更新時間(jian)：2012-02-04 11:07 來源(yuan)：煤炭科學研(yan)究總(zong)院杭州環境保(bao)護研(yan)究所(suo) 作者(zhe): 申(shen)屠(tu)民良，章春生(sheng)，程材，榮偉國 閱(yue)讀：4023 網友評論0條

我國(guo)屬(shu)于水(shui)(shui)資源(yuan)貧弱(ruo)國(guo)，長(chang)期以(yi)來水(shui)(shui)源(yuan)污(wu)染未得到有效控制(zhi)，水(shui)(shui)資源(yuan)問題(ti)已經(jing)(jing)成為我國(guo)經(jing)(jing)濟可持續發展的(de)制(zhi)約因素。研究污(wu)水(shui)(shui)的(de)再生(sheng)和利(li)用尤(you)其是(shi)城(cheng)市(shi)中水(shui)(shui)（本文中城(cheng)市(shi)中水(shui)(shui)是(shi)指(zhi)經(jing)(jing)二(er)級(ji)城(cheng)市(shi)污(wu)水(shui)(shui)廠處理的(de)達標排放水(shui)(shui)）綜合(he)利(li)用是(shi)環境保(bao)護、水(shui)(shui)污(wu)染防治的(de)關(guan)鍵環節。

1 研究的(de)意義

水(shui)(shui)資(zi)(zi)源(yuan)問(wen)題嚴重影響社會、經(jing)濟發展，以(yi)城(cheng)市(shi)中水(shui)(shui)綜(zong)合(he)利用為(wei)主的(de)(de)(de)(de)污(wu)水(shui)(shui)資(zi)(zi)源(yuan)化是保(bao)護水(shui)(shui)資(zi)(zi)源(yuan)和(he)使水(shui)(shui)資(zi)(zi)源(yuan)增值的(de)(de)(de)(de)有效途徑，同時也能大大地緩(huan)解我(wo)國水(shui)(shui)資(zi)(zi)源(yuan)的(de)(de)(de)(de)緊(jin)缺。國家(jia)政策(ce)提倡循環(huan)(huan)經(jing)濟的(de)(de)(de)(de)發展，以(yi)污(wu)（廢(fei)）水(shui)(shui)資(zi)(zi)源(yuan)化為(wei)代表的(de)(de)(de)(de)循環(huan)(huan)經(jing)濟項目(mu)受到國家(jia)的(de)(de)(de)(de)鼓勵和(he)政策(ce)上的(de)(de)(de)(de)支持，另外環(huan)(huan)太湖流域水(shui)(shui)資(zi)(zi)源(yuan)面臨緊(jin)缺和(he)污(wu)染嚴重、新鮮(xian)水(shui)(shui)資(zi)(zi)源(yuan)限制(zhi)(zhi)等使得越來越多(duo)的(de)(de)(de)(de)企業(ye)利用中水(shui)(shui)作為(wei)工業(ye)補給水(shui)(shui)。根據我(wo)省制(zhi)(zhi)藥、制(zhi)(zhi)革和(he)精細化工等行(xing)業(ye)集中、多(duo)數污(wu)水(shui)(shui)處理(li)廠(chang)排水(shui)(shui)氨氮、總磷超標的(de)(de)(de)(de)現狀，城(cheng)市(shi)中水(shui)(shui)綜(zong)合(he)的(de)(de)(de)(de)首要任務是深度去(qu)除(chu)氨氮污(wu)染因(yin)子。

目前國(guo)內外(wai)已(yi)在使用(yong)(yong)或已(yi)實(shi)驗的(de)(de)污水(shui)(shui)脫(tuo)氮技(ji)術(shu)主(zhu)要可分為(wei)物化處(chu)理(li)技(ji)術(shu)（如汽提、反滲透等(deng)）、生物脫(tuo)氮法(生物膜法、泥(ni)法等(deng))，較多存在投(tou)(tou)資大(da)、運行費用(yong)(yong)高、管理(li)困(kun)難、易產生二(er)次污染等(deng)問題。本項(xiang)目研究采用(yong)(yong)曝氣(qi)生物流(liu)化床（ABFT）技(ji)術(shu)對城(cheng)市污水(shui)(shui)處(chu)理(li)廠出水(shui)(shui)進行深度脫(tuo)氮處(chu)理(li)回用(yong)(yong)補充電廠循環冷卻(que)水(shui)(shui)，該技(ji)術(shu)包括兩(liang)大(da)核(he)心技(ji)術(shu)，一是NC-5ppi型(xing)微生物載(zai)體(ti)(ti)，二(er)是廣譜性（適于pH中(zhong)性、低水(shui)(shui)溫環境）Nitrobacteria-II型(xing)硝化菌種。建(jian)立了(le)30000m3/d城(cheng)市中(zhong)水(shui)(shui)綜合(he)利用(yong)(yong)示(shi)范工(gong)程，投(tou)(tou)入運行后將減輕污水(shui)(shui)廠排放污水(shui)(shui)中(zhong)的(de)(de)污染因(yin)子對太湖流(liu)域的(de)(de)水(shui)(shui)體(ti)(ti)影(ying)響，符合(he)國(guo)家的(de)(de)節(jie)能減排政策和對太湖流(liu)域水(shui)(shui)體(ti)(ti)富營(ying)養(yang)化的(de)(de)嚴格控制要求。

2 工藝研究

2.1 主要研究內容

（1）構建硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)(hua)、亞硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)(hua)菌群體系。包括硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)(hua)細(xi)菌、亞硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)(hua)細(xi)菌的分離篩選、純化(hua)(hua)(hua)、富(fu)集和硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)(hua)細(xi)菌、亞硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)(hua)細(xi)菌生長機制、動力學參數研究(jiu)。

（2）馴化(hua)(hua)硝(xiao)化(hua)(hua)菌適應pH中性、低溫(wen)的生長環境(jing)，篩選、富集(ji)能適宜更寬pH范(fan)圍(wei)、較低溫(wen)度的nitrobacteria-II硝(xiao)化(hua)(hua)菌，實現nitrobacteria-II硝(xiao)化(hua)(hua)菌的規模化(hua)(hua)培(pei)養。

（3）NC-5ppi載(zai)(zai)體(ti)(ti)填料開發。包括載(zai)(zai)體(ti)(ti)填料的材質、內部結構，在凈(jing)水(shui)器中的流(liu)態、固定(ding)化微生物的特點。

（4）高(gao)負荷硝化(hua)反(fan)(fan)硝化(hua)反(fan)(fan)應裝置(zhi)的研制(zhi)開發。包括符(fu)合nitrobacteria-II硝化(hua)菌(jun)(jun)優勢生長、填(tian)料流化(hua)狀(zhuang)態(tai)(tai)的反(fan)(fan)應裝置(zhi)形(xing)狀(zhuang)、內(nei)部結構和(he)曝氣系統(tong)，反(fan)(fan)應器水力流態(tai)(tai)對(dui)nitrobacteria-II硝化(hua)菌(jun)(jun)篩選和(he)分布的影響。

（5）深度脫(tuo)氮(dan)技(ji)術中試研究。研究硝(xiao)化—反硝(xiao)化穩定(ding)(ding)運行控制工藝(yi)參數，確(que)定(ding)(ding)最佳氨氮(dan)負荷、最佳水力停留時間、最適溫度、溶解氧濃度、pH值范圍。

（6）城(cheng)市中水(shui)深(shen)度脫氮綜合利用技(ji)術(shu)示(shi)(shi)范工程(cheng)建立(li)。針對(dui)城(cheng)市中水(shui)建立(li)一個高效深(shen)度脫氮技(ji)術(shu)示(shi)(shi)范工程(cheng)： 30000m3/d城(cheng)市中水(shui)綜合利用工程(cheng)。

2.2技術關鍵

（1）NC-5ppi生物流化(hua)填料的(de)成功(gong)開發。

（2）廣譜性（適于pH中性、低水溫環境）nitrobacteria-II硝化細菌的(de)規模化培(pei)養(yang)技術(shu)。

（3）ABFT工(gong)藝(yi)反應器穩(wen)定(ding)運行工(gong)藝(yi)控(kong)制要點。

2.3創新點

（1）首次開發(fa)了空(kong)隙(xi)高、化學性能穩定的(de)NC-5ppi生物流(liu)化填料(liao)。

（2）首次實現廣(guang)譜性（適于pH中性、低水溫環境）nitrobacteria-II硝化細菌的規模化培養技術。

（3）實現大水(shui)量深度脫氮技術高效性與(yu)經(jing)濟(ji)性的(de)統(tong)一(yi)。

2.4實施方案

（1）亞(ya)(ya)硝(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)細(xi)(xi)菌(jun)(jun)、硝(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)細(xi)(xi)菌(jun)(jun)群體(ti)系(xi)的構建。運用劃線分(fen)離法分(fen)離、純化(hua)硝(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)細(xi)(xi)菌(jun)(jun)和亞(ya)(ya)硝(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)細(xi)(xi)菌(jun)(jun)，對已(yi)經純化(hua)的亞(ya)(ya)硝(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)細(xi)(xi)菌(jun)(jun)和硝(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)細(xi)(xi)菌(jun)(jun)進行生長(chang)曲線繪制(zhi)，確定亞(ya)(ya)硝(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)細(xi)(xi)菌(jun)(jun)和硝(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)細(xi)(xi)菌(jun)(jun)的生長(chang)動力學參(can)數。

（2）nitrobacteria-II硝化(hua)(hua)菌(jun)(jun)(jun)規模(mo)化(hua)(hua)擴培技術(shu)。通過對硝化(hua)(hua)菌(jun)(jun)(jun)生理特(te)性(xing)的研(yan)(yan)究，控制特(te)定的工(gong)藝條(tiao)件(jian)，馴(xun)化(hua)(hua)硝化(hua)(hua)菌(jun)(jun)(jun)適應pH中(zhong)性(xing)、低溫等嚴格工(gong)藝條(tiao)件(jian)，培養適應pH值范(fan)圍更寬、溫度較(jiao)低環境的nitrobacteria-II硝化(hua)(hua)菌(jun)(jun)(jun)，研(yan)(yan)制可(ke)調(diao)控培養條(tiao)件(jian)的菌(jun)(jun)(jun)種規模(mo)化(hua)(hua)擴培設備。

（3）NC-5ppi專用(yong)填料(liao)的(de)開發。利用(yong)微型(xing)聚(ju)氨酯發泡機(ji)進行設備改(gai)造，試驗改(gai)變(bian)添加劑和原料(liao)的(de)配(pei)比，同時投加A催化劑，產出彈性好、韌度強(qiang)、化學性質穩定、空隙率達5ppi的(de)網(wang)狀填料(liao)。

（4）高負(fu)荷硝(xiao)化反硝(xiao)化反應裝(zhuang)置的(de)研制開發。通過nitrobacteria-II硝(xiao)化菌生長(chang)特性的(de)研究，以及(ji)載體填料實現流化狀態的(de)特點，設(she)計符合硝(xiao)化菌快速(su)繁殖的(de)反應裝(zhuang)置形(xing)狀和結(jie)構(gou)。

（5）高效(xiao)脫(tuo)氮(dan)工藝穩定運行關鍵(jian)技術。反應(ying)器實(shi)驗室(shi)系統中投(tou)加nitrobacteria-II硝(xiao)化(hua)菌(jun)，分(fen)別配置不同(tong)氨氮(dan)濃度(du)和pH值的(de)(de)實(shi)驗進水，在不同(tong)Do、環(huan)境溫(wen)度(du)、回流(liu)比(bi)以及(ji)不同(tong)的(de)(de)回流(liu)位置進行正交試驗，使用SPSS統計分(fen)析軟件通過多(duo)元回歸分(fen)析，確(que)定影響nitrobacteria-II硝(xiao)化(hua)菌(jun)脫(tuo)氮(dan)效(xiao)率的(de)(de)最(zui)重要因素(su)及(ji)確(que)定最(zui)佳的(de)(de)工藝控(kong)制(zhi)參數。

（6）高負荷(he)硝化(hua)(hua)反(fan)應中(zhong)試研究。運用(yong)(yong)工程化(hua)(hua)手段，進行工藝(yi)控制(zhi)的(de)放大優化(hua)(hua)，同(tong)時應用(yong)(yong)FLUENT流(liu)態(tai)模擬軟(ruan)件指導中(zhong)試設備(bei)的(de)放大設計，分別研究2.5m3，25.0m3高效脫氮實驗(yan)裝置，并在次基(ji)礎(chu)上應用(yong)(yong)FLUENT流(liu)態(tai)模擬軟(ruan)件優化(hua)(hua)工程化(hua)(hua)設備(bei)的(de)結構。

（7）示范性(xing)(xing)工程建(jian)設(she)。根據實驗研究獲得高效(xiao)深度脫氮工藝控制(zhi)要點及優化設(she)計工藝，建(jian)設(she)示范性(xing)(xing)工程。

3 研究成果

（1）通過本項目的研(yan)究，掌握了Nitrobacteria-II硝化(hua)菌擴培技(ji)術(shu)，系統地(di)獲得高(gao)效硝化(hua)反硝化(hua)工(gong)藝控制(zhi)要點，處(chu)理設(she)備及構筑物設(she)計(ji)參數(shu)，形(xing)成了成熟的硝化(hua)反硝化(hua)深度脫氮技(ji)術(shu)體(ti)系。Nitrobacteria-II型優(you)勢硝化(hua)菌種，適應(ying)惡(e)劣環境能(neng)力強，結合載體(ti)流化(hua)、固定化(hua)微生物技(ji)術(shu)，可(ke)以適應(ying)低(di)堿度、低(di)pH值的水(shui)質環境。

（2）開發(fa)出(chu)NC-5ppi型專用填料，為(wei)網(wang)型寬孔高(gao)分(fen)子載(zai)(zai)(zai)體(ti)(ti)(ti)(ti)，空隙率高(gao)達97%,根據(ju)其材質特(te)點(dian)，載(zai)(zai)(zai)體(ti)(ti)(ti)(ti)骨架帶有(you)氨基(ji)、羧基(ji)、羥基(ji)等大量親水(shui)性基(ji)團(tuan)，通過與微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)肽鏈氨基(ji)酸相應(ying)基(ji)團(tuan)作用形成(cheng)離(li)子鍵(jian)或共(gong)價鍵(jian)結合從而將微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)、生(sheng)物(wu)(wu)酶等固定在(zai)(zai)載(zai)(zai)(zai)體(ti)(ti)(ti)(ti)上，網(wang)狀寬孔結構可使(shi)生(sheng)物(wu)(wu)絮(xu)凝體(ti)(ti)(ti)(ti)進(jin)入載(zai)(zai)(zai)體(ti)(ti)(ti)(ti)內部顯(xian)(xian)著提(ti)高(gao)微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)附(fu)著量，同時(shi)使(shi)得載(zai)(zai)(zai)體(ti)(ti)(ti)(ti)懸(xuan)浮于(yu)水(shui)中，在(zai)(zai)曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)作用下實現載(zai)(zai)(zai)體(ti)(ti)(ti)(ti)流化且所需動力明顯(xian)(xian)小(xiao)(xiao)于(yu)以(yi)砂、焦炭等為(wei)載(zai)(zai)(zai)體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)傳統(tong)流化床。結合反應(ying)器(qi)結構特(te)點(dian)，反應(ying)器(qi)底部進(jin)行鼓風曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)時(shi)，使(shi)污水(shui)、空氣(qi)(qi)和生(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)進(jin)行充分(fen)接觸傳質，生(sheng)物(wu)(wu)膜(mo)大量附(fu)著載(zai)(zai)(zai)體(ti)(ti)(ti)(ti)后能夠及時(shi)更新保持良好的(de)活性，載(zai)(zai)(zai)體(ti)(ti)(ti)(ti)在(zai)(zai)曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)、污水(shui)帶動下互相碰撞有(you)效割(ge)切空氣(qi)(qi)泡成(cheng)微(wei)氣(qi)(qi)泡，增(zeng)加了氧氣(qi)(qi)的(de)利用率，可減(jian)小(xiao)(xiao)曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)量。因(yin)此(ci)本載(zai)(zai)(zai)體(ti)(ti)(ti)(ti)具有(you)比表面積大、空隙率高(gao)、掛(gua)膜(mo)容易，容積負荷率高(gao)等特(te)點(dian)，在(zai)(zai)深(shen)度(du)脫氮應(ying)用載(zai)(zai)(zai)體(ti)(ti)(ti)(ti)中具有(you)明顯(xian)(xian)的(de)優勢。

（3）研(yan)制開發了高負(fu)荷硝化(hua)反硝化(hua)反應(ying)裝(zhuang)置。 反應(ying)裝(zhuang)置滿(man)足了載體流態化(hua)、傳質效果好，抗沖擊負(fu)荷能力強(qiang)等要求(qiu)。

（4）掌(zhang)握了常溫及低(di)溫條件下，應用ABFT工藝對(dui)城(cheng)市污水廠出水進行處理具有顯著的(de)脫(tuo)氮(dan)(dan)效果，最佳HRT為1.5h，氨氮(dan)(dan)負荷為0.6kgNH3-N/(m3.d)，平均(jun)NH3-N去除率高(gao)于(yu)95%。

HRT與(yu)NH3-N去除率之間的關(guan)系曲線(xian)見圖1所示。

圖1 水力停留時間與氨氮去(qu)除效率(lv)的關系(xi)曲線圖

從圖1可以看出(chu)有效水(shui)力停留(liu)時(shi)(shi)間1.5h時(shi)(shi)，NH3-N去除率仍能穩定在95%以上。

 圖2為調節(jie)進(jin)水氨(an)氮濃度即提高(gao)氨(an)氮負荷，氨(an)氮氨(an)氮去(qu)除(chu)率的變化曲線(xian)。

圖2進水氨氮(dan)濃(nong)度與氨氮(dan)去除率關系變化曲線圖

圖2顯示了進水NH3-N濃度從10.6mg/L逐漸增大至(zhi)25.89 mg/L（平均(jun)氨(an)氮負(fu)荷0.6 kg/m3.d）過程中，NH3-N去除率穩定高于98%。

圖3和圖4為(wei)長(chang)興城市污水(shui)廠出(chu)水(shui)在秋(qiu)(qiu)季和冬季兩階段深度(du)脫(tuo)氮中試(shi)實驗結果(guo)，秋(qiu)(qiu)季常溫(wen)條件(jian)下(xia)，出(chu)水(shui)NH3-N平(ping)均濃(nong)度(du)0.04 mg/L,平(ping)均去除率達96.9%；冬季低溫(wen)條件(jian)下(xia)，出(chu)水(shui)NH3-N平(ping)均濃(nong)度(du)0.35 mg/L，平(ping)均去除率達95.2%。

圖(tu)3常溫條件下NH3-N去除率(lv)變化曲(qu)線圖(tu)

圖(tu)4低(di)溫(wen)條件下NH3-N去除率變(bian)化曲線圖(tu)

（5）在浙江浙能長興(xing)發電(dian)有限責任公司建立(li)了30000m3/d城市中水(shui)綜合利(li)用示(shi)范工程(cheng)，實(shi)現(xian)市政污水(shui)資源化的(de)目標，工程(cheng)總投資2043萬元，運行成本低于0.1元/噸。

4 ABFT工藝(yi)特點(dian)

（1）耐沖(chong)擊(ji)負荷能力強(qiang)，受水溫、水質、水量變化(hua)影響小，處理效果穩定，并可以(yi)間歇運行(xing)。溫度對其的影響明顯小于(yu)以(yi)生物轉(zhuan)盤(pan)或懸浮污泥層(ceng)的反應器［1］。

（2）微(wei)生物量(liang)大(da)。采用了新(xin)(xin)型的載(zai)體—NC-5ppi型生物流(liu)化填料。這種新(xin)(xin)型載(zai)體具有比表(biao)面(mian)積(ji)大(da)、掛(gua)膜容易、生物膜更新(xin)(xin)快等優點。

（3）Nitrobacteria-II高效(xiao)菌種，結合結構特(te)點適應較低水溫、pH中性的水質(zhi)環境。

 （4）處理出水質量好(hao)，運(yun)行安全可靠，可達到(dao)循環冷卻(que)水標(biao)準或生活雜用水水質標(biao)準。本反(fan)應器可設置多級(ji)系統（一般４到(dao)６級(ji)），在有效去(qu)除氨氮污染物(wu)的同(tong)時，對其它(ta)污染因子也有顯著的凈化效果。

（5）水力停(ting)留(liu)時間短(duan)，載體(ti)填料的固定化微生物技術(shu)［2］解決(jue)了氨氮(dan)降解需較(jiao)長污泥齡與短(duan)水力停(ting)留(liu)時間之間的矛(mao)盾，占地面積(ji)小(xiao)，較(jiao)傳統硝(xiao)化反硝(xiao)化脫氮(dan)工藝(yi)減少(shao)50%空間需求。

（6）工藝(yi)流程短(duan)，網型寬(kuan)孔(kong)載體切割氣泡效果好，氧的傳質效率(lv)高。采用穿孔(kong)管曝(pu)氣阻力損失小(xiao)，懸浮型填料流化(hua)較(jiao)傳統流化(hua)床所需動力更小(xiao)，動力消耗(hao)比傳統硝化(hua)/反硝化(hua)工藝(yi)減少60%。

（7）調節、控制、運行操(cao)作方便(bian)，人員配置較少，減(jian)少噸(dun)水人工(gong)成(cheng)本。

（8）剩余污泥產(chan)量很少，一般進行回流消解處(chu)理，不會對環(huan)境產(chan)生二(er)次污染。

（9）可直(zhi)接在原(yuan)有污水(shui)處理構筑物（生化或沉淀(dian)池）大體結構不變的基礎上直(zhi)接進行氨氮達標改(gai)造(zao)。

（10）在應用(yong)方(fang)面。同接觸氧化(hua)工藝相(xiang)比，省卻了填料框架，填料投(tou)加方(fang)便；同曝氣生物(wu)濾(lv)池相(xiang)比，不(bu)用(yong)進(jin)行(xing)反沖(chong)洗，降(jiang)低了投(tou)資費用(yong)和運行(xing)成本，運行(xing)連續穩定。

5 結語

本項目(mu)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)的ABFT工藝系統氨氮(dan)處理負荷高、運行管理簡單(dan)方便(bian)、經濟(ji)性(xing)好，既能節約基建投資(zi)、又降低了運行成本。應進(jin)一步加強動力學理論(lun)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)，做(zuo)好高氨氮(dan)去(qu)除率(lv)的機理研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)。

參考文獻

［1］張(zhang)自杰. 排水工程(cheng)［M］.北京：中國建筑(zhu)工業出版社出版,2000.

［2］楊麒了，李小明，曾光(guang)明等.固定(ding)化微生物脫(tuo)氮技術[J]. 環境(jing)污染治理技術與設備, 2002.10,Vol.3 No.10 :58-60.

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