低耗高效的“红菌”生物脱氮技术开发与工程实践

1、低耗高效的“红菌”生物脱氮技术开发与工程实践北京城市排水集团 张树军2013.11.1BEIJING DRAINAGE GROUP CO.,LTD背景介绍背景介绍研发历程和成果研发历程和成果示范工程概况示范工程概况运行结果分析运行结果分析汇汇 报报 提提 纲纲经济和社会效益经济和社会效益应用前景应用前景34561.PPT设计的规范性设计的规范性1.背景介绍污泥消化液&厌氧氨氧化1.1 1.1 污泥消化液水质水量特点污泥消化液水质水量特点组成：消化池上清液、消化污泥脱水液等组成：消化池上清液、消化污泥脱水液等 水量：为总进水量的水量：为总进水量的0.52%，与消化池的污泥浓度等相关。，与消化池的

2、污泥浓度等相关。水质：水质：氨氮高（氨氮高（300-2000 mg/L）；）； C/N低低(1)；碱度不足；碱度不足(ALK/NH4+N=3.5)。1.2 1.2 污泥消化液常规处理工艺的弊端污泥消化液常规处理工艺的弊端工艺：将消化液回流到主流区，与进水一同处理。消化液直接回流工艺优点：工艺简单，便于管理。A工艺：氨氮氧化为硝氮，然后被有机碳源还原至氮气。硝化-反硝化工艺弊端：处理费用高昂，20-50元/m3消化液。B弊端：增加了污水厂氮负荷 ，影响脱氮除磷效率 。优点：工艺成熟，运行经验丰富。污泥消化液如何高效脱氮？污泥消化液如何高效脱氮？1.3 1.3 厌氧氨氧化脱氮工艺原理及优势厌氧氨氧

3、化脱氮工艺原理及优势NH4+-N NO2-N短程硝化反硝化 N2 NO3-N NO2-N 硝化过程反硝化过程全程硝化反硝化短程硝化节省短程硝化节省25%25%曝气量和曝气量和40%40%的有机物的有机物第一阶段：短程硝化第一阶段：短程硝化第二阶段：厌氧氨氧化第二阶段：厌氧氨氧化ANAMMOXANAMMOX是九十年代后期正式确认发现的、全新的氨氮生物氧化代谢途径是九十年代后期正式确认发现的、全新的氨氮生物氧化代谢途径和模式。在和模式。在ANAMMOXANAMMOX过程中，氨氮和亚硝酸盐氮会在特殊菌种的作用下以过程中，氨氮和亚硝酸盐氮会在特殊菌种的作用下以独特的方式相互结合而生成氮气，从而达到高效

4、去除氨氮的效果：独特的方式相互结合而生成氮气，从而达到高效去除氨氮的效果：NH4+ + NO2- = N2 + 2H2O （ANAMMOX）1.3 1.3 厌氧氨氧化脱氮厌氧氨氧化脱氮工艺原理及优势工艺原理及优势20世纪80年代末，荷兰Delft工业大学在运行三级生物脱氮流化床反应器时发现了未知氮的消失，称之为Anammox现象。迄今为止共发现9个种，分别归在5个属中，并建立了厌氧氨氧化菌科（Anammoxaceae）。其中8个种自污水处理厂或实验室内分离获得： “Candidatus Brocadia anammoxidans”，“Candidatus Brocadia fulgida”，“

5、Candidatus Kuenenia stuttgartiensis”， “Candidatus Scalindua brodae”和“Candidatus Scalindua wagneri” “Candidatus Anammoxoglobus propionicus”， “Candidatus Jettenia asiatica”， “Candidatus Anammoxoglobus sulfate”。“Candidatus Scalindua sorokinii”则从海洋中分离获得。1.3 1.3 厌氧氨氧化脱氮厌氧氨氧化脱氮工艺原理及优势工艺原理及优势n 降低污水厂总氮负荷降低污

6、水厂总氮负荷n 减小处理构筑物体积减小处理构筑物体积n 提高污水的脱氮效率提高污水的脱氮效率n 节省所需的外加碳源节省所需的外加碳源n 节省60%运行能耗n 不需额外投加碳源n 高负荷，低污泥产量n 减少温室气体的排放减少温室气体的排放与常规硝化反硝化脱氮工艺相比与常规硝化反硝化脱氮工艺相比应用于污泥消化液旁侧处理应用于污泥消化液旁侧处理1.PPT设计的规范性设计的规范性2.研究历程和成果短程硝化&厌氧氨氧化Page 10小试研究中试及示范产业化推广高氨氮短程硝化厌氧氨氧化两段式小试中试基地建设城市污水小试2004-200720082009201020112012中试启动成功一体化厌中试研究一

7、体化中试启动成功两段式负荷提高扩大至示范工程规模实际污水处理研究种泥基地建设产业化推广启动2013消化液示范工程建设渗滤液示范工程建设城市污水红菌脱氮研究2.1 2.1 “红菌红菌”脱氮技术的研究历程脱氮技术的研究历程Page 11成果一：生产性规模的红菌富集和纯化技术成果一：生产性规模的红菌富集和纯化技术成果二：芮诺卡红菌生物脱氮工艺及集成技术成果二：芮诺卡红菌生物脱氮工艺及集成技术成果三：红菌种菌生产、储存及复壮技术成果三：红菌种菌生产、储存及复壮技术成果四：低碳氮比城市污水厌氧氨氧化脱氮技术成果四：低碳氮比城市污水厌氧氨氧化脱氮技术2.2 2.2 “红菌红菌”脱氮技术的主要成果脱氮技术的

8、主要成果设备标准化设备标准化控制智能化控制智能化系统集成化系统集成化8 8项专利技术项专利技术1 1项软件著作权项软件著作权1010项专利技术项专利技术2.3 2.3 发明专利及核心设备发明专利及核心设备中试基地（一）中试基地（二）两段式工艺厌氧氨氧化UASB工艺，两组平行1.PPT设计的规范性设计的规范性3.示范工程概况“红菌”生物脱氮技术n 项目名称：高碑店污水厂“红菌”工程n 设计规模：800 m3/dn 目标污水：消化污泥脱水滤液n 处理目标：TN去除率85%以上2013年6月1日2013年2月24日2012年11月1日2013年8月15日交付使用交付使用调试运行调试运行进厂施工进厂施

9、工开始工程设计开始工程设计3.1 3.1 项目情况简介项目情况简介设计指设计指标标SCOD (mg/L)氨氮氨氮(mg/L)总氮总氮(mg/L)总磷总磷(mg/L)悬浮物悬浮物(mg/L)进水450550600105000出水30040100230去除率(%)33.392.783.38097水质水质 工艺流程工艺流程 3.2 3.2 工艺流程与水质工艺流程与水质序号序号名称名称结构尺寸结构尺寸 LBH(m)单位单位数量数量1 1储泥池储泥池18184.25.1座座1 12 2调节池调节池10105.54.4座座1 13 3混凝沉淀池混凝沉淀池6.76.75.64.7座座2 24 4反应池反应池

10、101087座座1 15 5二次沉淀池二次沉淀池5.65.646.05座座2 26 6储泥池储泥池15.55.51.54.4座座1 17 7提升泵井提升泵井2.52.523.7座座1 18 8设备间设备间11.511.56.72.7座座1 19 9综合车间综合车间24.4924.4912.4822.30座座1 13.3 3.3 构筑物组成构筑物组成3.4 Retis 3.4 Retis 红菌脱氮控制系统红菌脱氮控制系统1.PPT设计的规范性设计的规范性4. 运行结果分析“红菌”生物脱氮技术7月月1日日10日：日：系统联动调试设备7月月11日：日：系统通水运行7月月18日：日：接种活性污泥泥饼1

11、0吨，开始驯化活性污泥7月月22日：日：接种第一批红菌，总氮去除率达到25% 8月月3日：日： 接种第二批红菌，总氮去除率达到70% 8月14日：运行稳定，水质水量达标4.1 4.1 调试进程调试进程4545天天调试成功，稳定运行调试成功，稳定运行斜板沉淀池斜板沉淀池竖流沉淀池竖流沉淀池进水进水COD=516mg/L 出水出水COD=164mg/LCOD去除率去除率=68% 4.2 4.2 运行结果分析运行结果分析氨氮去除率高氨氮去除率高95%出水氨氮出水氨氮85%出水总氮出水总氮80mg/L进水进水TP=14.6mg/L，出水，出水TP=2.65mg/L去除率去除率=82%主要在斜板沉淀池通

12、过絮凝沉淀去除。主要在斜板沉淀池通过絮凝沉淀去除。4.2 4.2 运行结果分析运行结果分析进水进水SS=409 mg/L，出水，出水SS=20mg/L去除率去除率=95%主要在斜板沉淀池通过絮凝沉淀去除。主要在斜板沉淀池通过絮凝沉淀去除。4.2 4.2 运行结果分析运行结果分析4.3 4.3 运行现状运行现状4.2 4.2 运行现状运行现状4.2 4.2 运行现状运行现状1.PPT设计的规范性设计的规范性5. 经济和社会效益分析“红菌”生物脱氮技术直接成本分析直接成本分析 1、电耗：、电耗：1.68kwh/m3 按按0.6元元/kwh计计2、药耗：、药耗：0.40 kg PAC/m3 按按70

13、0元元/吨计吨计 5 g PAM/m3 按按2.5万元万元/吨计吨计成本：成本：1.66元元/m3，传统脱氮成本：传统脱氮成本：10.55元元/m3 ，降低降低84% 5.1 5.1 直接运行成本直接运行成本 3、人工费：、人工费：0.25元元/m3甲醇甲醇零零投加，节省投加，节省2kg甲醇甲醇/m3碱度碱度零零投加，节省投加，节省0.5 kg碳酸氢钠碳酸氢钠/m3污泥污泥零零排放，降低污泥排放，降低污泥1kg碳酸氢钠碳酸氢钠/m3电费降低电费降低60%，降低电费，降低电费1.7kwh/m3甲醇费用甲醇费用脱氮量脱氮量(kg/d)(kg/d)甲醇甲醇(kg/d)(kg/d)单价单价( (元元/

14、 /千克）千克）费用费用( (元元/ /天天) ) 费用费用( (万万/ /年年) )2502507507503 32250225082 82 碳酸氢钠碳酸氢钠费用费用氨氮去除氨氮去除(kg/d)(kg/d)节省碳酸氢钠节省碳酸氢钠(kg/d)(kg/d)单价单价( (元元/ /千克）千克）费用费用( (元元/ /天天) ) 费用费用( (万万/ /年年) )3003007667663 32300230084 84 污泥处置污泥处置费用费用减少产泥量减少产泥量(kg/d)(kg/d)污泥处置费用污泥处置费用( (元元/ /吨）吨）费用费用( (元元/ /天天) ) 费用费用( (万万/ /年年

15、) )1687.51687.5300300506.25506.2518 18 节省电费节省电费鼓风机功率鼓风机功率(kw)(kw)节省电量节省电量( (度度/ /天天) )电单价电单价( (元元/ /度度) ) 费用费用( (元元/ /天天) ) 费用费用( (万万/ /年年) )26266246240.70.7436.8436.816 16 5.2 5.2 经济效益分析经济效益分析年节省运行费用约年节省运行费用约200万元。万元。6.应用推广和社会经济效益应用推广和社会经济效益5.3 5.3 经济社会效益分析经济社会效益分析1.PPT设计的规范性设计的规范性6. 应用前景“红菌”生物脱氮技术6.1 6.1 高氨氮废水的应用前景高氨氮废水的应用前景垃圾渗滤液垃圾渗滤液煤化工废水煤化工废水养殖废水养殖废水制革废水制革废水污泥消化液污泥消化液制药废水制药废水酵母废水酵母废水大豆蛋白废水大豆蛋白废水能量消耗能量消耗能量自给能量自给传统脱氮工艺红菌脱氮工艺NH4+CODNH4+NO2-CH4AOBAMXO2N2MOsNO2-AOBNOBNO3-电能DNFN2有机物N2CO2电能高氨氮有机废水沼气发电沼气发电6.2 6.2 城市污水的应用前景城市污水的应用前景Page 3