技术文章分享：ESD工艺介绍（一）
（一）ESD工艺介绍（专利申请号202610654482.5）
强化二级反硝化工艺（Enhanced Secondary Denitrification，简称ESD工艺）属于Bardenpho改良工艺，又叫AAOAO、AAOAAO工艺或AAOAAAO工艺。
图1 Bardenpho工艺
以下是ESD工艺的几种具体形式：
AAOAO工艺
AAOAAO工艺
AAOAAAO工艺
图2 ESD工艺
表面看，ESD工艺和Baodenpho（以下简称Bar）很像，特别是AAOAO形式上完全一致，实际上这两种工艺是不一样的：1）反应机理完全不一样。Bar的二级反硝化是常规反硝化,ESD的二级反硝化主体反应是PD+Anammox（以下简写Ana）（部分反硝化+厌氧氨氧化），二者反应机理完全不一样；2）菌种不一样。Bar二级反硝化是常规反硝化，菌种就是活性污泥中的常规反硝化细菌。ESD工艺除了有少量的CD之外（Complete Denitrification完全反硝化），主体反应是PD+Anammox，PD主要依靠常规反硝化细菌完成，而Anammox主要是依靠Anammox菌完成。由于Anammox菌的世代时间比较长，所以在Ana反应区内需要安装填料固定Ana菌；3）对碳源需求不一样。Bar的二级反硝化是常规反硝化，所以Bar工艺中二级反硝化区需要外加碳源。ESD的二级反硝化的主体Anammox反应完全不需要碳源，只需要从厌氧池出水抽取15-30%左右作为氨源投加。氨源中的COD可以满足PD反应所需的碳源，在碳源的加持下，完成PD反应，NO3-→NO2-，当然在碳源富余时也会有少量的CD发生，NO2-→N2，CD发生的比例随碳源富余量自动耦合。在PD区积累的NO2-流入Ana反应区后，就会和氨源中的NH4+发生Ana反应，1.32NO2-+NH4++0.066HCO3-+0.13H+=1.02N2+0.26NO3-+0.066CH2O0.15N0.15+2.03H2O，在线检测仪器随时监测池内的NO2-、NH3浓度，在AI的加持下，及时调控氨源投量，将两者比例控制在1.32:1附近区域，使得NO2-、NH3最大限度的去除，碳源平衡去除，出水TN最低。4）由于厌氧氨氧化反应后会新生少量的NO3-（NO2-去除量的19.7%），所以在二级反硝化区需要串联两段甚至三段反硝化池，形成AAOAAO或者AAOAAAO工艺，串联的反硝化池一样利用PD+Ana的反应机理，解决上一段Ana反应新生的NO3-问题。暂不考虑有机氮的问题，单就无机氮而言，串联两段反硝化的话，可将出水TN降至2mg/L以下。串联三段反硝化的话，可将出水TN降至1.5mg/L以下，取得TN超净出水。
假定生化池按照理想化状态进行反应，即：1）氨化反应在一级缺氧池出水前就100%的完成；2）硝化池将NH3100%的氧化为NO3-；3）一级反硝化池将硝态氮（主要是NO3-）100%的还原为N2；4）PD池内将NO3-100%的还原为NO2-；5）Anammox反应区内只要NO2-：NH4+=1.32:1，就会100%的反应去除，无残留。6）氨源从厌氧池出水口抽取，经过厌氧池的水解酸化作用，进水中除了CODNB（这一部分为二沉出水COD）之外，所有的COD均转化为好碳源，能够为PD或者CD所用。理想化是为了让问题变得简单能够获取答案，理想和现实之间的差距可以通过数据检测和自动调节加以修正和解决。
某市政污水处理厂，处理规模为Qm3/d，采用本工艺，外回流为100%，一级AO的内回流比为300%，原水可以用作碳源的COD为110mg/L，原水的NH3=TN=50mg/L。按照理想化运行，即：硝化池内将NH3100%的氧化为NO3-，反硝化池内将NO3-100%的还原为N2，PD池内将NO3-100%的还原为NO2-，Anammox反应区内只要NO2-：NH4+=1.32:1，就会100%的反应去除，无残留。一级AO出水中NO3-=10mg/L，NH4+=0mg/L。氨源从厌氧池出水口抽取，抽取量为厌氧池出水流量的x%，经过厌氧池混合液的稀释，氨源中可以利用的碳源COD降为55mg/L，NH4+浓度降为25mg/L。下图为此厂二级反硝化池内投加氨源后NO2-和NH4+之间的演化关系。
图3 二级反硝化池内NO2-、NH4+浓度与氨源投量关系图
在开始阶段，随着氨源投量的上升，越来越多的NO3-会被PD反应还原为NO2-，到达折点时（图中A点）所有的NO3-全变为NO2-，NO2-浓度达到最大；2）随着氨源投量的继续加大，带来的碳源COD超出PD反应所需，便会有少量的完全硝化反应（CD反应）发生，部分NO2-被完全硝化还原为N2，此段NO2-浓度会不断下降。之所以NO2-没有完全被CD反应所消耗，主要是碳源的总体缺乏；3）随着氨源投量的不断上升，二级反硝化池内NH4+浓度会不断上升，便会和剩余的NO2-不断地发生Anammox反应。此时出水TN中NH3等于零，只有NO3-和NO2-（过了折点之后只有NO2-）；4）在折点之后开始阶段，NO2-浓度始终大于NH4+，随着氨源投量的不断上升，两者之间的差距不断缩小，直到某一点，刚好出现NO2-:NH4+=1.32:1，这一点我们称之为平衡点（图中D点），此时理论上NO2-和投加的NH4+会完全反应，此时出水TN中除了新生的少量NO3-之外，NH3为零，NO2-为零，出水TN值最小；5）过了平衡点，随着氨源投量的上升，NH4+的浓度会超出NO2-，氨源投量越大，这种差距就会越大，此时出水TN中,NO2-之应该等于0，出水TN中除了新生的少量NO3-之外，主要是NH4+；6）我们在实际运行时将氨源的投加量控制在平衡点附近的区域即可，此时出水TN最低。