好氧颗粒污泥技术创新与产业化分析

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2023-0485

摘要/Abstract

摘要：

好氧颗粒污泥技术具有省地、节能、可资源回收等优势，被视为新一代污水处理技术，但该技术历经近30 a研究，目前仍未得到大规模普遍应用。该技术的产业化是环保行业普遍关心的问题。依据水处理技术创新与产业化发展的历史数据，对好氧颗粒污泥技术的发展现状及所处阶段进行分析，判定好氧颗粒污泥技术正处于早期开拓的末期，即将进入大规模接受的前期，现阶段是企业参与产业化的良好时机。为加速技术创新，按照价值驱动与危机驱动两种创新发展模式对好氧颗粒污泥技术的应用场景进行分析，指出长期定位于水质改善的价值驱动是导致好氧颗粒污泥技术产业化发展缓慢的主要原因，碳中和愿景下基于资源回收与省地特性的危机驱动有望加快好氧颗粒污泥技术的产业化进程。同时，基于创新扩散理论对好氧颗粒污泥技术进行了产业化路径分析，提出了准确定位好氧颗粒污泥技术应用场景、降低技术风险、加大人才培养与产业创新的策略，以加速好氧颗粒污泥技术产业化进程。

关键词: 好氧颗粒污泥, 污水处理, 创新扩散, S曲线, 产业化

Abstract:

Aerobic granular sludge is regarded as one of the next generation wastewater treatment technologies,with the advantages of space saving, energy saving, and resource recovery. However, full-scale of this technology has not been widely applied after 30 years of research. Therefore, the industrialization of this technology is a common concern in the environment protection industry. Basing on the historical data of the water treatment technology innovation and industrialization,the development status of the aerobic granular sludge technology was analyzed. Aerobic granular sludge technology was estimated to be in the final stage of early development and is about to enter the stage of large-scale application, which is a great opportunity for enterprises to participate in the industrialization. The application scenarios of aerobic granular sludge technology were analyzed according to two innovative development models: value-driven and crisis-driven. The long-term value-driven orientation of water quality improvement was the main point resulted in the slow industrialization of aerobic granular sludge technology. Under the vision of carbon neutrality, crisis-driven development based on resource recovery and land-saving characteristics is expected to accelerate the industrialization process of aerobic granular sludge technology. Meanwhile, the industrialization path of aerobic granular sludge technology was analyzed based on the innovation diffusion theory. The strategies to accelerate the industrialization process of aerobic granular sludge were proposed, such as accurate orientation of application scenarios, technical risks reduction, and increment of the investment on talent training and industrial innovation.

Key words: aerobic granular sludge, sewage treatment, diffusion of innovation, S curve, industrialization

中图分类号:

X703

李志华, 李伟志, 贾燕茹, 文正红, 马启栋, 王鑫. 好氧颗粒污泥技术创新与产业化分析[J]. 工业水处理, 2023, 43(10): 1-8.

Zhihua LI, Weizhi LI, Yanru JIA, Zhenghong WEN, Qidong MA, Xin WANG. Analysis on the innovation and industrialization of the aerobic granular sludge technology[J]. Industrial Water Treatment, 2023, 43(10): 1-8.

https://www.iwt.cn/CN/Y2023/V43/I10/1

图/表 8

图1 国内外好氧颗粒污泥中试研究成果统计

Fig. 1 Statistics of the worldwide publications on aerobic granular sludge technology pilot-scale trials

图2 技术创新过程曲线

Fig. 2 Curves of technological innovation

图3 好氧颗粒污泥技术发展成果统计

Fig. 3 Statistics on the applications and publications of aerobic granular sludge technology

图4 好氧颗粒污泥技术市场影响等级判断图

Fig. 4 Schematic diagram on the market impact evaluation of aerobic granular sludge technology

图5 典型的水处理技术市场影响等级进化时间统计

Fig. 5 Time consumption statistics of market impact level evolution of the typic water treatment technologies

图6 水处理技术进化曲线

Fig. 6 Evolution curve of the water treatment technology

图7 我国对污水处理行业的投资情况统计

Fig. 7 Statistics on the investment in wastewater treatment industry of China

图8 我国对水处理行业人才培养情况

Fig. 8 Talent cultivation of the water treatment industry in China

参考文献 36

1	LETTINGA G， VAN VELSEN A F M， HOBMA S W，et al. Use of the upflow sludge blanket（USB） reactor concept for biological wastewater treatment，especially for anaerobic treatment［J］. Biotechnology and Bioengineering，1980，22（4）：699-734. doi:10.1002/bit.260220402
2	YANG Shufang， TAY J H， LIU Yu. A novel granular sludge sequencing batch reactor for removal of organic and nitrogen from wastewater［J］. Journal of Biotechnology，2003，106（1）：77-86. doi:10.1016/j.jbiotec.2003.07.007
3	MISHIMA K， NAKAMURA M. Self-immobilization of aerobic activated sludge：A pilot study of the aerobic upflow sludge blanket process in municipal sewage treatment［J］. Water Science and Technology，1991，23（4/5/6）：981-990. doi:10.2166/wst.1991.0550
4	周律，钱易. 好氧颗粒污泥的形成和技术条件［J］. 给水排水，1995，21（4）：11-13.
	ZHOU Lü， QIAN Yi. Formation and technical conditions of aerobic sludge pellet［J］. Water & Wastewater Engineering，1995，21（4）：11-13.
5	MORGENROTH E， SHERDEN T， VAN LOOSDRECHT M C M，et al. Aerobic granular sludge in a sequencing batch reactor［J］. Water Research，1997，31（12）：3191-3194. doi:10.1016/s0043-1354(97)00216-9
6	PENG Dangcong， BERNET N， DELGENES J P，et al. Aerobic granular sludge：A case report［J］. Water Research，1999，33（3）：890-893. doi:10.1016/s0043-1354(98)00443-6
7	BATHE S， DE KREUK M， MCSWAIN B S，et al. Aerobic granular sludge［M］. London：IWA Publishing，2007：155-157.
8	王建龙，张子健，吴伟伟. 好氧颗粒污泥的研究进展［J］. 环境科学学报，2009，29（3）：449-473. doi:10.3321/j.issn:0253-2468.2009.03.001
	WANG Jianlong， ZHANG Zijian， WU Weiwei. Research advances in aerobic granular sludge［J］. Acta Scientiae Circumstantiae，2009，29（3）：449-473. doi:10.3321/j.issn:0253-2468.2009.03.001
9	DE KREUK M K， VAN LOOSDRECHT M C M. Selection of slow growing organisms as a means for improving aerobic granular sludge stability［J］. Water Science and Technology，2004，49（11/12）：9-17. doi:10.2166/wst.2004.0792
10	LIU Yongqiang， WU Weiwei， TAY J H，et al. Starvation is not a prerequisite for the formation of aerobic granules［J］. Applied Microbiology and Biotechnology，2007，76（1）：211-216. doi:10.1007/s00253-007-0979-8
11	HAAKSMAN V A， MIRGHORAYSHI M， VAN LOOSDRECHT M C M，et al. Impact of aerobic availability of readily biodegradable COD on morphological stability of aerobic granular sludge［J］. Water Research，2020，187：116402. doi:10.1016/j.watres.2020.116402
12	XIA Liping， ZHANG Hanmin， WANG Xinhua. An effective way to select slow-growing nitrifying bacteria by providing a dynamic environment［J］. Bioprocess and Biosystems Engineering，2007，30（6）：383-388. doi:10.1007/s00449-006-0102-z
13	SHENG Guoping， LI Anjie， LI Xiaoyan，et al. Effects of seed sludge properties and selective biomass discharge on aerobic sludge granulation［J］. Chemical Engineering Journal，2010，160（1）：108-114. doi:10.1016/j.cej.2010.03.017
14	GAO Dawen， LIU Lin， LIANG Hong，et al. Comparison of four enhancement strategies for aerobic granulation in sequencing batch reactors［J］. Journal of Hazardous Materials，2011，186（1）：320-327. doi:10.1016/j.jhazmat.2010.11.006
15	SADRI MOGHADDAM S， ALAVI MOGHADDAM M R. Cultivation of aerobic granules under different pre-anaerobic reaction times in sequencing batch reactors［J］. Separation and Purification Technology，2015，142：149-154. doi:10.1016/j.seppur.2014.12.046
16	李志华，张婷，吴杰，等. 异养菌与自养菌对好氧颗粒污泥稳定性的影响［J］. 土木建筑与环境工程，2010，32（5）：76-81. doi:10.3969/j.issn.1674-4764.2010.05.013
	LI Zhihua， ZHANG Ting， WU Jie，et al. Effects of heterotrophic and autotrophic bacteria on the stability of aerobic granular sludge［J］. Journal of Civil，Architectural & Environmental Engineering，2010，32（5）：76-81. doi:10.3969/j.issn.1674-4764.2010.05.013
17	DE KREUK M K， KISHIDA N， VAN LOOSDRECHT M C M. Aerobic granular sludge：State of the art［J］. Water Science and Technology，2007，55（8/9）：75-81. doi:10.2166/wst.2007.244
18	DE BRUIN L M M， DE KREUK M D， VAN DER ROEST H F，et al. Aerobic granular sludge technology：An alternative to activated sludge？［J］. Water Science and Technology，2004，49（11/12）：1-7. doi:10.2166/wst.2004.0790
19	李志华，付进芳，李胜，等. 好氧颗粒污泥处理综合城市污水的中试研究［J］. 中国给水排水，2011，27（15）：4-8.
	LI Zhihua， FU Jinfang， LI Sheng，et al. Pilot study on aerobic granular sludge for treating comprehensive municipal wastewater［J］. China Water & Wastewater，2011，27（15）：4-8.
20	LI Jun， DING Libin， CAI Ang，et al. Aerobic sludge granulation in a full-scale sequencing batch reactor［J］. BioMed Research International，2014，2014：268789. doi:10.1155/2014/268789
21	SEPÚLVEDA-MARDONES M， CAMPOS J L， MAGRÍ A，et al. Moving forward in the use of aerobic granular sludge for municipal wastewater treatment：An overview［J］. Reviews in Environmental Science and Bio/Technology，2019，18（4）：741-769. doi:10.1007/s11157-019-09518-9
22	O’CALLAGHAN P， ADAPA L M， BUISMAN C. Analysis of adoption rates for needs driven versus value driven innovation water technologies［J］. Water Environment Research，2019，91（2）：144-156. doi:10.1002/wer.1013
23	WINKLER M K H， VAN LOOSDRECHT M C M. Intensifying existing urban wastewater［J］. Science，2022，375（6579）：377-378. doi:10.1126/science.abm3900
24	DE SANCTIS M， ALTIERI V G， PIERGROSSI V，et al. Aerobic granular-based technology for water and energy recovery from municipal wastewater［J］. New Biotechnology，2020，56：71-78. doi:10.1016/j.nbt.2019.12.002
25	HAMZA R， RABII A， EZZAHRAOUI F Z，et al. A review of the state of development of aerobic granular sludge technology over the last 20 years：Full-scale applications and resource recovery［J］. Case Studies in Chemical and Environmental Engineering，2022，5：100173. doi:10.1016/j.cscee.2021.100173
26	ROGERS E M. Diffusion of innovations［M］. 5th edition. New York：Free Press，2003：3-17.
27	PARKER D S. Introduction of new process technology into the wastewater treatment sector［J］. Water Environment Research，2011，83（6）：483-497. doi:10.2175/106143009x12465435983015
28	European Patent Office. The patents of aerobic granular sludge［EB/OL］.（2018-06-28）［2022-09-03］.
29	PAUL O， MANJOOSHA A L， CEES B. Assessing and anticipating the real world impact of innovative water technologies［J］. Journal of Cleaner Production，2021，315：128056. doi:10.1016/j.jclepro.2021.128056
30	HAO Xiaodi， LI Ji， VAN LOOSDRECHT M C M，et al. Energy recovery from wastewater：Heat over organics［J］. Water Research，2019，161：74-77. doi:10.1016/j.watres.2019.05.106
31	KIM N K， MAO Ningtao， LIN R，et al. Flame retardant property of flax fabrics coated by extracellular polymeric substances recovered from both activated sludge and aerobic granular sludge［J］. Water Research，2020，170：115344. doi:10.1016/j.watres.2019.115344
32	PIERGROSSI V， DE SANCTIS M， CHIMIENTI S，et al. Energy recovery capacity evaluation within innovative biological wastewater treatment process［J］. Energy Conversion and Management，2018，172：529-539. doi:10.1016/j.enconman.2018.07.013
33	ARTHUR W B. The nature of technology：What it is and how it evolves［M］. New York：Free Press，2009：1032-1033.
34	MIAO Sheng， ZHOU Changliang， ALQAHTANI S ALI，et al. Applying machine learning in intelligent sewage treatment：A case study of chemical plant in sustainable cities［J］. Sustainable Cities and Society，2021，72：103009. doi:10.1016/j.scs.2021.103009
35	VAN LOOSDRECHT M C M， BRDJANOVIC D. Anticipating the next century of wastewater treatment［J］. Science，2014，344（6191）：1452-1453. doi:10.1126/science.1255183
36	李志华，孙垂猛，柴波. 不同类型活性污泥内源呼吸过程的典型特征解析［J］. 中国给水排水，2015，31（7）：25-28.
	LI Zhihua， SUN Chuimeng， CHAI Bo. Typical features of endogenous respiration process of different types of activated sludge［J］. China Water & Wastewater，2015，31（7）：25-28.

[1]	杨雄强, 王浩宇. 污水处理厂低碳运行策略与案例[J]. 工业水处理, 2025, 45(2): 36-45.
[2]	安余梁, 祁峰, 母锐敏, 马桂霞. 微藻除磷机理及其工艺模式的研究进展[J]. 工业水处理, 2025, 45(2): 10-17.
[3]	唐安中, 邸雪梅, 陈佳明. 低碳约束下石化污水污染物溯源分析与过程减排[J]. 工业水处理, 2025, 45(2): 197-202.
[4]	高林利, 何成达, 程琪. 小球藻-好氧污泥耦合颗粒的培养及处理特性研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(9): 160-168.
[5]	肖飞, 王世民, 贾壮壮, 赵峰德. Ni²⁺诱导好氧颗粒污泥形成及处理高盐废水脱氮除磷研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(8): 178-186.
[6]	陈娟娟, 李伟斌, 黄鸥, 晁伟翔, 张典典, 任南琪, 路璐. 基于降本增效目标的污水处理厂低碳运行调控策略[J]. 工业水处理, 2024, 44(8): 53-60.
[7]	贾仲琪, 卫金秋, 宿辉, 刘宪斌. 纳米零价铁耦合高级氧化技术处理废水的研究进展[J]. 工业水处理, 2024, 44(7): 9-18.
[8]	王帆, 方秋月. 聚乙烯亚胺接枝/微球共混改性PVDF膜的制备及其性能研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(6): 165-171.
[9]	刘建国, 门颖欣, 魏敬铤, 李文凯, 朱畅, 曹英楠, 杨晓霞, 刘俊新, 郑天龙. 污水处理填料堵塞的形成机理及控制措施[J]. 工业水处理, 2024, 44(5): 1-13.
[10]	程坤, 崔政伟, 胡海涛, 苗盈, 黄莉莉, 金政翰, 刘浩伍. 静态螺旋切割优化A²/O曝气工艺处理生活污水的研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(5): 149-155.
[11]	仲航, 刘学锋, 苏东霞. 北京某镇应急污水处理站设计要点[J]. 工业水处理, 2024, 44(4): 193-197.
[12]	陈敏敏, 刘杰, 李莉娜, 邱立莉, 杨伟伟, 敬红. 我国城镇污水处理厂污泥产率系数现状及影响因素分析[J]. 工业水处理, 2024, 44(3): 24-29.
[13]	李沛, 万俊锋, 马逸飞, 黄陈明慧, 吴波. 好氧颗粒污泥资源化中类藻酸盐胞外多糖研究进展[J]. 工业水处理, 2024, 44(3): 30-36.
[14]	李振华. 废水处理中脱氯剂的投加及自动控制研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(2): 172-176.
[15]	王荣红, 范小龙, 毛迪, 易海明, 王宁, 马园园, 张得位. 郑州某大型污水处理厂运行经验及工艺调控分析[J]. 工业水处理, 2024, 44(2): 201-206.

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