氨氮厭氧氧化反應(yīng)器構(gòu)型、運(yùn)轉(zhuǎn)和與傳統(tǒng)生物脫氮工藝的比較

北極星環(huán)保網(wǎng)訊:主流氨厭氧氧化為污水廠能量自給提供了技術(shù)上可能性，同時(shí)該技術(shù)對(duì)低碳氮比污水營(yíng)養(yǎng)化去除具有特別意義。本報(bào)告介紹了世界上最大(日處理量二十萬(wàn)立方污水，新加坡樟宜回用水廠)主流氨厭氧氧化工藝的反應(yīng)器構(gòu)型、運(yùn)轉(zhuǎn)、特征，并與生產(chǎn)規(guī)摸常規(guī)營(yíng)養(yǎng)物去除過(guò)程在出流水質(zhì)及能耗方面進(jìn)行了比較，從而說(shuō)明了主流氨厭氧氧化過(guò)程的獨(dú)特的優(yōu)越性。

感謝有這么一個(gè)機(jī)會(huì)跟國(guó)內(nèi)的同行交流。二十多年前我從蘇州出去，去年從新加坡公用事業(yè)局(PUB相當(dāng)一個(gè)副部級(jí)單位)回國(guó)。PUB管理所有的與水有關(guān)的收集、流域，供水、再生水（污水）等，是新加坡國(guó)家的水務(wù)管理機(jī)構(gòu)。我所在的部門是叫做回用水廠部，相當(dāng)于我們污水處理司。

我今天主要介紹一個(gè)生產(chǎn)規(guī)模的主流厭氧氨氧化過(guò)程。這個(gè)項(xiàng)目跟美國(guó)DCWaterHRSD和奧地利Strass廢水處理廠在同一主題項(xiàng)目下一起獲得了2014年度IWA應(yīng)用創(chuàng)新大獎(jiǎng)。是目前世界上最大也是第一個(gè)自身維持厭氧菌的過(guò)程。我介紹這個(gè)研究課題時(shí)，同時(shí)也指出好處在哪里，省錢在什么地方。與常規(guī)生物過(guò)程出水水質(zhì)和曝氣能耗做比較。最后我想提出這一個(gè)技術(shù)在新加坡能夠應(yīng)用，很大程度上與它的氣候有關(guān)，對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)，廣東和海南氣候是不是也考慮嘗試。

今天污水處理的根本難題是碳管理。在傳統(tǒng)的生物處理過(guò)程中，原水當(dāng)中的碳服務(wù)于兩個(gè)目的，一個(gè)營(yíng)養(yǎng)物去除，第二個(gè)送到硝化池里面產(chǎn)生沼氣。營(yíng)養(yǎng)物標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格時(shí)實(shí)際沒(méi)有多少碳源可以用作能源回收的。因此，發(fā)展一種營(yíng)養(yǎng)去除不需要碳源的新過(guò)程，就提到議事日程上。

氨氮厭氧氧化菌發(fā)現(xiàn)以后，引起了人們的注意。因?yàn)樗梢怨?jié)約60%的溶解氧，且不需要碳源進(jìn)行氨氮去除。這是一個(gè)根本性的變化。就是今天上午彭老師講，碳跟氮去除不用放在一起，可以分開來(lái)處理。理論上來(lái)說(shuō)厭氧氧化全部成功可以把所有碳源拿去做能源回收。美國(guó)的切薩皮克（Chesapeake.）地區(qū)有很嚴(yán)格排放標(biāo)準(zhǔn)。

Blue Plains污水處理廠每年花六百萬(wàn)美元買碳源。這是美國(guó)開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)的主要驅(qū)動(dòng)力。歐洲的驅(qū)動(dòng)力是增加能源回收。從國(guó)外研發(fā)來(lái)看，已經(jīng)花費(fèi)六年時(shí)間進(jìn)行改技術(shù)的開發(fā)。而對(duì)國(guó)內(nèi)來(lái)說(shuō)，我們相當(dāng)部分的污水碳氮比比較低，如果能夠應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，可以在低碳氮比情況下達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)的營(yíng)養(yǎng)去除。

樟宜回用水廠實(shí)行了主流氨氮厭氧化（60萬(wàn)噸每天），工藝是典型的五點(diǎn)進(jìn)料，進(jìn)料以20%的比例進(jìn)每一個(gè)硝化池。回流比（50%）進(jìn)入到第一個(gè)硝化池。硝化池和好氧池容積相同。整個(gè)水力停留時(shí)間為5.6h。新加坡污水溫度為28℃-32℃。這個(gè)圖是我們從2011年在現(xiàn)場(chǎng)取樣分析的平均值制成。

有兩個(gè)典型現(xiàn)象：第一，氨氮不但好氧池里面去除，在厭氧池里也被去除；第二，每個(gè)好氧池的末端的亞硝酸氮濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于硝酸氮濃度。短程硝化很明顯。部分硝化率為72%，相當(dāng)于10個(gè)氨氮進(jìn)入好氧去，有7個(gè)氨氮被氧化掉。而這7個(gè)被氧化掉的氨氮中70%氧化成了亞硝酸，剩余的變成了硝酸根。亞硝酸氧化菌的活性被嚴(yán)重抑制。

兩家當(dāng)?shù)氐拇髮W(xué)進(jìn)行了微生物研究，證明這個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中單細(xì)胞形態(tài)的氨厭氧化菌種存在。TU-Delt進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)?zāi)M，證明了在樟宜條件下單細(xì)胞形態(tài)的氨氮厭氧菌確實(shí)可以存在。最近日本OKABE研究組也發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象。

現(xiàn)在回到基本的問(wèn)題，跟常規(guī)系統(tǒng)比較優(yōu)點(diǎn)何在？在進(jìn)水水質(zhì)BOD大概為140到150，TN為41，出水TN為4.8，TN去除率為88.3%；而常規(guī)的過(guò)程出水TN一般高于10mg/L，TN去除率為70%。再看看總氮的組成，它的無(wú)機(jī)氮組成，這一張圖也是2011年數(shù)據(jù)，1月1號(hào)到年底，實(shí)際每天早上和下午平均值，每個(gè)平均值做出來(lái)，黃的是氨氮，濃度最高。亞硝酸氮濃度為平均值為1.1mg/L，這個(gè)最有意思的是硝酸根氮的濃度為1mg/L?？偟臒o(wú)機(jī)氮為3.8mg/L。而PUB所管轄的其它的常規(guī)污水廠出水的硝酸氮為8-12mg/L。

對(duì)比曝氣能耗，樟宜處理每立方水電耗為0.13kW˙h，能耗比新加坡其它幾個(gè)污水廠低10%-30%。而樟宜污水廠的出水TN遠(yuǎn)低于新加坡其它幾個(gè)污水廠，這充分說(shuō)明樟宜污水廠的脫氮能耗最低。我在這里沒(méi)有談脫磷，我們也在厭氧區(qū)發(fā)現(xiàn)反硝化脫磷現(xiàn)象，今天時(shí)間有限就不講了。

樟宜主流厭氧氨氧化的因素是什么？第一高溫。第二殘余氨氮的存在，缺氧好氧交換進(jìn)行，短泥齡和在線控制。

本課題起始于2011年，有若干論文已經(jīng)發(fā)表。大家有興趣可以參考。我的報(bào)告就做完了。

謝謝大家！

提問(wèn)環(huán)節(jié)：

提問(wèn)1：樟宜生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中發(fā)現(xiàn)這個(gè)現(xiàn)象，中試系統(tǒng)驗(yàn)證出來(lái)什么樣的結(jié)果？

曹業(yè)始：實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)?zāi)苤噩F(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的現(xiàn)象，做中試時(shí)用的是生物膜反應(yīng)器，取得了部分硝化，但不穩(wěn)定，挑戰(zhàn)在于如何維持剩余氨氮。

提問(wèn)2：設(shè)計(jì)的時(shí)候?yàn)槭裁催x擇五段呢？

曹業(yè)始：多點(diǎn)進(jìn)料有三點(diǎn)也有五點(diǎn)，段說(shuō)越多碳的利用效率越高，但基建費(fèi)用較高。

提問(wèn)3：美國(guó)原來(lái)很多老廠用兩點(diǎn)進(jìn)料工藝，再增加進(jìn)料點(diǎn)有顧慮，出水氨氮高達(dá)到5-6mg/L。國(guó)內(nèi)考慮這個(gè)工藝考慮氨氮可能不能穩(wěn)定達(dá)到我們的要求。

曹業(yè)始：如果僅僅考慮要徹底硝化，最后好氧段可以設(shè)計(jì)的大一點(diǎn)，另外最后一條好氧區(qū)的大一點(diǎn)，比前面的好氧段長(zhǎng)一點(diǎn)?，F(xiàn)在工業(yè)規(guī)模裝置氨氮的在線測(cè)試不是問(wèn)題，出水的氨氮濃度可以控制。

提問(wèn)4：就是說(shuō)你這個(gè)缺氧段這個(gè)分隔是流態(tài)分隔嗎？

曹業(yè)始：現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際整個(gè)的流態(tài)都是活塞流，做分隔起不到很大作用。

提問(wèn)5：不同的氨氮厭氧化菌活性差別是否是開發(fā)過(guò)程中遇到的一個(gè)難題？

曹業(yè)始：小于13℃的低溫情況下,氨厭氧菌活性都比較低。

作者天簡(jiǎn)介：曹業(yè)始--新加坡公用事業(yè)局(PUB)前首席專家，國(guó)際水協(xié)會(huì)會(huì)士(IWAFellow),國(guó)際水協(xié)會(huì)營(yíng)養(yǎng)物去除和回用專家領(lǐng)導(dǎo)小組成員，世界銀行環(huán)境顧問(wèn)

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