（二）ESD的應(yīng)用前景

1、環(huán)境對(duì)TN超凈出水的需求

生態(tài)環(huán)境部頒布的《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）將水環(huán)境劃分為五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：Ⅰ類(lèi)-- 主要適用于源頭水，國(guó)家自然保護(hù)區(qū)；Ⅱ類(lèi)-- 主要適用于集中式生活飲用水、地表水源地**保護(hù)區(qū)，**水生生物棲息地，魚(yú)蝦類(lèi)產(chǎn)卵場(chǎng)，仔稚幼魚(yú)的索餌場(chǎng)等；Ⅲ類(lèi)-- 主要適用于集中式生活飲用水、地表水源地二級(jí)保護(hù)區(qū)，魚(yú)蝦類(lèi)越冬、回游通道，水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)等漁業(yè)水域及游泳區(qū)；Ⅳ類(lèi)主要適用于一般工業(yè)用水區(qū)及人體非直接接觸的娛樂(lè)用水區(qū)；Ⅴ類(lèi)-- 主要適用于農(nóng)業(yè)用水區(qū)及一般景觀要求水域。 

表1 《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002） 

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，生活改善，人民群眾對(duì)環(huán)境的要求越來(lái)越高，各地的排放標(biāo)準(zhǔn)也在不斷的提高。1996年生態(tài)環(huán)境部頒發(fā)的《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）中要求各地生活污水處理廠排放水質(zhì)COD≤60mg/L，NH₃≤15mg/L，TP≤0.5mg/L，未對(duì)TN提出要求；2002年生態(tài)環(huán)境部頒發(fā)的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）中的**A要求各地生活污水處理廠排放水質(zhì)COD≤50mg/L，NH₃≤15mg/L，TN≤15mg/L，TP≤0.5mg/L；隨著生活水平的提高，各地紛紛提出更嚴(yán)的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，如2022年江蘇省頒布的《江蘇省城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB32/4440-2022）新地標(biāo)中要求COD≤30mg/L，NH₃≤1.5mg/L，TN≤10mg/L，TP≤0.3mg/L。

表2     數(shù)據(jù)比較

污水處理廠的污染物排放指標(biāo)很多，*核心的就是COD、NH₃、TN、TP這四項(xiàng)。從上表中可以看出，四大指標(biāo)中，COD、NH₃、TP這三項(xiàng)指標(biāo)都能達(dá)到水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的四類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)，只有TN這一項(xiàng)不能達(dá)到地表四標(biāo)準(zhǔn)，甚至也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于五類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)。正是由于TN指標(biāo)上面的巨大差距，導(dǎo)致現(xiàn)實(shí)環(huán)境中經(jīng)常出現(xiàn)“富營(yíng)養(yǎng)化”污染事件，如青島的“海苔”事件、無(wú)錫太湖的“藍(lán)藻”事件，現(xiàn)實(shí)迫切需要大幅度提高TN排放要求。以前，由于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題使得提高出水TN要求成為不可能，本發(fā)明從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)兩方面使得大幅度提高TN出水要求成為可能，意義重大。

2、現(xiàn)有技術(shù)的局限

現(xiàn)有市政污水處理廠應(yīng)用*多的就是AAO工藝，**個(gè)A是厭氧池，主要為生物除磷創(chuàng)造條件，COD、NH₃、TN的解決主要是后面的AO工藝，又稱(chēng)倒置式反硝化工藝。從反應(yīng)的次序上來(lái)說(shuō)，生化池中微生物由于竟食優(yōu)勢(shì)，首先去除的是有機(jī)污染物（COD、BOD），當(dāng)BOD₅較低時(shí)，再進(jìn)行硝化反應(yīng)，將NH₃氧化為亞硝酸鹽（NO₂^-）和硝酸鹽（NO₃^-），NH₃氧化為硝態(tài)氮后反硝化菌再進(jìn)行還原反應(yīng)，將硝態(tài)氮還原為N₂。由于反硝化菌屬于異養(yǎng)菌，反應(yīng)時(shí)需要消耗碳源COD，所以采用倒置反硝化工藝，將完成硝化反應(yīng)的污水內(nèi)回流到前面的反硝化池，充分利用原水中的碳源COD進(jìn)行反硝化，這樣就不需要外加碳源或者少加碳源。由于內(nèi)回流的限制，AO工藝TN去除率不可能做到很高，理論上*高去除率為80%，當(dāng)進(jìn)水TN為50mg/L時(shí)，AAO工藝*好的狀態(tài)下，出水TN濃度為10mg/L，再想提升TN去除率基本不可能；

*新的AOA工藝將反硝化置于好氧硝化之后。這是一個(gè)很好的技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)低碳源時(shí)同時(shí)對(duì)COD、NH₃、TN、TP很好的去除。這個(gè)工藝的核心，是控制硝化時(shí)間實(shí)現(xiàn)不完全硝化。O段的HRT由常規(guī)的6h以上縮短到4-5.5h，傳統(tǒng)AAO工藝中O池出水中只有NO₃^-（出水中NH₃濃度大多在0.5mg/L以下），AOA工藝O段出水中同時(shí)出現(xiàn)NH₃、NO₂^-、NO₃^-，在胞內(nèi)碳的加持下，*后一段的反硝化池內(nèi)就會(huì)實(shí)現(xiàn)全程反硝化、短程硝化反硝化、部分反硝化、厭氧氨氧化四者同時(shí)發(fā)生，彼此耦合。但是由于在O池內(nèi)主要是部分硝化PN（Partial Nitrification）,出水中NH₄⁺、NO₃^-、NO₂^-三者之間的比例不能**控制，不能將NO₂^-和NH₄⁺之間比例**地控制為1.32:1,TN的去除不能做到*大，不可能取得TN≤2mg/L的超凈出水；

國(guó)內(nèi)也有不少污水處理廠采用Bardengpho工藝，目前存在兩個(gè)問(wèn)題：a、對(duì)Bardenpho工藝掌握不透，很多污水廠內(nèi)回流都在**個(gè)O上，和Bardenpho工藝核心理念不符，回到了AAO工藝，TN去除率一樣受到內(nèi)回流比的影響；b、經(jīng)典Bardenpho工藝要求在**級(jí)反硝化補(bǔ)充碳源，這樣也能夠取得TN的超凈出水，但是運(yùn)行費(fèi)用上升，經(jīng)濟(jì)因素限制了這一技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。 

3、ESD工藝的優(yōu)點(diǎn)

ESD工藝具有如下優(yōu)點(diǎn)：1）可以取得TN超凈出水。在自控的加持下，將Ana反應(yīng)區(qū)內(nèi)NO₂^-和NH₄⁺的濃度控制在1.32:1附近區(qū)域，就可以使得NO₂^-和NH₄⁺盡量彼此消耗殆盡，出水TN*低。在二級(jí)反硝化區(qū)內(nèi)串聯(lián)兩段或三段反硝化，就可以將出水TN降到2mg/L或1.5mg/L以下，取得TN超凈出水；2）TN的去除效率更高。常規(guī)反硝化是單邊去除TN，去除1kgNO₃^-就是去除1kgTN；而Ana去除TN是雙邊，一邊是NO₂^-，另一邊是NH₄⁺，去除1kgNO₂^- ,實(shí)際去除TN是1.76kg；3）不需要外加碳源，只需要投加免費(fèi)的氨源，運(yùn)行費(fèi)用低；4）由于有15-30%左右的NH₃隨著氨源直接到二級(jí)反硝化通過(guò)Ana反應(yīng)被直接去除，沒(méi)有硝化過(guò)程，曝氣電耗降低；5）剩余污泥量少。由于20-30%的TN依靠Ana反應(yīng)去除，Ana菌的產(chǎn)泥系數(shù)明顯低于常規(guī)反硝化**的產(chǎn)泥系數(shù)，剩余污泥量少；6）利用濃度梯度，反應(yīng)速度較快。二級(jí)反硝化區(qū)為多格串聯(lián)的全混式反應(yīng)池，整體上屬于推流式反應(yīng)器，池內(nèi)底物濃度（NO₃^-）在進(jìn)口處一般是5-10mg/L，屬于零級(jí)反應(yīng)區(qū)，明顯高于AAO工藝中的常規(guī)**全混式反硝化池，反應(yīng)速度更快；7）發(fā)明工藝和目前*流行的A2O和Bar工藝接近，現(xiàn)有污水處理廠改造容易，工人操作管理上手快。8）整個(gè)工藝為厭氧+缺氧+好氧+厭氧氨氧化模式，厭氧反應(yīng)之后進(jìn)行缺氧反應(yīng)，再進(jìn)行好氧硝化反應(yīng)，*后進(jìn)行厭氧氨氧化反應(yīng)。反硝化**屬于異養(yǎng)菌，可以利用碳源迅速繁殖，抗沖擊能力較強(qiáng)，將它們置于整個(gè)反應(yīng)的首端，*能抵御進(jìn)水的沖擊。作為自養(yǎng)菌的硝化**、厭氧氨氧化菌繁殖慢，抗毒性不如異養(yǎng)菌，將硝化置于反硝化之后，尤其是繁殖速度*慢抗沖擊能力*弱的厭氧氨氧化置于整個(gè)反應(yīng)的*后端，同時(shí)安裝填料固定Ana菌，這樣的系統(tǒng)*為穩(wěn)定。