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生態(tài)環(huán)保產(chǎn)業(yè)作為支撐生態(tài)文明建設和高質量發(fā)展的關鍵力量，正面臨著轉型升級的迫切需求。環(huán)保新質生產(chǎn)力，正成為推動產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展的核心力量。本欄目將聚焦生態(tài)環(huán)保產(chǎn)業(yè)的新技術、新裝備、新材料、新模式，深入宣傳推廣科技創(chuàng)新成果，及時發(fā)布環(huán)境技術進步獎項，全面介紹行業(yè)內的實用技術裝備和示范工程，引導行業(yè)持續(xù)創(chuàng)新，加快數(shù)字、智慧、科技的融合賦能，為經(jīng)濟社會全面綠色轉型貢獻力量。
生態(tài)環(huán)境保護實用技術
2023-J-6
申報單位
華南理工大學
浦城正大生化有限公司
推薦單位
廣東省環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會
一、技術簡介
適用范圍
該技術適用于含有高濃度氮素(包括氨氮、有機氮、硝態(tài)氮)、難降解有機物及低碳氮比的發(fā)酵制藥廢水、電鍍綜合廢水、化工廢水、印染廢水等工業(yè)廢水及垃圾滲濾液的處理。特別是該技術采用活性污泥法實現(xiàn)了硫自養(yǎng)反硝化過程，將好氧同步硝化反硝化與硫自養(yǎng)反硝化耦合，無需外加碳源，無需新建構筑物，無需新增設備，可原位提標改造，成功實現(xiàn)深度脫氮除碳，減少了CO2及污泥產(chǎn)量，可減少二次污染，可覆蓋現(xiàn)有90%的新舊污水處理設施改造。
技術原理
關鍵技術一原理：好氧同步硝化反硝化技術(SND)
在一級AO的好氧池中通過注入專性菌種(SND)，構建好氧同步硝化反硝化菌群，在好氧條件下充分利用污水中有機碳源實現(xiàn)氨氮和硝態(tài)氮的短程同步硝化反硝化。與傳統(tǒng)的完全反硝化工藝相比，無需外加碳源。能實現(xiàn)TN的高效去除，能有效地保持反應器中pH穩(wěn)定，無需調整堿度。反應方程式如下：
NH4+ + 1.5O2 → NO2- + H2O + 2H+(短程硝化)
6NO2- + 3CH3OH → 3N2 ↑ + 6H2O + 3CO32-(部分反硝化)
該技術的特點是：無需外加碳源，可減少污泥產(chǎn)量及CO2排放量，可節(jié)省25%曝氣能耗和40%以上碳源，是一種高效、低耗、清潔的污水處理技術。
關鍵技術二原理：改進硫自養(yǎng)活性污泥法反硝化脫氮技術(MSAD)
在二級AO系統(tǒng)的缺氧池中投加特定的專性無機化能自養(yǎng)型的硫桿菌屬及硫磺，構建硫自養(yǎng)反硝化活性污泥系統(tǒng)。在無氧或缺氧環(huán)境下利用硫磺及其化合物作為電子供體，以硝酸鹽或亞硝酸鹽作為電子受體將硝態(tài)氮或亞硝態(tài)氮還原為氮氣。自養(yǎng)反硝化反應式如下：
S+0.88NO3-+0.342H2O+0.376HCO3-+0.025CO2+0.080NH4+
→0.080C5H7NO2+0.82H++0.44N2+SO42-
該技術特點是：不需要改變原有設施，不需要一次性購置大量的硫磺及濾料，只需要投入濾池形式的1%到萬分之一的硫磺及反硝化菌種，運行過程不需要外加碳源，可減少污泥產(chǎn)量，減少CO2排放量，是一種高效、低耗、清潔的污水處理技術。
工藝路線
來自生產(chǎn)車間的廢水經(jīng)調節(jié)池均質后進入酸化水解池，然后泵入EGSB厭氧塔。厭氧出水流入一級A反應池，在一級A反應池中加入少量未經(jīng)厭氧處理的原水提高廢水中的碳源，一級A反應池出水自流入一級O好氧反應池。在一級O反應池中加入同步硝化反硝化菌種，經(jīng)過好氧處理后的硝化液回流到一級A池再循環(huán)，混合液進入一級沉淀池。一級沉淀池產(chǎn)生的上清液自流入二級A池。產(chǎn)生的污泥回流到一級A池。
二級A池中加入硫磺作為電子供體，同時加入硫自養(yǎng)桿菌進行反硝化脫氮。二級A反應池出水自流入二級O反應池，經(jīng)過微氧處理后的硝化液回流到二級A池再次反硝化脫氮。好氧池混合液進入二級沉淀池。二級沉淀池產(chǎn)生的污泥回流到二級A反應池，沉淀池產(chǎn)生的上清液達標后排入工業(yè)園區(qū)污水處理廠。
應用效果
本工程在一級AO好氧池中接入特定的同步硝化反硝化菌種(SND)，在無外加碳源的條件下，在一級AO進水COD、總氮、氨氮濃度分別為2500—3500mg/L，800-1200 mg/L，700—900mg/L的工況下，COD去除率可達到80%-85%，氨氮去除率可達到80%——90%，TN去除率可達到70 —— 90%.
在二級AO缺氧池A2接入硫自養(yǎng)反硝化菌劑(MSAD)，出水中COD、TN和NH4-N濃度分別可達到300 mg/L、30 mg/L、10 mg/L以下，去除率可分別達到95%，97%和98%以上，達到了園區(qū)接納標準。
研發(fā)背景
目前國內外對于高濃度、難降解、有毒有害廢水處理普遍通過預處理后采用多級AO工藝處理。傳統(tǒng)的AO工藝普遍存在的問題是：水與污泥同時在缺氧(A)和好氧(O)池之間循環(huán)流動，使得在A池內存在大量的自養(yǎng)硝化菌，而在O池內又存在大量的異養(yǎng)反硝化菌，由此導致異養(yǎng)反硝化菌處理效率降低，特別是傳統(tǒng)的A/O污水處理過程由于回流比大，溶解氧很容易攜帶進入缺氧池中，導致有限的有機碳源利用效率較低。為此必須提供充足的碳源(外加碳源提高碳氮比)才能保證脫氮效率，由此引起運行成本升高，污泥產(chǎn)量增加，CO2排放量增多。
為了克服外加碳源產(chǎn)生的上述問題，近年來采用硫作為電子供體，廢水中的硝態(tài)氮作為電子受體，通過硫自養(yǎng)桿菌反硝化脫氮。迄今為止這種技術全部采用濾池形式，通過曝氣生物濾池，深床濾池，砂濾池、V形濾池等改造實現(xiàn)硫自養(yǎng)膜法反硝化過程。由此產(chǎn)生的問題是：1)需要購置大量的硫磺裝入濾池，造成一次性投資增加。所需的填料投資通常相當于2——3年外加碳源脫氮成本；限制了該技術使用。2)需要新建濾池，不僅增加投資，而且需要增加占地面積。不適合于現(xiàn)有的污水處理設施改造。3)需要新增廢水提升設備及反沖洗設備。
為了彌補傳統(tǒng)的抗生素發(fā)酵制藥廢水處理技術的缺陷，解決目前工業(yè)廢水處理設施提標改造的瓶頸問題。本技術團隊從10年前開始對深度脫氮除碳問題進行了專門研究，通過實驗室實驗，提出了抗生素發(fā)酵制藥廢水好氧同步硝化反硝化(SND)技術與改良的硫自養(yǎng)反硝化(MSAD)技術耦合深度脫氮除碳的工藝技術路線。
本技術是在一級AO系統(tǒng)中采用好氧同步短程硝化反硝化技術，直接在原有的反應池中投加SND菌種，充分利用原水中的內在碳源，無需外加碳源，克服了傳統(tǒng)完全硝化工藝的缺點。本技術在二級AO池中嵌入改良的活性污泥法硫自養(yǎng)反硝化技術。直接在二級AO池的缺氧池中投加硫磺和專性MSAD菌種，利用硫磺作為電子供體，廢水中的硝態(tài)氮做電子受體反硝化脫氮，無需外加碳源，不產(chǎn)生污泥，克服了傳統(tǒng)的濾池形式的硫自養(yǎng)反硝化工藝的缺點。
本技術在工程實施中打破了傳統(tǒng)硫自養(yǎng)反硝化普遍采用生物濾池的做法，首次在活性污泥系統(tǒng)中馴化硫自養(yǎng)反硝化菌群成功，為硫自養(yǎng)反硝化技術處理類似的廢水開辟了新方法。
技術特點
1)無需外加碳源，脫氮成本低；
2)碳排量減少，污泥產(chǎn)量低，清潔生產(chǎn)。污泥產(chǎn)量可減少約50%；N2O、CO2等溫室氣體可減排 90%以上；
3)脫氮性能好，抗沖擊能力強，可以在低碳比條件下實現(xiàn)極限脫氮，TN和COD去除率達95%以上。
4) 該工藝(SND+MSAD)容易與工業(yè)廢水處理廣泛采用的活性污泥法系統(tǒng)相銜接，無需新建構筑物，無需增加占地面積，易于實現(xiàn)原位提標改造，大幅度減低工程投資，可覆蓋現(xiàn)有 90%的新舊污水處理脫氮設施。
二、典型應用案例
案例名稱
浦城正大有限公司2000 m3/d抗生素發(fā)酵廢水深度脫氮除碳工程
案例簡介
浦城正大生化有限公司廢水處理系統(tǒng)原設計處理規(guī)模為2000 m3/d。該公司原廢水處理工藝采用預處理+厭氧EGSG+兩級A/O的處理方法。為了使TN達標，浦城正大有限公司前期間進行了多次實驗，在多級A/O單元中通過投加葡萄糖或補充原水以及降低負荷等的方式調整工藝，出水總氮濃度仍然維持在80—— 180 mg/L，不能達到排放標準。
2021年由華南理工大學負責提供技術進行技術改造。在一級AO好氧池中注入特定的好氧同步短程硝化反硝化菌種(SND)，在二級AO缺氧池注入自養(yǎng)反硝化菌劑(MSAD)。在無外加碳源投加的情況下，通過DO、ORP、PH、回流比及污泥濃度等參數(shù)調整，改變操作方式，提高了TN、NH4-N及COD的去除效率，出水達到了園區(qū)接納標準，穩(wěn)定運行至今。
達到的標準或性能要求
處理后出水中COD、TN和NH4-N濃度分別可達到300 mg/L、30 mg/L、10 mg/L以下。技改系統(tǒng)對COD、TN和NH4-N污染物去除率可分別達到95%，97%和98%以上。達到園區(qū)納管標準。
業(yè)主單位
浦城正大生化有限公司
投運時間
2021年11月1日
工藝流程
來自生產(chǎn)車間的廢水經(jīng)調節(jié)池均質后進入酸化水解池，然后泵入EGSB厭氧塔。厭氧出水流入一級A反應池，在一級A反應池中加入少量未經(jīng)厭氧處理的原水提高廢水中的碳源，一級A反應池出水自流入一級O好氧反應池。在一級O反應池中加入同步硝化反硝化菌種，經(jīng)過好氧處理后的硝化液回流到一級A池再循環(huán)，混合液進入一級沉淀池。一級沉淀池產(chǎn)生的上清液自流入二級A池。產(chǎn)生的污泥回流到一級A池。
二級A池中加入硫磺作為電子供體，同時加入硫自養(yǎng)桿菌進行反硝化脫氮。二級A反應池出水自流入二級O反應池，經(jīng)過微氧處理后的硝化液回流到二級A池再次反硝化脫氮。好氧池混合液進入二級沉淀池。二級沉淀池產(chǎn)生的污泥回流到二級A反應池，沉淀池產(chǎn)生的上清液達標后排入工業(yè)園區(qū)污水處理廠。
運行情況
浦城正大廢水處理提標改造工程自2021年11月穩(wěn)定運行以來，在一級AO進水COD、TN、氨氮濃度分別為2500—3500mg/L，800-1200 mg/L，600—800mg/L的工況下，通過一級AO好氧池中加入特定的同步硝化反硝化菌種(SND)，在無外加碳源的條件下，一級AO的COD去除率可達到80%-85%，氨氮去除率可達到80%——90%，TN去除率可達到70 —— 90%.
在二級AO缺氧池A2注入硫自養(yǎng)反硝化菌劑(MSAD)，通過活性污泥法硫自養(yǎng)反硝化技術，可使出水中COD、TN和NH4-N濃度分別達到300 mg/L、30 mg/L、10 mg/L以下。全工藝系統(tǒng)對COD、TN和NH4-N污染物去除率可分別達到95%，97%和98%以上。污染物去除效果大幅度提高，達到了園區(qū)納管標準。
技術應用產(chǎn)生的碳減排效果
CO2排放量每天減少1470kg, 每年可減少碳排放537噸，污泥產(chǎn)量每天減少1.1噸，每年可減少402噸。
三、技術申報單位聯(lián)系信息
單位名稱：華南理工大學
單位名稱：浦城正大生化有限公司
原標題：環(huán)保新質生產(chǎn)力 |抗生素發(fā)酵廢水同步硝化反硝化與硫自養(yǎng)反硝化耦合脫氮除碳技術
