【干货】HPB技术在城镇污水处理厂提标扩容中的创新与实践

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。

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（Concentrated 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。

（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载体，其主要成分是一类直径约20-50 μm、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。