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清控环保陈家轲:抓住污水深度处理最后的风口——总氮的深度去除

时间:2019-04-01 09:06

来源:中国水网

作者:汪茵

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苏州清控环保科技有限公司(以下简称“清控环保”)成立于2017年,是一家专注于水污染物深度去除的企业。其联合清华大学与江南大学共同研发的“无碳源高效除总氮技术”在总氮废水处理处于国际领先水平。在2019(第十七届)水业战略论坛上,清控环保董事长陈家轲针对目前污水处理的发展态势,介绍了清控环保提出的新解决方案——无碳源除总氮技术。

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陈家轲

纵观污水处理技术的发展史,污染物治理趋势在20世纪50年代发生了一大转变:在此之前,从1881年的生物法到1950年的完全混合式活性污泥法,都是以解决COD问题为核心,而从20世纪50年代起,水体富营养化,总氮和总磷成为主要的处理诉求。以美国污水处理的五级分级标准为例,1至5级标准中,生化需氧量(BOD)与固体悬浮物(SS)指标是相同的,但是总氮(TN)与总磷(TP)的标准趋于严格,五级标准情形下,总氮需低于2mg/L,总磷需低于0.02mg/L。

而在国内,污水排放标准也日趋严格,总氮的深度处理成为了水污染处理的大趋势。2002年,《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB 18918-2002)生效,污水处理标准以一级B为主,总氮的排放标准为20 mg/L;2006年,国家提出重点流域水质要提升至一级A标准,总氮排放标准提高至15mg/L;2007年,太湖流域开展一级A提标改造,一、二级水质总氮要求提高至10 mg/L ,其它级别总氮要求提高至12mg/L;2015年原环保部发布《城镇污水处理厂污染物排放标准》(意见征求稿),提出特别排放限值;2012年起,以北京为代表的部分城市开始Ⅳ类水提标改造,北京总氮排放量提高至8mg/L以下,江苏与浙江有明确文件规定总氮含量要维持在10mg/L以下,而生态环境较为敏感脆弱的地方,例如滇池,要求2020年达到Ⅳ类水标准,水质总氮则要低于1.5mg/L。

回顾上述历程可发现,国内污水处理标准发展趋势逐渐从解决污染物控制问题为主发展到以提高处理后污水与环境相容性,减轻地表水负担为主要目标。对水污染治理领域的设计与技术从业者而言,愈加严格的排放标准成为了一项严峻的挑战。

巨大挑战之下,难题也应运而生。

陈家轲列举了某市政污水厂的例子,该污水厂的进水总氮在3-50 mg/L之间,理想状态下的出水总氮为10-15 mg/L,冬季可能会面临总氮超过15 mg/L的情况,几乎无法达到特别排放限值规定的10mg/L以下。

对此,陈家轲分析道,现在许多污水处理都采用了A2/O工艺,A2/O工艺的本质逻辑是利用异养菌去除杂物,但是利用异养菌脱氮有两大缺陷:首先,异养菌对各类污染物都有去除效果,没有专一性,无法深度去除;其次,碳源难以把控。脱氮过程中,碳源不足会导致脱氮除磷效率低,碳源过多则会造成COD超标。

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A2/O工艺流程

清控环保目前业务主要分为六大板块,总氮深度去除技术是其中之一。面对污水处理脱氮难题,陈家轲介绍了清控环保提出的新型解决方案——硫自养反硝化脱氮工艺。

据陈家轲介绍,最早追溯到1977年,科学家发现硫可以用于脱氮,但这项技术并没有被重视,因为A2/O工艺在很长时间内可以满足当时的脱氮需求。硫自养工艺有一个特点:使用单一菌种,所以脱氮效率较高,在部分特殊情况下,总氮甚至可以消除至0mg/L左右,所以满足Ⅳ类水标准不是问题。

与传统反硝化深床滤池工艺相比,硫自养反硝化工艺有三大优势:

1. 成本较低。硫自养反硝化工艺的投资成本价格在350-450元/吨左右,运营成本也低于传统反硝化工艺。

2. 深度脱氮效果好。硫自养反硝化工艺的极限脱氮效果可以低于1.5mg/L,总氮负荷可以达到1-2kg/m3·d,根据一些专家的测试,总氮负荷极限甚至可以达到4kg/m3·d。

3. 停留时间短,硫自养反硝化工艺停留时间小于4小时。

根据清控环保的实验数据显示,进水氮浓度为300mg/L的工业废水经过二级串联反应,氮浓度可以基本下降到0mg/L的水平。陈家轲透露,目前清控环保也开始了对市政废水的追踪,经过一年的研发,进水氮浓度在6-16mg/L的市政废水经过30分钟左右的停留时间,总氮可以维持在4mg/L以下,如果将停留时间延长至1.5小时,总氮可稳定在2mg/L以下。

陈家轲介绍道,清控环保起初推出了硫自养反硝化工艺1.0,但是由于硫自养1.0工艺存在填充床初次投资成本高、硫颗粒反应面积小、反应器易堵塞等缺陷。基于此,经过研发换代,清控环保推出了硫自养2.0工艺,将原来的填充床形式升级为膨胀床形式,以硫粉代替硫颗粒,反应速度进一步提高。陈家轲透露:“硫自养2.0工艺在工业污水处理中取得了不错的效果:在污水处理量为80t/d的制网厂案例数据中,进水总氮在30-50mg/L的污水,出水总氮可以稳定在2-4mg/L;在污水处理量为150t/d的电子厂中,进水总氮在60-70mg/L的污水,出水总氮可以稳定在4-5mg/L。”

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硫自养脱硝态氮工艺流程图

最后,陈家轲预测未来提标改造的最佳脱氮除磷技术路线很可能是高密度沉淀池,标准工艺包是硫自养脱氮塔与磁混凝工艺的组合,通过这种技术路线,将达到极高的除氮除磷标准,实现极佳的出水水质。

更多嘉宾精彩观点详见:

【专题报道】2019(第十七届)水业战略论坛

编辑:汪茵

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