污水處理技術(shù)之Anammox厭氧氨氧化+MBR膜生物反應(yīng)器1+1>2？
時(shí)間：2016-08-04
來源：IWA微信
厭氧氨氧化技術(shù)在水處理應(yīng)用中的知識(shí)分享
在新的環(huán)保形式下，新技術(shù)、資本與市場的有機(jī)結(jié)合將不可避免如期到來，高效、節(jié)能的環(huán)保新技術(shù)將受到熱烈的追捧，厭氧氨氧化技術(shù)不依賴于碳源，無異于給氨氮廢水處理帶來新的顛覆。
厭氧氨氧化技術(shù)在氨氮廢水處理中的技術(shù)沙龍如期在“污水處理技術(shù)交流群”展開交流，雖然本次交流內(nèi)容未涉及到厭氧氨氧化技術(shù)參數(shù)層面，但討論熱烈，說明環(huán)保技術(shù)人才對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的期望極大，了解與研究該項(xiàng)技術(shù)對(duì)我國環(huán)保工程應(yīng)該會(huì)起到極大的推動(dòng)作用。
小編根據(jù)群內(nèi)專家的交流內(nèi)容，綜合整理，分享給圈內(nèi)外環(huán)保工作者，理解新技術(shù)，掌握新技術(shù)，始終站在環(huán)�？萍嫉那把亍�
厭氧氨氧化起源：
20世紀(jì)80年代末，荷蘭Delft工業(yè)大學(xué)開始研究三級(jí)生物處理系統(tǒng)。在試運(yùn)期間，Mulder等人發(fā)現(xiàn)，生物脫氮流化床反應(yīng)器除了進(jìn)行人們所熟知的反硝化外，還進(jìn)行著人們未知的某個(gè)反應(yīng)使氨消失了。進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)，除了氨不明去向外，硝酸鹽和亞硝酸鹽也有一半以上不明去向。而且伴隨著氨與硝酸鹽(亞硝酸鹽)的消失，產(chǎn)氣率大幅度提高，氣體中的最主要的成分為N2。
對(duì)生物脫氮流化床反應(yīng)器所做的氮素和氧化還原平衡發(fā)現(xiàn)，氨與硝酸鹽之間的反應(yīng)基本上按照反應(yīng)3所預(yù)期方式進(jìn)行。理論值與實(shí)測值非常接近。
為了對(duì)這一反應(yīng)結(jié)果進(jìn)行確認(rèn)，Mulder等人進(jìn)一步做了分批培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)證明，氨確實(shí)與硝酸鹽同步轉(zhuǎn)化;硝酸鹽耗盡時(shí)，氨轉(zhuǎn)化也停止;添加硝酸鹽后，氨轉(zhuǎn)化繼續(xù)進(jìn)行。伴隨氨和硝酸鹽的轉(zhuǎn)化，累計(jì)產(chǎn)氣量增加;轉(zhuǎn)化停止時(shí)，累計(jì)產(chǎn)氣量不變。氣體的主要成分是N2。
至此，Mulder等人認(rèn)為，生物脫氮流化床反應(yīng)器中的氨和硝酸鹽轉(zhuǎn)化是按Broda所預(yù)言的方式進(jìn)行的，并將其稱為厭氧氨氧化。
1990年，荷蘭Delft技術(shù)大學(xué)Kluyver生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出厭氧氨氧化工藝，即在厭氧條件下，微生物直接以NH4+做電子供體，以NO2-為電子受體，將NH4+或NO2-轉(zhuǎn)變成N2的生物氧化過程。由于厭氧氨氧化過程是自養(yǎng)的，因此不需要另加COD來支持反硝化作用，與常規(guī)脫氮工藝相比可節(jié)約100%的碳源。
而且，如果把厭氧氨氧化過程與一個(gè)前置的硝化過程結(jié)合在一起，那么硝化過程只需要將部分NH4+氧化為NO2--N，這樣的短程硝化可比全程硝化節(jié)省62.5%的供氧量和50%的耗堿量。Sharon-Anammox(亞硝化—厭氧氨氧化)工藝被用于處理厭氧硝化污泥分離液并首次應(yīng)用于荷蘭鹿特丹的Dokhaven污水處理廠，其工藝流程如圖1所示。
趙立功(上海敏慎環(huán)保)：該公司代理荷蘭技術(shù)，基于厭氧氨氧化的高效脫氮新工藝-NAS技術(shù)(anammoxinactivesludge)，新活性污泥法。
周保昌(南京瑞潔特)：紅菌是否是業(yè)內(nèi)對(duì)厭氧氨氧化菌的俗稱。
趙立功(上海敏慎環(huán)保)：2014年是“活性污泥法”誕辰100周年，很多國際機(jī)構(gòu)舉行了盛大的慶典，“活性污泥法”至今仍是污水處理系統(tǒng)的“中流砥柱”，但也存在很多問題：首先，污水處理行業(yè)作為“綠色家族”的天生一員，卻與可持續(xù)發(fā)展理念漸行漸遠(yuǎn)。
以高能耗為代價(jià)實(shí)現(xiàn)的污染物削減與減排，形成了“減排污染物、增排溫室氣體”的尷尬局面。其次，在城市污水處理發(fā)展過程中，缺乏滿足社會(huì)、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。采用簡單“一刀切”的方法處理地域不同和經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡等重大差異性問題，不利于生態(tài)敏感地區(qū)的水質(zhì)保護(hù)以及缺水地區(qū)的水資源問題的根本解決，在環(huán)境保護(hù)的天平上失去了應(yīng)用的分量。
最后，在實(shí)踐中，缺乏對(duì)人與自然和諧共處的思考與追求。主要表現(xiàn)在以下方面：一是污水處理廠產(chǎn)生的污泥與自然環(huán)境不和諧;二是污水處理廠與周邊的社會(huì)環(huán)境不和諧。
許貴博(威立雅工業(yè)水處理)：能耗是個(gè)問題。
周保昌(南京瑞潔特)：是否在實(shí)際工程中，已經(jīng)明確了在厭氧環(huán)境下，微生物直接以NH4+做電子供體，以NO2-為電子受體，將NH4+或NO2-轉(zhuǎn)變成N2的生物氧化過程。
趙立功(上海敏慎環(huán)保)：是的
倪巍(碧州環(huán)保)：傳統(tǒng)低氨氮不明顯，高氨氮非常明顯。
趙立功(上海敏慎環(huán)保)：采用新理念設(shè)計(jì)的污水處理廠應(yīng)該是這樣的：1.使出水水質(zhì)滿足水環(huán)境變化和水資源可持續(xù)循環(huán)利用的需要;2.大幅提高污水處理廠能源自給率，在有適度外源有機(jī)廢物協(xié)同處理的情況下，做到零能耗。3.追求物質(zhì)合理循環(huán)，減少對(duì)外部化學(xué)品的依賴與消耗。4.建設(shè)感官舒適、建筑和諧、環(huán)境互通、社區(qū)友好的污水處理廠。
提及以上內(nèi)容，主要我公司的核心技術(shù)是生物系統(tǒng)工程，厭氧氨氧化是其中一部分。如下圖：
在這個(gè)工藝中，真正實(shí)現(xiàn)了“低碳、節(jié)能、資源化”的目標(biāo)，廢水中的有機(jī)物采用厭氧的方式，可以實(shí)現(xiàn)沼氣資源化、而且運(yùn)行費(fèi)用低廉。廢水厭氧工藝后，可以選擇磷回收的方式，來回收“磷、氮”資源。剩余的氨氮，采用節(jié)能的厭氧氨氧化，以達(dá)到去除的目的。整個(gè)工藝污泥產(chǎn)量少，還可產(chǎn)生沼氣、磷肥等資源。
葉豐(寧波環(huán)科院)：藍(lán)色工廠。
趙立功(上海敏慎環(huán)保)：藍(lán)色工廠的概念挺好。在資源化的基礎(chǔ)上，才能魚和熊掌兼得。
劉家兄弟：磷以后會(huì)稀缺，很有收集前途。
袁征(圣源碧澄環(huán)保)：應(yīng)該是在達(dá)標(biāo)的前提下，資源化的利用，并且把能耗降低。
趙立功(上海敏慎環(huán)保)：我們碰到一個(gè)做發(fā)酵的企業(yè)，其廢水COD在5000mg/L左右，磷含量100mg/L，氨氮在800-1200mg/L。該股廢水我們提出的思路是：厭氧-磷回收-厭氧氨氧化-出水回用。其實(shí)都是比較簡單的技術(shù)，關(guān)鍵是否有資源化的理念。
周保昌(南京瑞潔特)：充分利用廢水中的資源。
以上的交流前奏，讓在線的160多環(huán)保環(huán)保專家迫不及待的要求來點(diǎn)猛一點(diǎn)的料，交流關(guān)鍵厭氧氨氧化技術(shù)。
周保昌(南京瑞潔特)：對(duì)于碳氮不平衡廢水，采用厭氧氨氧化技術(shù)是一種革新，期待一些關(guān)鍵內(nèi)容。
冀世鋒(上海海洋大學(xué))：關(guān)鍵就是厭氧氨氧化工程化難度大。
趙立功(上海敏慎環(huán)保)：厭氧氨氧化，目前在國際上比較成熟的工藝是OLAND和SHARON-ANAMMOX工藝。
周保昌(南京瑞潔特)：OLAND工藝是基于亞硝酸型硝化-厭氧氨氧化脫氮技術(shù)而開發(fā)的生物脫氮新工藝.該工藝首先采用限制溶解氧濃度實(shí)現(xiàn)氨氮的部分亞硝化并實(shí)現(xiàn)亞硝酸鹽氮的濃度積累,接著進(jìn)行厭氧氨氧化反應(yīng),從而達(dá)到去除含氮污染物的目的.與傳統(tǒng)生物脫氮工藝相比,該工藝具有耗氧量少、污泥產(chǎn)量少、不需外加碳源等優(yōu)點(diǎn)。
SHARON-ANAMMOX工藝(部分亞硝化厭氧氨氧化脫氮工藝即Sharon-anammox,簡稱SH-A工藝)節(jié)能型污水生物脫氮技術(shù)的核心是通過專屬微生物的生化反應(yīng)來高效分解污水中的有機(jī)物、氨氮等污染物質(zhì)，是一種兼有高效脫碳除氮功能的復(fù)合型生物處理先進(jìn)工藝。與傳統(tǒng)的A/O工藝相比，該工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1.投資節(jié)省。由于SH-A節(jié)能型污水生物脫氮新技術(shù)取消了硝化液回流池，縮短了處理工藝流程，減少了工藝處理單元及構(gòu)筑物數(shù)量，縮小了構(gòu)筑物體積，節(jié)省了構(gòu)筑物及附屬設(shè)施的建筑量，與同樣處理規(guī)模的A/O或A2O工藝污水處理系統(tǒng)相比，可減少基建投資30%以上。
2.運(yùn)行成本低。本專利技術(shù)脫氮效果與硝化液回流比、原水中的C/N比無關(guān)，無需外加碳源，減少了投堿量，節(jié)省了藥劑消耗量，不但降低了運(yùn)行成本，也避免了藥劑的二次污染;由于不需硝化液的回流，大大節(jié)省了動(dòng)力消耗，降低了運(yùn)行成本。與同樣處理規(guī)模的A/O或A2O工藝污水處理系統(tǒng)相比，可節(jié)省運(yùn)行成本25%以上。
3.處理效率高。采用SH-A節(jié)能型污水生物脫氮新技術(shù)對(duì)污水進(jìn)行處理后，出水CODcr<100mg/L，NH3<15mg/L，酚和氰化物均低于0.5mg/L，總氮脫除率在80%以上，達(dá)到國家<<污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)>>(GB8978-1996)的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求。
4.廢水可回用。經(jīng)過本工藝技術(shù)處理后的焦化污水能夠達(dá)到相應(yīng)的回用水標(biāo)準(zhǔn)，可用于熄焦，若經(jīng)進(jìn)一步深度處理可使焦化污水中的CODcr<15mg/L，可回用于廠內(nèi)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，達(dá)到節(jié)約水資源、清潔生產(chǎn)、保護(hù)環(huán)境的目的。
趙立功(上海敏慎環(huán)保)：OLAND工藝的關(guān)鍵是污泥的顆�；�。厭氧氨氧化細(xì)菌是一個(gè)菌屬，而OLAND工藝要實(shí)現(xiàn)在一個(gè)反應(yīng)器中控制溶解氧，來實(shí)現(xiàn)同步亞硝化和厭氧氨氧化。不管什么工藝，都需要把水中的50%左右的氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸氮。
第二步是剩余的氨氮和亞硝酸氨反生生產(chǎn)氮?dú)�，以氣態(tài)去除，到達(dá)廢水中去除氨氮和總氮的目的。如果在一個(gè)反應(yīng)器中，這2種反應(yīng)同時(shí)發(fā)生，就需要污泥的顆粒化，外部的是亞硝酸菌，內(nèi)部是厭氧氨氧化菌。我所見的工程，應(yīng)該該技術(shù)大部分是進(jìn)水氨氮波動(dòng)不大、發(fā)酵廢水項(xiàng)目。
leaderman:我們有在臺(tái)灣厭氧氨氧化案例。如圖：
甘琦(陸博新材料)：MBBR技術(shù)應(yīng)該也可以實(shí)現(xiàn)。
倪巍(碧州環(huán)保)：SBR、MBBR，顆�；加泄こ贪咐�
趙立功(上海敏慎環(huán)保)：還有另外一種工藝，就是亞硝酸化和厭氧氨氧化過程在獨(dú)立的反應(yīng)池內(nèi)，實(shí)現(xiàn)亞硝酸化和厭氧氨氧化。我們目前在國內(nèi)一個(gè)合成皮革廢水上，應(yīng)用了NAS工藝。
葉豐(寧波環(huán)科院)：厭氧氨氧化實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵點(diǎn)是什么?工程化最大的限制因素是什么?
趙立功(上海敏慎環(huán)保)：目前，限制厭氧氨氧化的技術(shù)應(yīng)用，主要是菌種。
倪巍(碧州環(huán)保)：進(jìn)水條件、原水水質(zhì)決定是否可以用ANAMMOX工藝。
趙立功(上海敏慎環(huán)保)：厭氧氨氧化菌的時(shí)代周期太長，培養(yǎng)難度不大，但增值慢。
leaderman：
趙立功(上海敏慎環(huán)保)：目前我們的菌種均從國外運(yùn)過來，基本接種50%左右，初步實(shí)現(xiàn)廢水的氨氮達(dá)標(biāo)，然后再控制總氮的達(dá)標(biāo)。
葉豐(寧波環(huán)科院)：現(xiàn)場制約的因素最大的是進(jìn)水負(fù)荷波動(dòng)?還是反應(yīng)工藝參數(shù)的控制?
冀世鋒(上海海洋大學(xué))：合成革廢水COD會(huì)比較高，COD對(duì)菌種培養(yǎng)有限制沒?
倪巍(碧州環(huán)境)：回答了冀世鋒的問題，有影響。
趙立功(上海敏慎環(huán)保)：厭氧氨氧化菌只要控制好條件，不需要補(bǔ)充，而且還可以增值。目前我們和客戶談的系統(tǒng)穩(wěn)定后，我們代銷污泥。
以前很多污水處理廠污泥需要處理，現(xiàn)在NAS系統(tǒng)污泥可以銷售。
leaderman：
冀世鋒(上海海洋大學(xué))：BOD影響厭氧氨氧化大嗎?如何消除異氧菌的競爭。
趙立功(上海敏慎環(huán)保)：思路是這樣的，先用厭氧將COD去除，然后在厭氧氨氧化。
周建民(康潔水務(wù))：厭氧氨氧化細(xì)菌時(shí)代周期比較長，所以我認(rèn)為應(yīng)該盡量提高實(shí)際泥齡，為了使厭氧氨氧化細(xì)菌能優(yōu)勢生長，控制易降解有機(jī)物的量也是關(guān)鍵。在合成革廢水中恰好能滿足這樣的條件。
趙立功(上海敏慎環(huán)保)：其實(shí)國外的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一般認(rèn)為好氧曝氣不應(yīng)該用在去除COD上。
周保昌(南京瑞潔特)：厭氧氨氧化菌的倍增時(shí)間是11d，ANAMMOX工藝的泥齡越長越好。是否可以結(jié)合厭氧膜生物反應(yīng)器(AN-MBR)，能實(shí)現(xiàn)更為穩(wěn)定的厭氧氨氧化系統(tǒng)。
倪巍(碧州環(huán)保)、冀世鋒(上海海洋大學(xué))：認(rèn)同以上觀點(diǎn)。
周建民(康潔水務(wù))：我在08年陜西理想化工做過一個(gè)合成氨廢水，根據(jù)一些常規(guī)數(shù)據(jù)我一直在思考應(yīng)該是發(fā)生了類似厭氧氨氧化或者短程硝化與反硝化過程。
趙立功(上海敏慎環(huán)保)：其實(shí)合成革廢水的COD很高，一般在3000mg/L以上，TN也很高，在600mg/L以上，如不經(jīng)過厭氧，氨氮很難釋放出來。
經(jīng)過厭氧后，有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮，COD得到了降低，正好采用厭氧氨氧化工藝。(合成革廢水主要是二甲基甲酰胺、二甲胺和三甲胺)
周建民(康潔水務(wù))：MBR是有研究確實(shí)培養(yǎng)出厭氧氨氧化菌的。
趙立功(上海敏慎環(huán)保)：我們?cè)诠I(yè)廢水上應(yīng)用厭氧氨氧化，主要是用MBR做泥水分離。
leaderman:
周保昌(南京瑞潔特)：在研究所曾經(jīng)主要研究厭氧膜生物反應(yīng)器技術(shù)，與厭氧氨氧化技術(shù)的結(jié)合，可能更適應(yīng)于厭氧氨氧化技術(shù)，可共同開發(fā)。
趙立功(上海敏慎環(huán)保)：荷蘭COLSEN公司NAS-MBR是第一代厭氧氨氧化技術(shù)。
周建民(康潔水務(wù))：MBR微生物群落比較豐富，可能會(huì)影響厭氧氨氧化細(xì)菌的繁殖。
周保昌(南京瑞潔特)：如果我們能從亞硝酸態(tài)入手，可能對(duì)理解NAS有關(guān)鍵作用。
短程硝化與反硝化過程：在短程硝化與反硝化的兩個(gè)主要步驟中，反硝化技術(shù)容易控制實(shí)現(xiàn)，因此硝化過程中穩(wěn)定持久的獲得亞硝酸成為技術(shù)關(guān)鍵，實(shí)現(xiàn)硝化出水亞硝酸高比例的控制技術(shù)也是研究的重點(diǎn)。目前能在一定時(shí)間內(nèi)控制硝化處于亞硝化階段的途徑有四種：1.亞硝酸細(xì)菌的純種分離與固定化技術(shù);2.控制溫度造成不同增長速率形成“分選壓力”的SHARON途徑;3.游離氨抑制硝酸細(xì)菌增長的選擇性抑制途徑;4.控制硝化細(xì)菌基質(zhì)造成兩類細(xì)菌增長速率不同的氧缺乏競爭途徑。
趙立功(上海敏慎環(huán)保)：做膜的朋友放心，厭氧氨氧化菌和膜的結(jié)合絕對(duì)是絕配。氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸氮沒有價(jià)值，只要亞硝酸氮才可以與氨氮結(jié)合，轉(zhuǎn)化率才高。其實(shí)進(jìn)水氨氮在3000mg/L都可以采用厭氧氨氧化技術(shù)，不用擔(dān)心應(yīng)用問題。關(guān)鍵是系統(tǒng)怎么設(shè)計(jì)，怎么為菌種提供一種良好的生存環(huán)境。NAS比較大的優(yōu)勢是節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。我們做過對(duì)比，同樣去除氨氮，采用A/O工藝和NAS工藝，后者可以最少節(jié)省40%的運(yùn)行費(fèi)用。
其實(shí)NAS-MBR的結(jié)合也很簡單，MBR段還是用曝氣做沖刷就可以，單獨(dú)設(shè)置膜池，曝氣對(duì)系統(tǒng)影響不大。對(duì)NAS技術(shù)，控制的要點(diǎn)就是控制亞硝酸階段。
因內(nèi)容太多，信息發(fā)轉(zhuǎn)速度快，可能存在其他朋友的討論，不能一一展現(xiàn)出來，盡情諒解。期待下次主題討論。如有觀點(diǎn)不統(tǒng)一，以上觀點(diǎn)均只代表個(gè)人觀點(diǎn)，不代表行業(yè)觀點(diǎn)。
原標(biāo)題:“污水處理技術(shù)群”在線頭腦風(fēng)暴：厭氧氨氧化技術(shù)在水處理應(yīng)用中的知識(shí)分享
