[00127146]面向巢湖和淮河流域的新一代城市污水处理技术研发与示范

1、课题来源与背景 本项目由安徽省科学技术厅支持,编号为1501041118,研究起止时间为2015年1月1日-2017年12月31日。承担单位为中国科学技术大学,合作单位为安徽国祯环保节能科技股份有限公司。 目前,我国已经建成并投入运行了数量庞大的城镇污水处理厂,但现行的污水处理工艺均是以污染物降解去除为核心设计思路,大量采用延时曝气等工艺,并取消初沉池设计。这种用高能耗投入换取污染物减排效果的做法与我国一直倡导建立的资源节约型社会相矛盾。此外,多数生物处理系统都存在着不能实现脱氮除磷、曝气量过剩、易发生污泥膨胀等问题。这些问题造成污水处理设施基建投资和运行成本居高不下,尤其是产生的大量剩余污泥难以处置。由于污水厂通常需要大量的投资和高额的运行费用,已建成的部分污水处理厂常因资金问题无法正常运行。如何降低污水处理成本,提高污水处理效率是目前城市污水处理过程中需要重点探讨和解决的问题,也是实现绿色节能环保的重要议题。因此,研发和优化城市污水处理工艺,在满足污染物质去除要求的同时降低污水处理成本已成为亟待解决的问题。特别是我省巢湖和淮河流域水污染问题严重,开发和应用效率高、能耗少、投资和运行成本低的污水处理新技术,对于经济不够发达而污染严重的我省水环境将具有非常重要的意义。 2、技术原理及性能指标 针对巢湖和淮河流域城市污水有机物浓度低、氮含量高的特点,本项目提出了生物絮凝-短程硝化/厌氧氨氧化（PN/ANAMMOX）的城市污水处理新技术,主要围绕高效生物絮凝脱氮生物反应器和短程硝化-厌氧氨氧化一段式脱氮装置两大核心技术展开。针对生物絮凝系统,采用序批式实验考察该系统对污水中悬浮态、胶体态和溶解态有机物组分的去除效果。在此基础上通过研究不同化学混凝药剂对该系统的强化效果,筛选出经济高效的化学辅助药剂及优化配方,在有机碳高效去除的同时实现废水中总磷的耦合脱除。针对厌氧氨氧化过程,项目组利用前期在好氧颗粒污泥培养方面的成功经验,尝试将好氧颗粒转化培养成厌氧氨氧化颗粒污泥,利用表观成像及分子生物学手段对启动过程进行监测,解析该过程的微生物学机制。随后,考察Fe和溶解氧两个关键因子对系统脱氮性能的影响,为示范工程的建设运行提供指导。 数学模型的建立是未来实现污水厂自动化运行的关键,基于Monod动力学方程以及国际水协会的活性污泥模型,项目组首先构建了一套短程硝化-厌氧氨氧化的数学模型,利用该模型对关键的溶解氧浓度参数进行优化模拟。在此基础上,利用MATLAB实现富碳除磷-短程硝化/厌氧氨氧化全耦合工艺过程模拟优化。随后,通过智能化模块程序编写,利用PLC控制器等以Anammox中溶解氧浓度为关键信号研发自动曝气控制技术和设备,实现对系统反应过程的精确控制。 在上述单项关键技术以及设备研制的基础上,项目组在经开区污水处理厂建设了一座基于化学强化生物絮凝-PN/Anammox为核心工艺的示范工程,对该耦合技术在实际工况条件下处理城市污水的性能进行了考察,并相应作了技术优化。项目组所建立的一套100 t/d规模中试设备长达一年的运行结果表明本项目所提的技术在COD、SS、TP、氨氮等指标方面均可以达到一级A标准,完成项目预设目标。 3、技术的创造性与先进性 本项目技术的实施可比A2O等常规城市污水脱氮除磷工艺节省40%的能耗。按照0.8元/吨污水的运行费用计算,利用A2O工艺处理安徽省污水的能耗为15.26亿元,而采用本项目研发的技术处理的能耗则为9.16亿元,年运行费用可节省6.10亿元,节能降耗效益可观。不仅如此,该技术还可节省30%的投资费用,污泥采用厌氧消化工艺处理后可回收能源,进一步降低污水厂的能耗。 4、技术的成熟程度,适用范围和安全性 未来如通过增加进水氨氮负荷、接种厌氧氨氧化种泥等方式将有望加速脱氮反应器的启动。此外,上述技术的稳定和适用性也仍然需要通过在其它水厂建设更大规模的实际工程来评判。未来如该技术得到了大范围的推广应用,将有力地推动我省巢湖和淮河流域的水环境保护工作,对我省乃至全国的污水处理工艺具有示范作用。 5、应用情况及存在的问题 本项目成果目前仅在示范工程内应用。如何培养得到高活性的氨氧化细菌是该系统获得高效稳定脱氮效率的关键和基础,目前装置的启动时间过长,给应用推广带来了挑战。 6、历年获奖情况 无。