段好氧并且其污泥负荷比常规活性污泥法要低，污泥龄一般为15～20d，HRT为2～4h，因此B段的产泥量比A段少很多，大约为整个工艺的20%。

去除有机污染物是B段的主要功能，B段曝气池的运行方式与活性污泥法相似，只有A段正常运行，B段才能正常发挥各项功能。

同样，提到AB工艺的特点，也需要分开说。

A段的特点

1）污泥负荷高，为增殖速度快的微生物种群提供了良好的环境条件。在A段能够成活的微生物种群，只能是抗冲击负荷能力强的原核细菌，原生动物和后生动物难于存活。

2）污泥产率高，并有一定的吸附能力，A段对污染物的去除，主要依靠生物污泥的吸附作用。这样，某些重金属和微生物降解有机物质以及氢、磷等物质，都能够通过A段而得到一定的去除，因而大大地减轻了B段的负荷。A段对BOD去除率大致介于40%～70%，但经A段处理后的污水，其可生化性将有所改善，有利于后续B段的生物降解。

3）对原污水中的一些指标如负荷、温度、pH以及毒性等作用具有一定的适应能力。

B段的特点

1）去除有机污染物是B段的主要净化功能。

2）B段的污泥龄较长，氮在A段也得到了部分的去除，BOD/N的比值有所降低，因此，B段具有产生硝化反应的条件。

3）B段承受的负荷为总负荷的30%~60%，与普通活性污泥处理系统比，曝气生物反应池的容积可减少40%左右。

02

AB工艺的优缺点

优点：

具有优良的污染物去除效果，较强的抗冲击负荷能力，良好的脱氮除磷效果和投资及运转费用较低等。

1：对有机底物去除效率高。

2：系统运行稳定。主要表现在：出水水质波动小，有极强的耐冲击负荷能力，有良好的污泥沉降性能。

3：有较好的脱氮除磷效果。

4：节能。运行费用低，耗电量低，可回收沼气能源。经试验证明，AB法工艺较传统的一段法工艺节省运行费用20%~25%。

缺点：

1：A段在运行中如果控制不好，很容易产生臭气，影响附近的环境卫生，这主要是由于A段在超高有机负荷下工作，使A段曝气池运行于厌氧工况下，导致产生硫化氢、大粪素等恶臭气体。

2：当对除磷脱氮要求很高时，A段不宜按AB法的原来去除有机物的分配比去除BOD55%~60%，因为这样B段曝气池的进水含碳有机物含量的碳/氮比偏低，不能有效的脱氮。

3：污泥产率高，A段产生的污泥量较大，约占整个处理系统污泥产量的80%左右，且剩余污泥中的有机物含量高，这给污泥的最终稳定化处置带来了较大压力。

03

奥地利AB法工艺污水厂

目前绝大多数采用传统活性污泥法工艺的污水处理厂均是以“达标排放”为主，以“能源和资源回收”为辅，因此能源效率比并不高。

这里插句，能源效率比是指污水产生的电能/污水处理厂运行所需的总电能。

美国国家环保局曾做过统计，污水处理规模小于5万m3/d的污水厂，处理污水消耗的电能为0.33（kW·h）/m3；规模大于50万m3/d的污水厂，处理污水消耗的电能为0.13（kW·h）/m3。平均电耗约0.25（kW·h）/m3，仅为污水所含潜能的1/9。

而污水中COD对应有机物含有大量化学能，COD为1mg/L时每m3污水含化学能约16.2kJ，是污水能源利用的主要途径。

如果以进水COD为500mg/L进行理论计算，基于AB工艺+厌氧消化+热电联产（CHP）工艺路线，可计算出每立方米污水发电潜能约0.340kW·h，可实现污水处理厂运行的能量自持。

因此，污水厂采用AB工艺，不但有可能实现能源的自给自足，甚至还可转变为能源工厂。

以奥地利Strass污水处理厂为例。

奥地利Strass污水厂位于奥地利西部，处理附近31个社区的污水，人口当量为60000，日处理规模3.8万t。它是全球首座采用AB工艺并在主流工艺上实践厌氧氨氧化，从而实现能量100%自给的污水厂，是欧洲效能最佳的污水处理厂之一。

Strass 污水厂的进水水质年均值为COD约700mg/L、BOD约340mg/L、TN约45mg/L、TP约9mg/L。AB工艺的A段COD去除率约55～65％，SRT约0.5天；B段工艺的SRT约10天，氨氮去除率约80％。出水氨氮控制在5mg/L左右，通过在线氨氮控制调节好氧池容来实现。

上面是该厂的工艺流程图。我们可以看到，原污水进来以后，通过高负荷活性污泥法吸附、转化污水中大部分悬浮物与溶解性有机物；之后污水进入主流好氧反氨化工艺，将污水中的部分NH3-N氧化成NO2-；随后，厌氧段使剩余的NH3-N发生厌氧氨氧化生成氮气。

污泥采用厌氧消化工艺处理，产生的CH4进行热电联产（CHP）。产生的热能用于消化池的加热与沼渣的干化，产生的电能则用于鼓风机和提升泵等设备的运行。

Strass污水处理厂在2005年就已实现碳中和运行，74.3%的进水COD以剩余污泥的形式进人污泥处理单元，具有良好的产气潜力，产出的甲烷用于CHP。

2008年，该厂又通过厨余垃圾与污泥的共消化提升产气量，能量补偿率达到123.0％，2009年又进一步提升至144.0％，至2014年已接近200.0％，不仅满足自身的电能需求，还能对外输出电能获得经济效益，实现污水处理厂向能源工厂的进化。

不仅仅是奥地利，其实，AB工艺发展到现在，也有学者提出了新的能量平衡路线，即高效碳捕捉＋主流厌氧氨氧化＋高效厌氧消化。

如流程图所示，A段碳源浓缩提取工艺主要包括以生物絮凝为主要作用的HRAS、化学强化一级处理（CEPT）、厌氧生物膜反应器（AnMBR）等。

由于A段将污水中绝大部分COD通过“网捕截获”转移到能源化途径，导致进入B段的污水呈现低碳高氮特性，有机碳源严重缺乏，常规生物脱氮工艺无法有效去除总氮，因此B段未来的发展趋势必定是采用自养生物脱氮技术，如短程硝化—厌氧氨氧化，或主流厌氧氨氧化。