王凯军：连续流好氧颗粒污泥技术发展的瓶颈与挑战

王凯军：连续流好氧颗粒污泥技术发展的瓶颈与挑战

1.厌氧颗粒污泥的经验

要深入讲解好氧颗粒污泥，必须先从厌氧颗粒污泥谈起。为何如此？我相信大家在听完我的阐述后，可能会认同这一观点。首先，我想请大家铭记这位人物——Merle，她是好氧颗粒污泥领域中在国内被低估的关键人物，尽管她的贡献在国外得到广泛认可。她承前启后，成功推动了颗粒污泥技术从实验室研究迈向工程应用。作为Mark的博士生，她的博士论文工作为颗粒污泥的工程化奠定了坚实基础。在此之前，业界历经近十年的探索，却始终未能突破至工程应用阶段。在谈及好氧颗粒污泥研究时，她曾说“我借鉴了厌氧颗粒污泥的宝贵经验”。

厌氧颗粒污泥对于水处理技术有几个重要贡献，第一，实现了高效的反应器，通过UASB的发明，厌氧技术的负荷从原先的5公斤提升至10公斤以上。特别是以颗粒污泥为基础的厌氧膨胀床（EGSB），得益于其高浓度的颗粒污泥和快速的沉降性能，实现了极高的负荷水平。在工业应用中，平均负荷超过20公斤，最高可达100公斤，这是其首要贡献。

第二，反应器理论的重大创新。我们不难观察到，广泛地应用于环境工程之中连续搅拌反应器（CSTR）、推流式反应器、流化床反应器以及固定床反应器等概念最初源自化学工程领域。直至上流式厌氧污泥床（UASB）和颗粒污泥膨胀床（EGSB）反应器的问世，环境工程领域才真正拥有了其专属的反应器——这些设备与化学工程中的反应器存在本质上的区别。比如，在流化反应器的研究领域，化学工程的反应器主要关注的是刚性、均质颗粒反应器，而环境工程则更多地涉及柔性、非均质颗粒，两者在数学理论方面存在显著的差异。在此，仅对此问题简单涉及不展开论述，若各位对此话题感兴趣，建议深入研究化学工程反应器与环境工程反应器之间的差异，无疑会对此问题有深入的了解。

第三，高效厌氧反应器几乎达到生物处理的理论极限。刚才提到厌氧反应器的负荷上限可达到100公斤，这接近生物处理的上限。我们可以进行如下类比：牛胃的消化能力折算为负荷大约为100公斤，而在处理简单废水方面，EGSB系统便能实现100公斤的负荷。相较于之前仅能消化池三、五公斤的负荷，这无疑是数量级上的显著提升。

第四，厌氧颗粒污泥的研究揭示了颗粒污泥形成的一般规律。在厌氧颗粒污泥之后，相继出现了四五种不同的颗粒污泥，例如磷酸盐还原颗粒污泥、厌氧氨氧化颗粒污泥、产氢颗粒污泥、厌氧氨氧化颗粒以及好氧颗粒污泥，这些均在各类工程中得到了实际应用。我曾经在所著《厌氧生物技术》一书中总结了颗粒污泥形成的四大机制：颗粒化不仅限于产甲烷微生物，其他缓慢生长微生物（1）中也可发生颗粒化现象；只要采用适合的反应器（2）形式并以正确方式运行（3），其他生物处理工艺也能形成颗粒污泥；其中升流式反应器结构（4）有利于颗粒化过程。

第五，厌氧技术的应用场景广，比如源分离的应用场景。Lettinga教授多次提到厌氧是可持续发展的核心技术，近期也有人提出厌氧反应器是资源回收的“发动机”。证据来自于他们在源分离研究中发现，形成的颗粒污泥内部形成了磷酸钙的核心，五氧化二磷含量高达23%——须知，复混肥NPK标准含量为25%，由此可见，厌氧技术能够富集极高比例的资源。