城市中水深度除氮技术.doc

城市中水深度脱氮技术摘要:分析了城市中水综合利用深度脱氮技术研究的必要性和意义,提出曝气生物流化床(ABFT)工艺进行城市中水深度脱氮研究的技术核心,得出ABFT工艺在HRT1.5 h,设计NH3-N负荷0.6 kgNH3-N/(m3.d),出水NH3-N稳定低于1.0 mg/L,NH3-N平均去除率，高达95%,建立30 000 m3/d城市中水综合利用示范工程。关键词:ABFT;中水;深度脱氮;工程示范；A/A/O工艺正文:我国属于水资源贫弱国,长期以来水源污染，未得到有效控制,水资源问题已经成为我国经济。可持续发展的制约因素。研究污水的再生和利用，尤其是城市中水(本文中城市中水是指经二级城，市污水厂处理的达标排放水)综合利用是环境保护、水污染防治的关键环节。一、研究的意义水资源问题严重影响社会、经济发展,以城市中水综合利用为主的污水资源化是保护水资源和使水资源增值的有效途径,同时也能大大地缓解我国水资源的紧缺。国家政策提倡循环经济的发展,以污(废)水资源化为代表的循环经济项目受到国家的鼓励和政策上的支持,另外环太湖流域水资源面临紧缺和污染严重、新鲜水资源限制等问题,使得越来越多的企业利用中水作为工业补给水。根据浙江省制药、制革和精细化工等行业集中、多数污水处理厂排水氨氮、总磷超标的现状,城市中水利用的首要任务是深度去除氨氮污染因子。目前国内外已在使用或已实验的污水脱氮技收稿日期:2008-12-02术主要可分为物化处理技术(如汽提、反渗透等)、生物脱氮法(生物膜法、泥法等),较多存在投资大、运行费用高、管理困难、易产生二次污染等问题。本项目研究采用曝气生物流化床(ABFT)技术对城市污水处理厂出水进行深度脱氮处理回用补充电厂循环冷却水,该技术包括两大核心技术,一是NC-5ppi型微生物载体,二是广谱性(适于pH中性、低水温环境)Nitrobacteria-II型硝化菌种。建立了30 000 m3/d城市中水综合利用示范工程,投入运行后将减轻污水厂排放污水中的污染因子对太湖流域的水体影响,符合国家的节能减排政策和对太湖流域水体富营养化的严格控制要求。二、工艺研究2.1主要研究内容(1)构建硝化、亚硝化菌群体系。包括硝化细菌、亚硝化细菌的分离筛选、纯化、富集和硝化细菌、亚硝化细菌生长机制、动力学参数研究。(2)驯化硝化菌适应pH中性、低温的生长环境,筛选、富集能适宜更宽pH范围、较低温度的nitrobacteria-II硝化菌,实现nitrobacteria-II硝化菌的规模化培养。(3) NC-5ppi载体填料开发。包括载体填料的材质、内部结构,在净水器中的流态、固定化微生物的特点。(4)高负荷硝化反硝化反应装置的研制开发。包括符合nitrobacteria-II硝化菌优势生长、填料流化状态的反应装置形状、内部结构和曝气系统,反应器水力流态对nitrobacteria-II硝化菌筛选和分布的影响。(5)深度脱氮技术中试研究。研究硝化反硝化稳定运行控制工艺参数,确定最佳氨氮负荷、最佳水力停留时间、最适温度、溶解氧浓度、pH值范围。(6)城市中水深度脱氮综合利用技术示范工程建立。针对城市中水建立一个高效深度脱氮技术示范工程: 30 000 m3/ d城市中水综合利用工程。2.2技术关键(1)NC-5ppi生物流化填料的成功开发。(2)广谱性(适于pH中性、低水温环境) ni-trobacteria-II硝化细菌的规模化培养技术。(3) ABFT工艺反应器稳定运行工艺控制要点。2.3创新点(1)首次开发了空隙高、化学性能稳定的NC-5ppi生物流化填料。(2)首次实现广谱性(适于pH中性、低水温环境)nitrobacteria-II硝化细菌的规模化培养技术。(3)实现大水量深度脱氮技术高效性与经济性的统一。2.4实施方案(1)亚硝化细菌、硝化细菌群体系的构建。运用划线分离法分离、纯化硝化细菌和亚硝化细菌,对已经纯化的亚硝化细菌和硝化细菌进行生长曲线绘制,确定亚硝化细菌和硝化细菌的生长动力学参数。(2)nitrobacteria-II硝化菌规模化扩培技术。通过对硝化菌生理特性的研究,控制特定的工艺条件,驯化硝化菌适应pH中性、低温等严格工艺条件,培养适应pH值范围更宽、温度较低环境的nitrobacteria-II硝化菌,研制可调控培养条件的菌种规模化扩培设备。(3) NC-5ppi专用填料的开发。利用微型聚氨酯发泡机进行设备改造,试验改变添加剂和原料的配比,同时投加A催化剂,产出弹性好、韧度强、化学性质稳定、空隙率达5ppi的网状填料。(4)高负荷硝化反硝化反应装置的研制开发。通过nitrobacteria-II硝化菌生长特性的研究,以及载体填料实现流化状态的特点,设计符合硝化菌快速繁殖的反应装置形状和结构。(5)高效脱氮工艺稳定运行关键技术。反应器实验室系统中投加nitrobacteria-II硝化菌,分别配置不同氨氮浓度和pH值的实验进水,在不同DO、环境温度、回流比以及不同的回流位置进行正交试验,使用SPSS统计分析软件通过多元回归分析,确定影响nitrobacteria-II硝化菌脱氮效率的最重要因素及确定最佳的工艺控制参数。(6)高负荷硝化反应中试研究。运用工程化手段,进行工艺控制的放大优化,同时应用FLUENT流态模拟软件指导中试设备的放大设计,分别研究2.5 m3, 25.0 m3高效脱氮实验装置,并在此基础上应用FLUENT流态模拟软件优化工程化设备申屠民良等城市中水综合利用深度脱氮技术研究和工程的结构。(7)示范性工程建设。根据实验研究获得高效深度脱氮工艺控制要点及优化设计工艺,建设示范性工程。技术路线如下:三、研究成果(1)通过本项目的研究,掌握了Nitrobacteria-II硝化菌扩培技术,系统地获得高效硝化反硝化工艺控制要点,处理设备及构筑物设计参数,形成了成熟的硝化反硝化深度脱氮技术体系。Ni-trobacteria-II型优势硝化菌种,适应恶劣环境能力强,结合载体流化、固定化微生物技术,可以适应低碱度、低pH值的水质环境。(2)开发出NC-5ppi型专用填料,为网型宽孔高分子载体,表面带有某些亲水性基团以及氨基、羧基、环氧基等活性基团,可与微生物肽链氨基酸残基作用形成离子键结合或共价键结合而将微生物及生物酶固定在载体上,生物载体上的微生物除生长着真菌、丝状菌和菌胶团外,还有多种捕食细菌的原生动物和后生动物,形成了稳定的食物链,因而污泥产生量小。固定化微生物后的载体密度接近于水的密度,微生物负载量大,容积负荷高达8kgBOD5/(m3d),比表面积为23.3 m2/g。这种载体,由于其结构的特点,可使污水、空气和生物膜得到充分掺混接触交换,生物膜不仅能大量地在微生物载体内着床,保持良好的活性和空隙可变性,而且在运行过程中气体在三维流动的污水带动下,互相碰撞并被处于蠕动状态的微生物载体不断切割成更小的气泡,增加了氧的利用率,可减小曝气量。因此它具有切割气泡能力强,空间体积利用率大、无死区等特点,是当前微生物载体的更新换代产品。(3)研制开发了高负荷硝化反硝化反应装置。反应装置满足了载体流态化、传质效果好,抗冲击负荷能力强等要求。(4)掌握了常温及低温条件下,应用ABFT工艺对城市污水厂出水进行处理均具有显著的脱氮效果,最佳HRT为1.5 h,氨氮负荷为0.6kgNH3-N/(m3.d),平均NH3-N去除率高于95%。四、 ABFT工艺4.1 ABFT工艺概述 曝气生物流化池，英文名称(Aeration Biological Fluidized Tank) 简称（ABFT），是微生物细胞与载体自固定化技术的好氧生物反应器，固定化微生物后的载体平均密度与水的密度十分接近，载体在水中呈悬浮状。与固定床相比，该流化床具有比表面积大、接触均匀、传质速度快、压损低等许多突出的特点。 ABFT工艺还具有在高负荷进水下出水水质稳定的优点，污染物去除量及去除率均随进水浓度的提高而增加，表现出ABFT适应处理高浓度废水的能力，尤其在脱氮方面有其独特的优势。因此，采用ABFT工艺可使装置容积大大减少，从而减少土地占有面积，降低工程造价。4.2ABFT工艺原理在ABFT反应器中投加占曝气池有效容积的1040 的高效微生物载体，特效微生物大量的附着并固定于其上，ABFT反应器实际上是综合传统活性污泥法与生物膜法优点的双生物反应器。各级ABFT反应器中，通过培养不同特效菌种，提高目标污染物的降解效果；载体材料表面所生长的生物量通常为18-25g/L，最高达到40g/L，是普通生物膜法的1.52.0倍，是传统活性污泥法的1020倍，并且微生物与载体结合牢固，不易脱落，不易流失，高负载的生物量保证了ABFT反应器去除污染物的高效和稳定；运行过程中载体内部存在着良好的厌氧区微环境，使其内部形成无数个微型的反硝化反应器，故而造成在同一个反应器当中同时发生氨氧化、硝化和反硝化联合作用，有力的保证了氨氮的高效去除；通过控制各级ABFT反应器的运行参数，造成宏观好氧及厌氧环境的存在，有利于聚磷菌的释磷和过度摄磷，保证了磷的去除。4.3 ABFT工艺特点(1)耐冲击负荷能力强,受水温、水质、水量变化影响小,处理效果稳定,并可以间歇运行。温度对其影响明显小于以生物转盘或悬浮污泥层的反应器。【排水工程 M .北京:中国建筑工业出版社出版。】(2)微生物量大。采用了新型的载体NC-5ppi型生物流化填料。这种新型载体具有比表面积大、挂膜容易、生物膜更新快等优点。(3)Nitrobacteria-II高效菌种,结合结构特点适应较低水温、pH中性的水质环境。(4)处理出水质量好,运行安全可靠,可达到循环冷却水标准或生活杂用水水质标准。本反应器可设置多级系统(一般4到6级),在有效去除氨氮污染物的同时,对其它污染因子也有显著的净化效果。(5)水力停留时间短,载体填料的固定化微生物技术【固定化微生物脱氮技术J】解决了氨氮降解需较长污泥龄与短水力停留时间之间的矛盾,占地面积小,较传统硝化反硝化脱氮工艺减少50%空间。(6)工艺流程短,网型宽孔载体切割气泡效果好,氧的传质效率高。采用穿孔管曝气阻力损失小,悬浮型填料流化较传统流化床所需动力更小,动力消耗比传统硝化/反硝化工艺减少60%。(7)调节、控制、运行操作方便,人员配置较少,减少吨水人工成本。(8)剩余污泥产量很少,一般进行回流消解处理,不会对环境产生二次污染。(9)可直接在原有污水处理构筑物(生化或沉淀池)大体结构不变的基础上直接进行改造。(10)在应用方面。同接触氧化工艺相比,省了填料框架,填料投加方便;同曝气生物滤池相比,不用进行反冲洗,降低了投资费用和运行成本,运行连续稳定。4.4ABFT工艺适用范围炼油、化工、煤化工、印染、味精、造纸等高浓度有机污水、城市生活污水处理、老旧污水厂脱氮除磷改造以及污染水体原位就地修复。五、A/A/O工艺A/A/O工艺的典型流程为厌氧缺氧好氧，若仅需脱氮，可省去厌氧池，变成缺氧/好氧工艺；若仅需除磷，可省去缺氧池，变成厌氧/好氧工艺。在厌氧池中先发生脱氮反应消耗硝态氮，然后聚磷菌释放磷，释磷过程中释放的能量可用于其吸收和储藏溶解性有机物。若厌氧池停留时间小于1小时，磷释放不完全，会影响磷的去除率，综合考虑除磷效率和经济性，规定厌氧池停留时间为12小时。在只除磷的厌氧/好氧系统中，由于无硝态氮与聚磷菌争夺有机物，厌氧池停留时间可缩短。厌氧池应采用机械搅拌，缺氧池宜采用机械搅拌，混合功率宜采用58W/m3,应选用安装角度可调的搅拌器。：溶解氧对脱氮除磷效果有较大影响，且对除磷影响较脱氮大，规定厌氧池应采用机械搅拌，缺氧池宜采用机械搅拌。为保证厌氧池和缺氧池内污泥处于悬浮状态，规定搅拌器功率宜为58W/m3。厌氧池和缺氧池发生反硝化作用，池面会有浮泥。若搅拌器安装角度不适，浮泥会越来越多，形成很厚