亚洲色一色噜一噜噜噜人与

行業新聞

DC Water在主流脫氮工藝上的發現與思考--2018 IWA營養物去除與回收大會掠影

IWA國際水協會2018年舉辦的營養物(氮和磷)去除與回收大會(IWA Nutrient Removal and Recovery Conference 2018),美國華盛頓水司(DC Water)研究項目經理Haydée De Clippeleir博士作為主旨發言嘉賓,分享了DC Water在主流脫氮工藝上的發現和思考。


DC Water運行著全球最大的深度污水處理廠——Blue Plains,日均處理量為140萬噸,占地910畝。隨著出水水質要求不斷嚴格(TN<3.74mg/L,TP<0.18mg/L),污水廠體量不斷增大以及深度處理生化段投加碳源成本的增加,Blue Plains污水廠面臨著升級改造的巨大壓力。
Blue Plains污水廠(圖1)已經建成世界上最大的側流式厭氧氨氧化工藝(DEMON?),設計處理能力為每天2百萬加侖(約7,700立方),設計氨氮負荷為10,000kgN/d,已于2017年9月投入試運行。厭氧消化液和壓濾機的濾后液混合后進入DEMON?側流式厭氧氨氧化系統,有效降低主流程中的總氮負荷。目前主流脫氮仍然是傳統硝化反硝化工藝。

DC Water在主流脫氮工藝上的發現與思考--2018 IWA營養物去除與回收大會掠影(圖1)

圖1 Blue Plains污水廠面臨升級改造
側流DEMON?工藝的啟動(圖2)是由第一個反應池接種Anammox(菌種來自奧地利Strass污水廠和荷蘭Niewasser污水廠)和AOB(來自主流工藝的硝化反應池),待第一個DEMON?反應池的Anammox逐漸生長起來后,再接種到第二個DEMON?反應池,以此類推,直至5個反應池接種完畢。截至2018年7月,側流氨氮去除率約85%-90%,氨氮負荷超過5,000 kg N/d。
厭氧氨氧化是目前業界普遍認同的經濟高效的污水處理技術,且PNA技術一直是多年來傳統的研究重點,已實現在高氨氮工業廢水中的工程化應用。側流厭氧氨氧化“容易做”大家都知道,那么主流呢?Haydée博士通過“Potholes(凹坑)”和“Detours(迂回)”形象地展示了通往主流短程脫氮的兩種不同路徑和思考方式。
首先是“凹坑”路線,字面意思就是這條道路或許很短,但是充滿了挑戰。要想實現主流PNA,最大挑戰就是:(1)AOB和厭氧氨氧化菌在系統內的富集與截留(SRT分離);以及(2)NOB的抑制和淘汰(避免與厭氧氨氧化菌競爭NO2)。由于主流進水氨氮濃度以及溫度都較側流低,且厭氧氨氧化菌生長緩慢,因此需要更長的SRT來保證系統內營養物質的去除。如果能將厭氧氨氧化菌截留在系統內,與其他微生物的SRT得以分離,則很大程度上“無限”延長了厭氧氨氧化菌的SRT。
Haydée博士在報告中提到可以利用水力懸液分離器(Hydrocyclone)或者篩網(screen)實現厭氧氨氧化菌的富集和分離。AOB的生長與截留可以(1)從側流向主流工藝中補充強化AOB;(2)通過顆粒污泥(Paques ANAMMOX?)或者生物膜附著生長(Veolia ANITATMMox)的方式,使厭氧氨氧化菌附著于載體填料的最內層,而AOB附著在外層。如圖3所示,顆粒污泥(左上)以及基于MBBR的生物膜系統(右上)是單SRT系統,而以DEMON?工藝為代表的SBR系統(左下)和IFAS系統(右下)可以實現SRT的分離——DEMON?工藝通過外置選擇器分離富集厭氧氨氧化菌;IFAS通過外置沉淀池回流污泥實現SRT的分離。

DC Water在主流脫氮工藝上的發現與思考--2018 IWA營養物去除與回收大會掠影(圖2)

圖3  不同工藝方法中厭氧氨氧化菌的富集
針對NOB的抑制,Haydée博士提到了以下幾方面的調控手段,并總結了不同調控策略對AOB、NOB以及厭氧氨氧化菌的影響(圖4):
A. 出水氨氮濃度控制:在底物濃度較低時,NOB的生長速率要高于AOB的生長速率;維持出水氨氮濃度在2mg/L以上有助于AOB的生長速率超過NOB;
B. DO調控:AOB對氧的半飽和系數高于NOB。當DO濃度高于1mg/L時明顯對抑制NOB非常有效;
C. 減少NOB亞硝酸鹽的可用性:(1)增大厭氧生物膜的體量(例如增加度生物膜載體的比表面積)(2)間歇曝氣,瞬時缺氧;
D. SRT調控:當系統溫度較高時,通過嚴格調控污泥停留時間可以有效將NOB從系統中淘汰;但是研究表明,當溫度低于17℃時,NOB的生長速率開始超過AOB的生長速率,單一的 SRT調控手段很難抑制NOB的生長,必須配合其他的調控方式來實現目的。

DC Water在主流脫氮工藝上的發現與思考--2018 IWA營養物去除與回收大會掠影(圖3)

圖4 不同調控策略對AOB、NOB以及厭氧氨氧化菌的影響

除了上述理論調控策略以外,Haydée博士還分享了通過AvN(NH4+ vs.NOx-)調控的相關經驗。AvN是一項污水處理過程控制及優化的專利技術(圖5),具有極大的靈活性。主要特點包括(1)涵蓋了NOB抑制調控手段的因素;(2)平衡氨氮的氧化和氮氧化物的還原(主要是NO2- 和NO3-)。可以實現:(1)在給定的碳源條件下高效脫氮;(2)優化曝氣;(3) 合理的堿度管理。


DC Water在主流脫氮工藝上的發現與思考--2018 IWA營養物去除與回收大會掠影(圖4)

圖5 AvN調控示意圖
美國漢普頓路衛生局(HRSD)管轄的Boat Harbor污水廠最先于2015年夏實施AvN調控體系。該污水處理廠的占地面積十分有限,日處理量為94,600m3/d。AvN調控技術的應用使得該污水處理廠在無需擴建構筑物的基礎上,能夠達到出水總氮10mg/L 的排放標準,并同時減少了堿度的投加。

DC Water在主流脫氮工藝上的發現與思考--2018 IWA營養物去除與回收大會掠影(圖5)

圖6 Boat Harbor污水廠AvN調控結果
由此可見,主流PNA雖好,但是需要控制的因素很多,對于實際工程應用挑戰很大。因此,Haydée博士又從另一角度提出了可能的路徑——“迂回”路線。如果抑制NOB那么麻煩的話,那干脆就不要抑制好了,反正反硝化過程中也會產生NO2- ,再耦合厭氧氨氧化作用實現脫氮作用。這種基于短程反硝化(Partial denitri?cation,簡稱“PdN”)耦合厭氧氨氧化Anammox)作用的過程就被稱之為PdA(=PdN+Anammox) (圖7)。根據文獻,控制短程反硝化(PdN)的主要因素有:COD/N,SRT,堿度,碳源等。

DC Water在主流脫氮工藝上的發現與思考--2018 IWA營養物去除與回收大會掠影(圖6)

圖7 主流脫氮的兩種路徑PdN和PdA
DC Water的實驗數據表明,在不同的碳氮比條件下,如果保持反應池內的NO3-濃度大于2mgN/L,那么短程反硝化率將會維持在90%及以上。因此,出水NO3- 是控制PdN路徑的主要因素。

其實早在1996 年就提出了相關的機理:NO3-濃度受限時才會有大量的電子傳遞給Cytochrome C(細胞色素還原酶),從而實現亞硝酸鹽還原為氮氣的過程。DC Water也測試了不同的碳源(甲醇、乙酸、丙三醇)對PdN路徑的影響,并總結了不同的機理過程。

因此,根據獲得實驗數據,DC Water也提出了PdN路徑的調控策略:(1)保持反應池中出水NO3->2mg/L可以實現80%以上的PdN;(2)直接控制外源COD投加量,而非控制COD/N。DCWater目前正在進行主流厭氧氨氧化的中試,反應池總體積為360L,前200L主要通過AvN調控實現出水氨氮和硝酸鹽氮的設定比(此過程含部分PNA),后160L主要進行PdN過程,為保證出水,最后會有少量完全反硝化作用(Full Denitri?cation, FDN)。

DC Water還對兩條路徑做了工藝性能和經濟效益(圖12)的比較。PdN耦合厭氧氨氧化相較于PNA在經濟成本(能耗和藥劑)上會有所增加,但是從過程調控層面來說,要更容易實現。

短程反硝化(PdN)雖然不是新內容,但是耦合厭氧氨氧化(PdA) 卻是污水主流脫氮工藝可以 考慮的新途徑,在長期運行過程相較于PNA 也更加穩定,具有很大的應用前景和研究價值。

聯系

公司: 百源環境

手機: 150-6180-9321

電話: +86 510 83789266

郵件: biosource@163.com

地址: 無錫市濱湖區胡埭工業園鴻翔路22號

亚洲色一色噜一噜噜噜人与