中麒賦能水務(wù)科技股份有限公司研發(fā)了一種污水處理極限脫氮工藝（簡(jiǎn)稱EDNR，已經(jīng)申請(qǐng)專利）。EDNR工藝完全不同于傳統(tǒng)的AO脫氮工藝，無需設(shè)置硝化池和反硝化池，而是在一個(gè)反應(yīng)池中完成了氨氮、總氮、CODCr以及總磷的同步協(xié)同降解。EDNR工藝在市政污水的實(shí)際應(yīng)用中，處理出水總氮可以穩(wěn)定達(dá)到5mg/L以內(nèi)，甚至1mg/L以內(nèi)。EDNR工藝在實(shí)現(xiàn)總氮的大幅減排的同時(shí)，相對(duì)于傳統(tǒng)工藝節(jié)省了大量的能耗和碳源投加，該工藝低碳源、低能耗、高效率的特點(diǎn)，將引領(lǐng)污水處理領(lǐng)域的一場(chǎng)重大革新。
1 引言
隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，生活污水的排放量也在逐年增加，水中氮、磷含量超標(biāo)導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化問題日益突出。這對(duì)新時(shí)期水污染防治工作有了更高的要求。我國目前對(duì)排放處理污水中氮含量已作出明確規(guī)定，在2003年7月1日正式實(shí)施的《城鎮(zhèn)污水廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中規(guī)定，一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)B標(biāo)準(zhǔn)總氮允許的最高排放限值為20mg/L，一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)A標(biāo)準(zhǔn)總氮允許的最高排放限值為15mg/L。對(duì)于四類水體排放標(biāo)準(zhǔn)總氮1.5mg/L的苛刻要求，由于現(xiàn)存工藝無法滿足，或者無法承受為滿足四類水體排放標(biāo)準(zhǔn)所帶來的投資和運(yùn)營(yíng)成本的大幅增加，提出了準(zhǔn)四類水體排放標(biāo)準(zhǔn)，將總氮放寬到10mg/L。作為水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要污染物，總氮進(jìn)一步降解成為了世界性難題。
2 工藝流程與分析方法
2.1 工藝流程
廢水中總氮主要由氨氮、有機(jī)氮、硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮構(gòu)成。傳統(tǒng)生物脫氮工藝中總氮的去除分兩步進(jìn)行，第一步為硝化反應(yīng)，通過硝化菌的作用將廢水中的氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮，第二步為反硝化反應(yīng)，通過反硝化菌的作用將廢水中的硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓瑥亩_(dá)到廢水中脫氮的目的。
傳統(tǒng)脫氮工藝（圖2.1.1所示）脫氮率受混合液回流比制約，脫氮率（η）與混合液回流比（R內(nèi)）之間有如下關(guān)系：η= R/(1+ R)，想要獲得較高的脫氮率需要增大回流比，當(dāng)回流比達(dá)到4的時(shí)候，理論總氮去除率為80%，再提高回流比，將導(dǎo)致大量的溶解氧帶回脫氮池，影響脫氮效果。因此，常規(guī)一級(jí)AO工藝往往很難突破80%的極限去除率，如果要進(jìn)一步提高總氮去除率，通常要多級(jí)A/O和深度脫氮工藝結(jié)合。
傳統(tǒng)工藝為了提高總氮去除率，需要在硝化池過度曝氣，而過度曝氣直接導(dǎo)致能耗的浪費(fèi)，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致碳源的浪費(fèi)，這也是常規(guī)污水處理廠需要大量投加碳源的原因。
對(duì)污水生物處理而言，要達(dá)到高效的處理效果，需要碳、氮、磷合理的營(yíng)養(yǎng)比例，微生物自身的合成和存活也離不開碳源。傳統(tǒng)AO工藝先對(duì)CODCr及氨氮進(jìn)行降解，然后單獨(dú)對(duì)硝酸鹽氮進(jìn)行降解的做法，是對(duì)微生物體碳氮磷合理的營(yíng)養(yǎng)比例進(jìn)行了人為強(qiáng)制割離，經(jīng)過AO處理的出水幾乎沒有碳源，而只剩下總氮，這正是進(jìn)一步降解總氮變得極其困難的根本原因
基于傳統(tǒng)生物脫氮工藝的分析，我公司研發(fā)出極限脫氮系統(tǒng)（EDNR），該工藝突破了傳統(tǒng)AO工藝在兩個(gè)反應(yīng)池內(nèi)獨(dú)立完成硝化反硝化作用的思維，而是將硝化池和反硝化池合二為一，在一個(gè)生物反應(yīng)池內(nèi)完成硝化反硝化作用，實(shí)現(xiàn)了氨氮、總氮以及CODCr的同步協(xié)同降解，這更加符合微生物自身的有機(jī)成分組成以及對(duì)碳氮磷營(yíng)養(yǎng)比例要求的科學(xué)規(guī)律，從而使得總氮的降解變得簡(jiǎn)單。EDNR工藝流程如下：
該工藝前段設(shè)置了選擇池，該池內(nèi)設(shè)置了潛水?dāng)嚢杵�，生活污水和二沉池回流污泥進(jìn)入該池進(jìn)行短暫的停留（停留時(shí)間10~15min）和混合，該池的主要作用是泥水混合同時(shí)進(jìn)行菌種的選擇。
選擇池出水進(jìn)入和EDNR核心反應(yīng)池，該反應(yīng)池配套設(shè)置了DO儀、ORP儀、鼓風(fēng)機(jī)及曝氣系統(tǒng)、內(nèi)置脫氮反應(yīng)區(qū)，同時(shí)配合觸媒的投加。在該反應(yīng)池內(nèi)，通過如下過程實(shí)現(xiàn)了極限脫氮能力：
精確曝氣：通過DO及ORP對(duì)鼓風(fēng)機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)精確曝氣，維持系統(tǒng)內(nèi)硝化反硝化同步進(jìn)行的環(huán)境，避免過度曝氣導(dǎo)致的能耗浪費(fèi)，同時(shí)大量節(jié)省了有限的碳源。通過精確曝氣，相對(duì)于常規(guī)工藝可節(jié)省能耗20%，同時(shí)節(jié)省碳源50%以上，實(shí)現(xiàn)了絕大多數(shù)市政污水無需碳源投加既可滿足嚴(yán)格的總氮排放標(biāo)準(zhǔn)。
內(nèi)置脫氮反應(yīng)區(qū)：EDNR池內(nèi)設(shè)置了永久性的脫氮反應(yīng)區(qū)，在該集成內(nèi)置脫氮反應(yīng)區(qū)填裝了中麒水務(wù)自己研發(fā)的催化填料，通過推流器對(duì)系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)和催化填料進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)接觸，增強(qiáng)脫氮效果。
觸媒投加：為了平衡系統(tǒng)內(nèi)的氧化還原電位，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行觸媒投加，確保脫氮的高效進(jìn)行。觸媒為間斷投加，觸媒投加增加噸水處理成本約為0.01元。
EDNR系統(tǒng)不同于常規(guī)系統(tǒng)先除CODCr和氨氮再除總氮的做法，而是將CODCr、氨氮以及總氮同步協(xié)同降解，遵循了微生物自身由碳氮磷組成以及參與處理過程需要合理的碳氮磷比例這一科學(xué)規(guī)律，從而使得總氮的降解變得簡(jiǎn)單，理論上可以實(shí)現(xiàn)100%的脫氮效率。
2.1 分析方法
本次分析，以河北定興縣某一體化EDNR極限脫氮裝置和深圳固戍應(yīng)急污水廠一體化EDNR極限脫氮裝置為例。
廢水進(jìn)出水質(zhì)指標(biāo)采用《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》（第四版）中方法測(cè)定
3 數(shù)據(jù)分析與討論
3.1 COD去除效果分析
在河北定興縣某一體化EDNR極限脫氮工藝進(jìn)行連續(xù)16天進(jìn)出水進(jìn)行分析和檢測(cè)，結(jié)果如下：
為了更加直觀的說明該工藝的處理效果，我們對(duì)記錄數(shù)據(jù)整理成折線圖的形式進(jìn)行展現(xiàn)。
進(jìn)出水總氮對(duì)比折線圖如下：
從以圖3-1可以看出，在進(jìn)水總氮高達(dá)62mg/L的情況下，出水仍能滿足穩(wěn)定低于5mg/L，最低達(dá)到0.8mg/L。2019年8月25日總氮突然升高到20mg/L是由于碳源嚴(yán)重不足導(dǎo)致。
以上結(jié)果表明CODCr/TN到4的時(shí)候，出水就可以穩(wěn)定低于5mg/L；在CODCr/TN達(dá)到6以上的時(shí)候，出水總氮可以降到1mg/以內(nèi)，主要是受限于控制的波動(dòng)，出水總氮穩(wěn)定在2mg/L的附近。相對(duì)于傳統(tǒng)工藝要求的BOD/TN大于4而言，EDNR工藝所需碳源采用的是CODCr/TN（生活污水BOD約為CODCr的50%），由此可以看出，EDNR工藝相對(duì)于傳統(tǒng)工藝節(jié)省碳源50%以上，可以做到絕大多數(shù)市政污水無需投加碳源即可滿足嚴(yán)格的總氮排放標(biāo)準(zhǔn)。
EDNR系統(tǒng)進(jìn)出水氨氮折線圖如下：
從圖3-2可以看出，進(jìn)水氨氮在45mg/L左右，出水總氮在0~2.46mg/L的范圍內(nèi)（0表示氨氮低于檢測(cè)限，未檢出）。從氨氮和總氮的數(shù)據(jù)對(duì)比表明，氨氮和總氮的數(shù)值非常接近，甚至出現(xiàn)了總氮和氨氮數(shù)值幾乎相等的情況，這表明了硝化非常徹底，硝化產(chǎn)生的硝酸鹽幾乎可以接近100%的被反硝化。
EDNR系統(tǒng)進(jìn)出水CODCr的圖表對(duì)比：
從圖可以看出，進(jìn)水CODCr在108~192mg/L之間。出水在11~29mg/L之間，可以滿足四類水體的排放要求。
EDNR系統(tǒng)進(jìn)出水總磷折線圖如下：
從圖3-4可以看出，總磷也實(shí)現(xiàn)了同步協(xié)同降解，但該指標(biāo)的降解主要源于微生物自生合成消耗的磷，該指標(biāo)如果要實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)，需要通過除磷藥劑的使用。
EDNR工藝在深圳固戍應(yīng)急污水處理廠進(jìn)行連續(xù)30天的檢測(cè)，數(shù)據(jù)如下：
從深圳固戍應(yīng)急污水處理廠的運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，EDNR工藝具備穩(wěn)定的重現(xiàn)性，出水CODCr可以滿足四類水體的排放表求，總氮可以穩(wěn)定的低于5mg/L，最好時(shí)可以低于1mg/L。結(jié)果表明該工藝高效、穩(wěn)定、節(jié)能，可向水處理行業(yè)大幅推廣應(yīng)用。
4 環(huán)境效益及經(jīng)濟(jì)效益分析
4.1 COD環(huán)境效益分析
EDNR極限脫氮系統(tǒng)工藝，出水TN穩(wěn)定在5mg/L以下，而《城鎮(zhèn)污水廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，TN最高允許排放濃度為15mg/L，則該工藝可減排總氮10mg/L。以此計(jì)算，每萬噸污水減排TN總量為100kg。據(jù)公開數(shù)據(jù)顯示，全國日處理污水量為22846萬噸，EDNR工藝每天可減排TN總量為：22846*0.1=2284.6噸
4.2 經(jīng)濟(jì)效益分析
污水出水TN主要以NO3-的形式排放，排放該部分的總氮同時(shí)帶走了34.3mg/L的溶解氧，而這部分溶解氧由鼓風(fēng)機(jī)提供。同時(shí)傳統(tǒng)工藝為了把這部分總氮降解去除，按照總氮4倍的比例投加碳源，投加的碳源消耗溶解氧40mg/L，合計(jì)造成約74mg/L的溶解氧浪費(fèi)。我們通過如下計(jì)算來進(jìn)行能耗分析：
74mg/L=74g/m3=740kg/104m3
即每萬噸水節(jié)省740kg的溶解氧，功率溶解氧轉(zhuǎn)移系數(shù)按照1.1計(jì)算，則需要消耗的能耗為740kg/（1.1kg/kw*h）=672kw*h，即每萬噸水造成672度能耗的浪費(fèi)。
為降解10mg/L的總氮，需要外加碳源按照40mg/L計(jì)，折合噸水碳源0.4kg，則每萬噸水節(jié)省碳源約為0.4噸。
根據(jù)公開資料，全國日處理污水量為22846萬噸，EDNR工藝每天可節(jié)省的電耗和碳源計(jì)算如下：
能耗節(jié)�。�674*22846=15,398,204度
節(jié)省碳源：0.4*22846=9138.4噸，按照葡萄和CODCr之間1.1的轉(zhuǎn)換系數(shù)，每天可節(jié)省葡萄糖9138.4/1.1=8038噸。
5 結(jié)語
EDNR工藝是遵循微生物自身的碳氮磷元素組成及降解污染物所要求的合理碳氮磷營(yíng)養(yǎng)比例這一科學(xué)規(guī)律的應(yīng)用典范。正是基于對(duì)科學(xué)規(guī)律的遵循和利用，使得總氮的去除變得簡(jiǎn)單，在實(shí)現(xiàn)總氮排放量大幅下降的同時(shí)，節(jié)省了能耗的浪費(fèi)，也節(jié)省了大量碳源（糧食）的投加，是目前為止最為節(jié)能環(huán)保的污水處理工藝。
EDNR工藝是對(duì)現(xiàn)有傳統(tǒng)AO的顛覆，該工藝的推廣和應(yīng)用將宣告深度脫氮工藝的終結(jié)，同時(shí)開啟一個(gè)更高效、更節(jié)能、更環(huán)保的污水處理新時(shí)代。
來源：國際環(huán)保在線
