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中国城市生活污水脱氮技术的未来判断

发布日期:2019-07-09 / 发布者:鸿淳环保科技 / 点击:

北京,昆明,巢湖,太湖等重点地区和流域是环境保护的推动者,对废水处理的要求越来越高。 TN排放标准从20mg / L(B级),15mg / L(A级)提高到10mg / L,甚至5mg / L(昆明A标准),逐渐向脱氮极限方向移动。然而,在目前的反硝化技术路线中,一些反硝化过程通过增加碳源,增加场地,复杂的运行和维护等,使化学品成本大幅增加。随着资本的可持续发展。

关于污水的脱氮,最终的脱氮是中国污水处理的未来趋势吗?在中国特有污水的特点下,如何在高排放标准下实现废水脱氮的高效稳定运行?基于国际经验的中国脱氮技术未来发展方向是什么?我们希望通过对历史,现在和未来的讨论和反思,阐明未来脱氮技术的技术路线,促进产业创新和环境保护的健康发展。

我们的水体被氮污染了吗?

与天然生物固氮不同,化学合成氮、燃烧化石燃料释放的氮氧化物以及水稻种子膨胀引起的生物固氮增加被称为“人工活性氮”或“活性氮”。根据清华大学绿色经济与可持续发展中心的研究,从1910年到2010年,我国活性氮的年净产量在100年内增长了6倍以上,2010年贡献率达到80%以上。人为活性氮的含量是天然生物固定氮的两倍,显著改变了区域氮循环,给生态环境带来了更大的压力。温室效应、雾霾和酸雨都与人类活动干扰下氮循环的变化有关。

那么我们国家的水体是否被氮污染?

2019年2月,清华大学的喻朝庆博士和他的同事在《自然》杂志上发表了一篇论文“管理氮以恢复中国的水质”。作者报告称,我国因人为因素排放到淡水中的氮排放量为1450万t/a,约为预计安全排放阈值(520万t/a)的2.7倍。20世纪80年代以前,水体中氮的浓度低于1 mg/l,但90年代以后,许多流域的氮浓度迅速上升到15 mg/l以上,研究发现,除西藏外,中国各省份都存在流域污染问题,95%的流域污染源来自西藏。水域在2000年以前受到了污染。到目前为止,污染物的积累已经超过20年了。1980年,京杭大运河、巢湖、滇池在1981年开始出现氮污染。氮的积累持续了近40年。

中国正从“低碳社会”走向“低氮社会”

“低碳社会”的概念深深扎根于人民的心中。然而,如上所述,人类活动可能会严重干扰氮循环并可能产生更严重的不利影响,但它并未引起社会各界的关注。面对中国和世界上越来越多的活性氮生产,建立“低氮社会”已成为控制环境污染和维护生态系统健康的必然措施。

2016年,清华大学绿色经济与可持续发展中心提出了“加快低氮社会建设,保障生态系统健康”的构想。2018年,在中荷生态环境技术国际高峰论坛上,清华大学环境学院王凯军教授也表示,人们对氮磷还没有更好的认识,并提出了发展方向。从“低碳社会”到“低氮社会”的概念。

如何实现“低氮”?可以理解为活性氮排放量少,减少了氮对环境的影响。一方面要从源头上控制氮污染,加强对氮污染物的管理和控制;另一方面要在氮运输和转化过程中实施协调控制。497教授还指出,氮气在节能减排方面具有巨大潜力。在任何可能的领域,可能的规模,就地追求最大可能的“闭环水和物质”。

城市污水处理厂在氮排放中发挥什么作用?

喻朝庆博士的研究将对水中总氮浓度的观察与农业和其他来源的模拟氮排放结合起来,以估计1955年至2014年中国的氮排放模式。从污染源的角度来看,农业和家庭污染物是水体氮污染的主要来源。其中,农业污染占氮排放总量的59%(农田35%,牲畜24%),家庭污染占39%(城市污水13%,农村污水8%,有机废物18%),工业废物占2%。

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截至2018年12月,中国已经运营了5370个生活污水处理厂,处理能力为2亿立方米/日。如果污水处理厂出水的TN浓度从15 mg / L降至5 mg / L,则水体的氮排放量可减少5%-10%。随着中国污水管网建设,管理和维护的改善,城市污水处理厂将在减少水氮排放方面发挥越来越重要的作用。

脱氮污水在经济上是否可行?

曲久辉院士、彭永臻院士、王凯军传授、王洪臣传授等多位专家学者曾指出,关于湖泊等敏感水体,应因地制宜,制订加倍严峻的处所排放规范,逐步将污水处理标准与地表水水质等级接轨。不断提高污水处理厂的排放标准,是我国污水处理行业永恒的主题。目前,昆明已实施污水处理厂TN <5mg / L的极限脱氮标准。将来,越来越多的水敏感区域或流域将走向脱氮极限。

限制氮去除在经济上是否可行?重新审视和观察发达国家水环境治理的历史和国家政策可能为我们提供参考。在本期“美国水环境治理”一文中,作者详细阐述了美国实施TN <3m / L,TP <0.1mg / L排放标准的美国水环境管理思想和投资。从美国的经验来看,增加营养物去除(ENR)和限制营养物质去除(LOT)的投资和运营成本的增加受到限制,一些污水处理厂甚至看到了运营成本的节省,可以说是性价比高。

我国污水特性运行现状及对策

碳管理是污水处理的根本问题

1914年,Arden和Lockett发明了活性污泥法。 1964年,英国水污染中心唐宁建立了硝化理论的基本规则。在20世纪70年代,“生物氮和磷去除之父”James Barnard创造了经典的Bardenpho废水处理。反硝化过程,从那时起,基于生物方法的污水处理,不断得到扩展和发展。新加坡公用事业局(pub)前首席专家施正荣(曹业)在JIEI举办的废水脱氮技术沙龙上说,脱氮除磷需要碳。如何合理地管理和分配碳是污水处理中的一个基本问题。生物去除1个N需要6个COD,去除1个P需要7到10个COD,所有这些都是可生物降解的COD。结合污水的特点和微生物的特点,通过碳管理去除污水中的碳,磷等养分是一项系统工程。这也是污水处理的基本问题。

“病态”污水处理厂的低效运行是普遍存在的。

James Barnard博士认为:随着人们对污水处理生物原理的加深,完全可以设计出可靠的系统实现高标准出水,即TN<3 mg/L、TP<0.1 mg/L,结合化学除磷可实现TP<0.01 mg/L。荷兰的研究结果也表明,在条件适宜情况下活性污泥工艺的技术极限为TN<2.2 mg/L、TP<0.15 mg/L。上述理论,可以说为在生物脱氮除磷工艺基础上,通过优化运行管理实现极限脱氮的可能打下了坚实的理论基础。

与目前中国的污水处理情况相比,存在许多实际问题。管道受损,雨水和污水排放不良,工业废水混合排放等问题形成了中国城市污水的特点:水资源摄入量复杂,碳源不足。江南大学李激教授分析了全国58家污水处理厂的全过程,发现85%的污水处理厂碳源不足。这可能是为什么该工艺后端的反硝化过滤器一般用于需要实施TN <10mg / L出水标准的省,市污水处理厂,这也增加了成本增加0.2-0.3元碳源对吨水的运行。 ,0.004度/米电费增加二级。中国的污水处理厂“运行疾病”和低效运行已成为常态。

“源头控制、生物强化、优化运行”——污水高效稳定反硝化的良好策略

目前,高排放标准的生活污水处理厂稳定运行时间相对较短。北京一直是一个开拓性的领域。自地标(DB11 / 890-2012)出版7年以来,它已经出版,但大部分领域仍在升级和升级过程中,并且在有效和稳定的氮去除方面经验较少。结合北水北调中心区调标改造工程的管理和技术经验,提出了“因地制宜、操作方便”的思路和建议。二次处理是关键,三次处理是保证,投资成本是核心”。497教授通过对58个污水处理厂的调查分析,提出了碳源,内回流比,内回流溶氧,搅拌等反硝化作用的主要影响因素的运行优化建议。值得读者品尝和练习。同时,对于正在升级标准的江苏,我们邀请张超参与“城市污水处理厂和重点工业主要水污染物排放标准”的初步调查。在太湖区“(DB32 / 1072-2018)。该系统分析了太湖流域新一轮招标的问题和对策,希望对读者有所启发。结合许多专家的观点,我们认为“源头控制、生物强化、优化运行”是新一轮招标中实现废水高效稳定反硝化的良好策略。

未来10年污水处理和脱氮技术的方向

进入21世纪后,废水处理发生了重大的概念变化。污水不再被视为废物,而是可再生资源。 2014年初,由曲久辉院士代表的六位专家提出了“中国城市污水处理概念厂”业务,追求“水质可持续性,能源自给,资源循环利用,环境友好”。随着观念的转变,减少或放弃对额外碳源的需求,减少曝气能耗,占用更少的土地,利用现有基础设施开发新工艺已成为当前和未来10年的技术方向和挑战。

更具成本效益的碳源替代技术和产品

目前,以硫等无机物为电子供体的自养反硝化技术由于不需要添加有机碳源,反硝化效果好,已成为技术工程应用的研究热点。效率高,运行成本低。“497”教授认为,与反硝化深床滤池相比,硫自养反硝化装置可节省至少20%的城市污水面积,降低50%以上的运行成本,实现污水深度反硝化的目标,tn<10 mg/l。这项技术尚未在工程中应用,据了解,许多试点项目正在进行中。碳源是污水处理厂广泛使用的脱氮剂,一种更具成本效益的替代产品也是当前市场的热点。北京的一家公司开发了一种新的生物碳源,Bioc-1M,可以取代传统的碳源。它不仅安全,而且可以降低15%-30%的运营成本。已在北京昌平、大同医药园等污水处理厂得到应用。

更节能,更具成本效益的技术和产品

石曹业博士在JIEI举办的技术沙龙研讨会上详细阐述了各种生物脱氮技术的能耗。他指出,与传统的硝化反硝化相比,短程硝化反硝化可节省25%的氧气和40%的碳,厌氧氨氧化可节省75%的氧气和60%的碳。奥地利理论化学家恩格尔伯特·布罗达自1977年开始研究厌氧氨氧化。经过40多年的发展,它已成为世界关注的焦点。例如,威立雅,一家世界知名的水公司,不仅开发了基于MBBR系统Anitatmox的一级部分硝化厌氧氨氧化(PNA)反硝化工艺,而且一直在探索和推进主流PNA反硝化工艺。直流水公司经营着全球最大的边流厌氧氨氧化工艺(DEMON 6)污水处理厂Blue Plains,同时也在促进短期反硝化与厌氧氨氧化(PDA)的结合。南非著名的开普敦大学开发了“外部硝化活性污泥法”,不仅使处理能力提高了50%,而且使曝气需求减少了75%。

在材料创新、生物膜形成机理和结构稳定性的基础上,新的生物膜技术也焕发出新的光芒。世界知名的苏伊士、Fluence和Oxymem公司于2000年左右开始开发充气膜生物反应器(MABR),并于2015年投入市场。目前,它们已在国外工程中得到应用。MABR技术适用于我国低C/N比、低VSS废水的特点。可直接应用于常规活性污泥法的缺氧区。通过曝气功率比微孔曝气高4倍,同时硝化反硝化和部分短切硝化反硝化,可节约20%-40%的能耗,提高30%-50%。出水tn<10mg/l,可通过水负荷稳定实现。目前,Fluence开发的MABR一体化设备已在我国农村生活污水处理中得到广泛应用,苏伊士和Oxymem已开始在中国湖州开展第一个示范工程。在未来,随着人们对这项技术的关注和发展,专有技术的成本将会降低。据信,专有技术将在中国得到更快的应用,尤其是在缺乏场馆的情况下,这些场馆已经超载,并面临着进一步的TN招标。

最后,我还是想在脱硝技术沙龙中使用曹业史博士的总结作为结论。中国独特的污水特性是我们的挑战。如何改善低效运行的污水处理厂? “优化现有的BNR流程以提高效率;探索在废水中有效利用碳,尽量减少使用额外的碳源和化学品;通过工业,学术和公共事业加强工程研究;并选择前沿主题的突破“这可能是未来10年中国BNR计划的突破方向。

中国城市生活污水脱氮技术的未来判断

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