精制固體除磷劑水處理藥劑廠家新型生物脫氮除磷能否解決污水處理瓶頸?

　　精制固體除磷劑水處理藥劑生產(chǎn)廠家新型生物脫氮除磷能否解決污水處理瓶頸?現(xiàn)在城市污水處理有兩大難題。第一污水脫氮除磷難。第二污水處理廠的優(yōu)化和節(jié)能降耗。因為城市污水運營費用非常高，節(jié)能降耗是永恒的主題。另外隨著中國污水處理率的提高，黑臭水體的解決，氮磷超標(biāo)排放日益嚴(yán)重，導(dǎo)致風(fēng)險化日益普遍。風(fēng)險化成為全球性的水污染問題。可以說脫氮除磷成為當(dāng)今污水處理領(lǐng)域的重大問題，特別是城市污水。

　　我們國家水污染中脫氮除磷存在的問題。我國大多數(shù)的污水處理廠都沒有達(dá)到一級A的排放標(biāo)準(zhǔn)，其中瓶頸問題是總氮沒有達(dá)標(biāo)。我國的污水處理標(biāo)準(zhǔn)過嚴(yán)了，不是這樣，達(dá)到一級A的標(biāo)準(zhǔn)，仍然遏制不了富營養(yǎng)化的蔓延。我國應(yīng)該針對敏感水環(huán)境區(qū)域制定更加嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。太湖、環(huán)渤海周邊等要制定嚴(yán)于國家一級A標(biāo)準(zhǔn)的排放。

　　還有另外一種情況，有些地區(qū)流域真沒有必要到一級A的標(biāo)準(zhǔn)。臺灣不用搞脫氮除磷，臺灣周邊是公海，排點氮磷往海里一放，給海里增加到富營養(yǎng)化物質(zhì)。黑龍江往往沒有必要脫氮除磷。還有一些區(qū)域?qū)嶋H上也沒有富營養(yǎng)化，從來沒有聽說特別大的河流有富營養(yǎng)化的問題。富營養(yǎng)化有幾個條件，氮磷、溫度、陽光、擾動，因此標(biāo)準(zhǔn)該嚴(yán)的嚴(yán)，該松的松。

　　下面是比較具體，第二個問題傳統(tǒng)污水生物處理工藝和問題。從全世界來看，在兩個世紀(jì)有固體沉淀，處理城市污水的懸浮物，上世紀(jì)20年代初，我記得上學(xué)到上海參加污水處理廠特別驚訝，20年代在上海建立一個活性污泥法污水處理廠。上世紀(jì)70、80年代，全世界脫氮除磷，富營養(yǎng)化在全世界爆發(fā)了。隨著BOD、脫氮除磷，使污水處理工藝越來越復(fù)雜，帶來很多技術(shù)問題，處理工程，包括機械儀表處理問題。脫氮除磷的問題納入處理流程之外，提出了非常多的科學(xué)問題。

　　再看看脫氮除磷的大問題，污水除磷可以通過生物除磷和化學(xué)除磷。污水脫氮，只有生物脫氮才是最經(jīng)濟有效的，而且對于城市污水來講是唯一的，不僅是經(jīng)濟有效而且是唯一的方法，到現(xiàn)在還沒有聽說哪個城市污水處理廠不用生物脫氮。原因是什么?混凝沉淀不能去除微濾、納濾口徑，區(qū)別不了水分子大小，只有反滲透才能區(qū)別水分子大小。反滲透處理是中水，對于城市污水處理來講生物脫氮是唯一選擇的。

　　城市污水總氮代表是關(guān)鍵難點。

　　生物脫氮反兩步，第一個硝化，第二個反硝化。一個電子供體，一個是電子受體，水中氨氮和有機氮從污水處理分離出來完成脫氮的問題，一個需要氧氣，一個需要有機碳源，這是關(guān)鍵點。

　　生物除磷，有除磷微生物和菌，沒有氧的條件下，把磷從細(xì)胞中釋放出來，可以使水中磷從3每升毫克達(dá)到幾十毫克，在耗氧和曝氣過程中，把水中磷聚集在細(xì)胞中，攝取磷，而且是過量的，把含有磷的污泥排除污水處理系統(tǒng)就完成了處理，就是這樣簡單。

　　這是我們用的工藝AN/O除磷工藝，釋放出磷，然后曝氣、好氧，然后沉淀池，然后處理水。還有反硝化反應(yīng)器缺氧然后到硝化反應(yīng)器好氧，然后到沉淀池，到處理水。這個兩個結(jié)合起來既除磷又脫氮，厭氧、缺氧和好氧。對小型的污水處理廠應(yīng)用廣泛的是序批式活性污泥法，小于5萬噸的經(jīng)常用這樣一種工藝。

　　我們看到什么問題，無論對A/O都存在這樣的問題。缺氧，有機物進來這個是氨氮，缺氧池沒有變化，在好氧池，此消彼漲形成硝態(tài)氮，用有機物還原硝態(tài)氮�；亓髦械南蹼A氮和出水的硝階氮相同，因為他們都來源于這個地方，就是說出水和回流污泥和剩余污泥中硝階氮、氨氮、總氨是一樣的，這種工藝很難徹底深度的脫氮。

　　有一種工藝是分段進水，把A/O分成四段，假定硝化能夠100%，反硝化100%充分的。如果分成四段，進入第一段原水和有機物，把回流污泥的硝態(tài)氮還原，回流污泥假設(shè)100%，回流污泥量等于進水量，把總氨去掉了，第一段產(chǎn)生的而第二段還原了，第三段被第四段水有機物還原掉了，前三段總氮全部被去掉，只有第四段的氨氮被氧化產(chǎn)生硝態(tài)氮，才能隨出水流出。第四段有污泥回流比100%，第四段有一半的總氮可以去掉，這個工藝去掉1/8的總氮。但是這四段比較繁瑣，我們經(jīng)常用三段，這個工藝可以完成深度脫氮。三段可以去掉6/5總氮。如果進水總氮30，出水氮達(dá)到5。它還有一個優(yōu)點，微生物濃度非常高，第一段回流污泥濃度被1/3的水稀釋，因此污泥濃度比較高。

　　ICEAS工藝是我們國家用的比較多的工藝，可以說80%的ICEAS都按照這樣一個工藝，下面的模式在運行。這個是攪拌。這個表示曝氣，這個表示沉淀，這個表示進水，但是進貫穿始終，說明什么?說明在曝氣階段，一邊曝氣一邊進水，我們國家脫氮的重大障礙就是缺少碳源，有機物濃度比較低，氨氮總氮比較高，反應(yīng)的時候沒有碳源，往往加碳源。三小時一邊曝氣一邊進水，用珍貴能源，曝氣需要能源，去除了可貴的碳源，因此既浪費了能量又把有機物去掉了。

　　把進水在攪拌進水中進，曝氣中不進，不僅可以大量節(jié)省碳源，提高效率，而且節(jié)能降耗，有機物不需要能量去除，用反應(yīng)化去除，幾個工程實踐都收到很好的效果。我國現(xiàn)在的ICEAS幾乎用我說的剛才模式運行。

　　第三個新型生物脫氮除磷技術(shù)。有一種技術(shù)叫做短程硝化。剛才說了什么是硝化反硝化，特別城市污水中90%以氨氮形式出現(xiàn)的總氮，還有一部分有機氮，有機氮一曝氣就轉(zhuǎn)化成氨氮了，氨氮經(jīng)過曝氣變成硝態(tài)氮，有機碳源作用下，這時候不曝氣了，變?yōu)榈獨�，完成脫氮的過程，氮氣可以去除。短程硝化過程簡捷。亞硝酸氮這個過程減少了曝氣量，這個過程減少了外加碳源，減少20%氧氣，減少20%二氧化碳的釋放等等。它為實現(xiàn)厭氧提供了底物。

　　全世界包括中國在內(nèi)，全世界污水處理廠都沒有實現(xiàn)短程硝化，有的僅僅一部分。這是我們學(xué)校的中試基地，實現(xiàn)了三年短程硝化，而且規(guī)模比較大一點。

　　剛才我說了除磷的基本原理，厭氧、吸磷、放磷，放磷在耗氧狀態(tài)下吸收磷，然后把污泥排出處理。反硝化除磷，這個過程既完成反硝化又完成了磷的吸收，一個碳源兩用。我們把含有富有磷的污泥排除系統(tǒng)完成了污水生物處理。

　　在生物脫氮過程當(dāng)中需要水污染被還原成氮氣，除磷也是這樣，反硝化和除磷過程這兩個過程可以同時完成，減少能源、生物量、減少氧等等優(yōu)點。

　　最近開發(fā)了A2O-BAF同步脫氮除磷，就是反硝化除磷。這個曝氣占2/9，BAF完成硝化，意味著提供大量的硝態(tài)氮進入蓄養(yǎng)池，跟污泥結(jié)合在一起，不想讓它反硝化除磷都很難，沒有給它反應(yīng)條件，沒有氧給電子受體，只給硝態(tài)氮，占整個反應(yīng)器的2/3，這里完成了反硝化除磷。

　　厭氧氨氧化脫氮技術(shù)。奧地利Broda從熱力學(xué)角度，預(yù)言存在。荷蘭MULDER生物流化床首次發(fā)現(xiàn)。第一座ANAMMOX反應(yīng)器建立于荷蘭鹿特丹。

　　我們看看厭氧氨氧化，有機氮變?yōu)榘钡�叫做氨化，氨氮需要氧需要生物參與，氧化為亞硝態(tài)氮。逐步經(jīng)過幾個步驟還原為氮氣，完成污水處理脫氮。20年之前人們認(rèn)為氮循環(huán)只能沿著這樣一個過程。

　　厭氧氨氧化怎么樣?厭氧氨氧化就是發(fā)現(xiàn)厭氧氨氧化微生物一種細(xì)菌。把氨氮的一部分可以說60%氧化為亞硝，用亞硝氧化氨氮，必須有厭氧氨氧化的推進。有將近一半的氨氮不用動就被氧化為氮氣。一半多一點被氧化為亞硝態(tài)氮厭氧氨氧化。全世界生活污水主流依然按照這個過程脫氮，這還有生物固氮。全世界都在研究城市污水處理包括工業(yè)污水，能不能這樣脫氮。由于高氨氮的廢水，垃圾滲濾液等完成了工程化應(yīng)用。城市污水處理還沒有實現(xiàn)這樣一種工藝。而且這個工藝有什么好處?很少有氧化氮的產(chǎn)生。

　　我們可以看到這些完全一部分氨氮沒有必要好氧再用反硝化。一部分氨氮不需要經(jīng)過下一步到這就完了，因此可以節(jié)省碳源、能源、節(jié)省有機物100%、節(jié)省曝氣量60%、溫室氣體小。這是厭氧氨氧化的發(fā)展歷程，現(xiàn)在工業(yè)上應(yīng)用，有了很多實際工程應(yīng)用。

　　全世界比較著名的奧地利STRASS污水處理廠，沒有實現(xiàn)主流厭氧氨氧化，但是實現(xiàn)了厭氧氨氧化處理污泥消化液的應(yīng)用。污泥液氧發(fā)酵的消化液進行厭氧處理，實現(xiàn)了。這是北排搞得厭氧氨氧化的工程。

　　這是新加坡樟宜污水處理廠實現(xiàn)了部分厭氧氨氧化的脫氮。

　　國內(nèi)也發(fā)現(xiàn)了厭氧氨氧化的部分，大大提高效率。厭氧氨氧化瓶頸是短程硝化很難實現(xiàn)，短程硝化一旦實現(xiàn)，厭氧氨氧化比較好實現(xiàn)。我們發(fā)明的技術(shù)短程反硝化耦合厭氧氨氧化。部分氨氮演化成硝態(tài)氮還原成亞硝態(tài)氮，對工業(yè)富水中本來有很多硝態(tài)氮，可以把它還原為亞硝，和城市污水同步處理。如果含有兩千毫升的氨氮經(jīng)過厭氧氨氧化處理，產(chǎn)生220毫升的硝態(tài)氮也很高，厭氧氨氧化用短程反硝化也是非常好。短程反硝化就是把硝態(tài)氮還原成亞硝，不是還原成氮氣的過程。

　　比如說一個污水處理廠短程硝化很難，我們讓它全程硝化，有機物沒有了，把氨氮硝化成亞硝，我們硝化成硝態(tài)氮，把這個水回流過來和原水混合，這里有硝態(tài)氮、氨氮和有機物，把這里硝態(tài)氮還原成亞硝，自然和水中氨氮產(chǎn)生反應(yīng)。

　　我們看一看，這是傳統(tǒng)的硝化反硝化的過程。這是短程硝化耦合厭氧氨氧化最艱難的過程。如果是短程反硝化耦合厭氧氨氧化，把氨氮全部硝化成硝態(tài)氮，也是很難的。短程硝化耦合厭氧氨氧化，僅僅把部分氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝，完全不用有機物，節(jié)省100%的碳源。

　　厭氧氨氧化處理城市污水的展望。主要存在三個瓶頸，第一個低氨氮。城市污水氨氮非常低。產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用都是高氨氮的廢水，少則一千，多則幾千，每升毫克的氨氮，包括高濃度的工業(yè)廢水，低氨氮的很難實現(xiàn)。

　　第二個低溫。城市污水溫度隨季節(jié)變化，常常在20攝氏度以下，因此很難達(dá)到30度，因此對厭氧氨氧化應(yīng)用產(chǎn)生非常大的障礙。

　　第三個厭氧氨氧化富集非常慢，氨氮濃度低于，城市污水量大，少則幾萬噸，多則幾十萬噸，主流污水利用厭氧氨氧化困難也比較大，三個瓶頸阻礙厭氧氨氧化在主流城市污水中的應(yīng)用與發(fā)展。

　　今后展望，可以在城市污水強化部分厭氧氨氧化，部分厭氧氨氧化也是相當(dāng)節(jié)能或者降耗，節(jié)省碳源。第二個也可以考慮污泥發(fā)酵作為碳源實現(xiàn)短程反硝化和厭氧氨氧化結(jié)合。

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