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從概念到技術

荷蘭代爾伏特理工大學(TU Delft)對好氧顆粒污泥技術的研發工作始于上世紀90年代中期。繼實驗室實現好氧顆粒污泥穩定化、良好的脫氮除磷能力以及對好氧顆粒污泥技術進行工程化可行性評價之后，好氧顆粒污泥技術開始進行生產性（中間）試驗。2005年，TU Delft與荷蘭某公司率先推出了基于好氧顆粒污泥中試技術的Nereda?工藝。這項由荷蘭水務研究基金（STOWA）資助、TU Delft提供技術、6個水務局予以工程配合，以及某公司具體實施工程的Nereda?工程化項目不僅在荷蘭開始應用或構建工程，而且在南非、葡萄牙、愛爾蘭等地亦開展工程化應用。

Nereda?工藝運行機理類似于SBR工藝，所有反應過程均在一個反應器內序批式完成，主要由三個階段組成：進/出水階段；曝氣階段；沉淀階段。

Nereda?工藝運行過程圖解

通常情況下，Nereda?工藝中生物量濃度為6~12 kg/m3，好氧顆粒污泥（直徑≥ 0.212 mm）占到總泥量的80~90%，SVI5≈SVI30= 30~90 mL/g。對市政污水處理效果為：TN< 5~10 mg N/L，PO43--P< 1 mg P/L (不添加化學藥劑)，SS=10~20 mg/L(未二沉及過濾)。

從工程應用角度看，Nereda?工藝與傳統污水處理工藝相比具有明顯優勢。例如：好氧顆粒污泥沉降速度快、沉降性能好、反應器內生物量高、反應器占地少等。Nereda?工藝簡約、緊湊的設計風格還減少了機械設備（比如，回流泵、攪拌器等）數量，因而可以降低運行過程中的能量消耗，簡化反應器的運行操作，提高工藝的可靠性，并容易實現自動運行和遠程控制。Nereda?工藝所有這些特點都直接意味著投資成本和運行維護費用的大為降低。因此，好氧顆粒污泥技術被譽為一種可持續性技術。

好氧顆粒污泥與活性污泥的沉淀特性比較（沉淀5 min)

然而，好氧顆粒污泥技術在工程化應用過程中也存在一些實際問題。與傳統活性污泥工藝相比，好氧顆粒污泥工藝啟動運行需要增加一個污泥顆粒化（造粒）的過程。污泥顆粒化過程較為緩慢，這就勢必會延長啟動時間。為了加快造粒過程，可以采取一些技術措施，如：加強水力攪拌以獲得較高剪切力；縮短沉淀時間以選擇沉淀速度快、密度大的污泥顆粒；高、低負荷交替進水；啟動時即引入一定比例的顆粒化污泥作為晶種。好氧污泥顆粒造粒完成后，如果運行不當或者進水負荷波動較大，常常會導致顆粒污泥解體。因此，需要根據實際情況優化運行控制，以確保顆粒污泥完整的穩定性。

基于Nereda?技術的南非Gansbaai市政污水廠工藝流程

世界上第一座采用Nereda?工藝的市政污水處理示范工程首先在南非西角省的Gansbaai小鎮興建。該工程于2006年3月動工，2008年9月完工，總投資為2 500萬蘭特（約合2 420萬元人民幣）。與相同規模的傳統污水處理工藝相比，該升級改造Nereda?工程節省2/3的占地面積，節省43%的總投資，降低20%基建費用，削減50%運行費用。

基于Nereda?技術的南非Gansbaai市政污水廠工藝流程

Gansbaai市政污水處理Nereda? 工藝各部分的作用如下:

（1）進水部分。由粗格柵、沉砂池、砂水分離器以及2 mm孔徑的細格柵組成。進水與消毒部分的設計流量均為5 000 m3/d。

（2）進水緩沖池。主要起調節進水流量的作用，內部安裝有兩臺進水泵（一用一備），水泵在PLC控制下將污水抽送到Nereda?反應器中。

（3）Nereda?反應器。設有3座相同大小（D=18 m，H=7 m）的平行Nereda?反應器，每座容積為1 600 m3。在反應器內部安裝有耐損淹沒盤式曝氣系統。設有2個完全自動化運行的鼓風機（一用一備），以提供反應器曝氣之需要。鼓風機會實時監控自身運行情況；一旦出現故障，工作鼓風機則會自動停機；與此同時，信號發生器向中控室發出故障信號，自動啟動備用鼓風機。反應器和曝氣系統均按進水設計流量為4 500 m3/d設計，需要增加備用裝置才能滿足5 000 m3/d的處理能力。3座Nereda?反應器可根據進水負荷大小做出相應的關閉和開啟，并不是所有處理流程都在全天候運行，以增加處理流程的靈活性，降低能量消耗和維護費用。該工藝并沒有刻意設立厭氧段和缺氧段，因此，不需要攪拌設備。

（4）污泥濃縮池。原有污水處理反應器被改造成污泥濃縮池。

（5）設備與控制。所有流量調節閥均為易于維護的氣動調節閥。Nereda?反應器配備了AquaSuite?/Nereda?控制器，整個工藝流程完全自動控制，亦可實現遠程控制。

Gansbaai污水處理廠改造為Nereda?工藝后，運行十分穩定，出水水質十分良好，用于灌溉附近的運動場地和蘆葦地。值得一提的是，在不添任何化學藥劑的情況下，Gansbaai污水處理廠Nereda?工藝出水磷含量遠低于1 mg /L，比規定的10 mg /L更是低了幾十倍。由于臨近假期高峰時間，來自化糞池大量高濃度污水導致2010年1月進水磷和氨氮含量大幅增加，使2009年9月至2010年2月間的進水磷、氨氮濃度平均值分別達到19.25 mg/L和79.3 mg /L。盡管如此，Nereda?工藝對磷的平均去除率仍然達到83.5%，而出水氨氮濃度幾乎沒有發生變化， Nereda?工藝表現出很好的抗沖擊負荷能力。2010年2月19日監測數據表明，好氧顆粒污泥SVI5=78.8 mL/g、SVI30=59.1 mL/g，表明Nereda?工藝污泥沉降性能也沒有受到任何影響。

南非典型污水處理廠的處理效果

改造為Nereda?工藝后的處理效果