环保新质生产力|抗生素发酵废水同步硝化反硝化与硫自养反硝化耦合脱氮除碳技术
- 2024/10/23 10:10:02
- 16989
- 来源：中国环保产业协会
- 关键词:工业废水处理污泥处置
生态环保产业作为支撑生态文明建设和高质量发展的关键力量，正面临着转型升级的迫切需求。环保新质生产力，正成为推动产业向前发展的核心力量。本栏目将聚焦生态环保产业的新技术、新装备、新材料、新模式，深入宣传推广科技创新成果，及时发布环境技术进步奖项，全面介绍行业内的实用技术装备和示范工程，引导行业持续创新，加快数字、智慧、科技的融合赋能，为经济社会全面绿色转型贡献力量。
生态环境保护实用技术
2023-J-6
申报单位
华南理工大学
浦城正大生化有限公司
推荐单位
广东省环境保护产业协会
一、技术简介
适用范围
该技术适用于含有高浓度氮素(包括氨氮、有机氮、硝态氮)、难降解有机物及低碳氮比的发酵制药废水、电镀综合废水、化工废水、印染废水等工业废水及垃圾渗滤液的处理。特别是该技术采用活性污泥法实现了硫自养反硝化过程，将好氧同步硝化反硝化与硫自养反硝化耦合，无需外加碳源，无需新建构筑物，无需新增设备，可原位提标改造，成功实现深度脱氮除碳，减少了CO2及污泥产量，可减少二次污染，可覆盖现有90%的新旧污水处理设施改造。
技术原理
关键技术一原理：好氧同步硝化反硝化技术(SND)
在一级AO的好氧池中通过注入专性菌种(SND)，构建好氧同步硝化反硝化菌群，在好氧条件下充分利用污水中有机碳源实现氨氮和硝态氮的短程同步硝化反硝化。与传统的完全反硝化工艺相比，无需外加碳源。能实现TN的高效去除，能有效地保持反应器中pH稳定，无需调整碱度。反应方程式如下：
NH4+ + 1.5O2 → NO2- + H2O + 2H+(短程硝化)
6NO2- + 3CH3OH → 3N2 ↑ + 6H2O + 3CO32-(部分反硝化)
该技术的特点是：无需外加碳源，可减少污泥产量及CO2排放量，可节省25%曝气能耗和40%以上碳源，是一种高效、低耗、清洁的污水处理技术。
关键技术二原理：改进硫自养活性污泥法反硝化脱氮技术(MSAD)
在二级AO系统的缺氧池中投加特定的专性无机化能自养型的硫杆菌属及硫磺，构建硫自养反硝化活性污泥系统。在无氧或缺氧环境下利用硫磺及其化合物作为电子供体，以硝酸盐或亚硝酸盐作为电子受体将硝态氮或亚硝态氮还原为氮气。自养反硝化反应式如下：
S+0.88NO3-+0.342H2O+0.376HCO3-+0.025CO2+0.080NH4+
→0.080C5H7NO2+0.82H++0.44N2+SO42-
该技术特点是：不需要改变原有设施，不需要一次性购置大量的硫磺及滤料，只需要投入滤池形式的1%到万分之一的硫磺及反硝化菌种，运行过程不需要外加碳源，可减少污泥产量，减少CO2排放量，是一种高效、低耗、清洁的污水处理技术。
工艺路线
来自生产车间的废水经调节池均质后进入酸化水解池，然后泵入EGSB厌氧塔。厌氧出水流入一级A反应池，在一级A反应池中加入少量未经厌氧处理的原水提高废水中的碳源，一级A反应池出水自流入一级O好氧反应池。在一级O反应池中加入同步硝化反硝化菌种，经过好氧处理后的硝化液回流到一级A池再循环，混合液进入一级沉淀池。一级沉淀池产生的上清液自流入二级A池。产生的污泥回流到一级A池。
二级A池中加入硫磺作为电子供体，同时加入硫自养杆菌进行反硝化脱氮。二级A反应池出水自流入二级O反应池，经过微氧处理后的硝化液回流到二级A池再次反硝化脱氮。好氧池混合液进入二级沉淀池。二级沉淀池产生的污泥回流到二级A反应池，沉淀池产生的上清液达标后排入工业园区污水处理厂。
应用效果
本工程在一级AO好氧池中接入特定的同步硝化反硝化菌种(SND)，在无外加碳源的条件下，在一级AO进水COD、总氮、氨氮浓度分别为2500—3500mg/L，800-1200 mg/L，700—900mg/L的工况下，COD去除率可达到80%-85%，氨氮去除率可达到80%——90%，TN去除率可达到70 —— 90%.
在二级AO缺氧池A2接入硫自养反硝化菌剂(MSAD)，出水中COD、TN和NH4-N浓度分别可达到300 mg/L、30 mg/L、10 mg/L以下，去除率可分别达到95%，97%和98%以上，达到了园区接纳标准。
研发背景
目前国内外对于高浓度、难降解、有毒有害废水处理普遍通过预处理后采用多级AO工艺处理。传统的AO工艺普遍存在的问题是：水与污泥同时在缺氧(A)和好氧(O)池之间循环流动，使得在A池内存在大量的自养硝化菌，而在O池内又存在大量的异养反硝化菌，由此导致异养反硝化菌处理效率降低，特别是传统的A/O污水处理过程由于回流比大，溶解氧很容易携带进入缺氧池中，导致有限的有机碳源利用效率较低。为此必须提供充足的碳源(外加碳源提高碳氮比)才能保证脱氮效率，由此引起运行成本升高，污泥产量增加，CO2排放量增多。
为了克服外加碳源产生的上述问题，近年来采用硫作为电子供体，废水中的硝态氮作为电子受体，通过硫自养杆菌反硝化脱氮。迄今为止这种技术全部采用滤池形式，通过曝气生物滤池，深床滤池，砂滤池、V形滤池等改造实现硫自养膜法反硝化过程。由此产生的问题是：1)需要购置大量的硫磺装入滤池，造成一次性投资增加。所需的填料投资通常相当于2——3年外加碳源脱氮成本；限制了该技术使用。2)需要新建滤池，不仅增加投资，而且需要增加占地面积。不适合于现有的污水处理设施改造。3)需要新增废水提升设备及反冲洗设备。
为了弥补传统的抗生素发酵制药废水处理技术的缺陷，解决目前工业废水处理设施提标改造的瓶颈问题。本技术团队从10年前开始对深度脱氮除碳问题进行了专门研究，通过实验室实验，提出了抗生素发酵制药废水好氧同步硝化反硝化(SND)技术与改良的硫自养反硝化(MSAD)技术耦合深度脱氮除碳的工艺技术路线。
本技术是在一级AO系统中采用好氧同步短程硝化反硝化技术，直接在原有的反应池中投加SND菌种，充分利用原水中的内在碳源，无需外加碳源，克服了传统完全硝化工艺的缺点。本技术在二级AO池中嵌入改良的活性污泥法硫自养反硝化技术。直接在二级AO池的缺氧池中投加硫磺和专性MSAD菌种，利用硫磺作为电子供体，废水中的硝态氮做电子受体反硝化脱氮，无需外加碳源，不产生污泥，克服了传统的滤池形式的硫自养反硝化工艺的缺点。
本技术在工程实施中打破了传统硫自养反硝化普遍采用生物滤池的做法，首次在活性污泥系统中驯化硫自养反硝化菌群成功，为硫自养反硝化技术处理类似的废水开辟了新方法。
技术特点
1)无需外加碳源，脱氮成本低；
2)碳排量减少，污泥产量低，清洁生产。污泥产量可减少约50%；N2O、CO2等温室气体可减排 90%以上；
3)脱氮性能好，抗冲击能力强，可以在低碳比条件下实现极限脱氮，TN和COD去除率达95%以上。
4) 该工艺(SND+MSAD)容易与工业废水处理广泛采用的活性污泥法系统相衔接，无需新建构筑物，无需增加占地面积，易于实现原位提标改造，大幅度减低工程投资，可覆盖现有 90%的新旧污水处理脱氮设施。
二、典型应用案例
案例名称
浦城正大有限公司2000 m3/d抗生素发酵废水深度脱氮除碳工程
案例简介
浦城正大生化有限公司废水处理系统原设计处理规模为2000 m3/d。该公司原废水处理工艺采用预处理+厌氧EGSG+两级A/O的处理方法。为了使TN达标，浦城正大有限公司前期间进行了多次实验，在多级A/O单元中通过投加葡萄糖或补充原水以及降低负荷等的方式调整工艺，出水总氮浓度仍然维持在80—— 180 mg/L，不能达到排放标准。
2021年由华南理工大学负责提供技术进行技术改造。在一级AO好氧池中注入特定的好氧同步短程硝化反硝化菌种(SND)，在二级AO缺氧池注入自养反硝化菌剂(MSAD)。在无外加碳源投加的情况下，通过DO、ORP、PH、回流比及污泥浓度等参数调整，改变操作方式，提高了TN、NH4-N及COD的去除效率，出水达到了园区接纳标准，稳定运行至今。
达到的标准或性能要求
处理后出水中COD、TN和NH4-N浓度分别可达到300 mg/L、30 mg/L、10 mg/L以下。技改系统对COD、TN和NH4-N污染物去除率可分别达到95%，97%和98%以上。达到园区纳管标准。
业主单位
浦城正大生化有限公司
投运时间
2021年11月1日
工艺流程
来自生产车间的废水经调节池均质后进入酸化水解池，然后泵入EGSB厌氧塔。厌氧出水流入一级A反应池，在一级A反应池中加入少量未经厌氧处理的原水提高废水中的碳源，一级A反应池出水自流入一级O好氧反应池。在一级O反应池中加入同步硝化反硝化菌种，经过好氧处理后的硝化液回流到一级A池再循环，混合液进入一级沉淀池。一级沉淀池产生的上清液自流入二级A池。产生的污泥回流到一级A池。
二级A池中加入硫磺作为电子供体，同时加入硫自养杆菌进行反硝化脱氮。二级A反应池出水自流入二级O反应池，经过微氧处理后的硝化液回流到二级A池再次反硝化脱氮。好氧池混合液进入二级沉淀池。二级沉淀池产生的污泥回流到二级A反应池，沉淀池产生的上清液达标后排入工业园区污水处理厂。
运行情况
浦城正大废水处理提标改造工程自2021年11月稳定运行以来，在一级AO进水COD、TN、氨氮浓度分别为2500—3500mg/L，800-1200 mg/L，600—800mg/L的工况下，通过一级AO好氧池中加入特定的同步硝化反硝化菌种(SND)，在无外加碳源的条件下，一级AO的COD去除率可达到80%-85%，氨氮去除率可达到80%——90%，TN去除率可达到70 —— 90%.
在二级AO缺氧池A2注入硫自养反硝化菌剂(MSAD)，通过活性污泥法硫自养反硝化技术，可使出水中COD、TN和NH4-N浓度分别达到300 mg/L、30 mg/L、10 mg/L以下。全工艺系统对COD、TN和NH4-N污染物去除率可分别达到95%，97%和98%以上。污染物去除效果大幅度提高，达到了园区纳管标准。
技术应用产生的碳减排效果
CO2排放量每天减少1470kg, 每年可减少碳排放537吨，污泥产量每天减少1.1吨，每年可减少402吨。
三、技术申报单位联系信息
单位名称：华南理工大学
单位名称：浦城正大生化有限公司
原标题：环保新质生产力 |抗生素发酵废水同步硝化反硝化与硫自养反硝化耦合脱氮除碳技术
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