污水脱氮除磷研究新进展

污水脱氮除磷研究的新进展---短程反硝化+厌氧氨氧化彭永臻、操沈彬、杜睿北京工业大学2016年4月目录123研究背景——短程反硝化的提出短程反硝化的实现及其微生物种群富集短程反硝化+厌氧氨氧化工艺与技术4应用前景2污水处理脱氮除磷技术新型脱氮除磷技术的研究开发，是实现达标排放和节能降耗的重要基础重点、难点除磷脱氮生物法化学法生物法1.研究背景——短程反硝化的提出3是迄今最高效与节能的脱氮方式传统生物脱氮NH4++NO2-优势：N2厌氧氨氧化菌①自养脱氮，无需外碳源；②比传统脱氮节省60%曝气量；③污泥产量低；④氮的去除负荷高。(NO3)-厌氧氨氧化厌氧氨氧化工程化关键技术之一：NO2-N的来源-厌氧氨氧化（Anammox）4高效处理含硝酸盐废水是一项值得研究的课题：基于NO3--NO2的短程反硝化+厌氧氨氧化是最佳选择。1.研究背景——短程反硝化的提出3个问题的提出:含高浓度NO3-的化肥、冶金、化工等工业废水处理问题：某些冶金废水不仅没有有机物，而且NO35000mg/L。城市污水处理厂出水NO3--N超标问题：二级处理后的出水中经常出现NO3-N20mg/L。厌氧氨氧化工艺出水剩余NO3-的问题：自身产生NO3-N占11%，特别是高氨氮污水处理后出水，如，垃圾渗滤液、制药废水、污泥厌氧消化液等。---5传统生物脱氮NH4+NO2-NO3-NO2-N2硝化反硝化O2有机碳源氨氧化菌亚硝酸盐氧化菌反硝化细菌A反硝化细菌B短程硝化脱氮新技术好氧缺氧NO3-NO2-NO2-ONH4+NH4+NO2-NNOO23-NON-22N2-2有机物短程硝化的局限短程硝化反硝化能从3各方面节能降耗；短程硝化是厌氧氨氧化（自养脱氮）的必要条件；但短程硝化、厌氧氨氧化对含硝酸盐（NO3-）污水处理却都无能为力。短程生物脱氮的理论与技术已经成为当前研究和应用的热点。1.研究背景——短程反硝化的提出NO3-NO2-N2传统反硝化NO3-NO2-NON2ON21.研究背景——短程反硝化的提出短程反硝化短程反硝化的诱导因素微生物种群、碳源类型、C/N、pH等因素，导致反硝化过程出现不同程度的亚硝积累现象。8目录2短程反硝化的实现及其微生物种群富集9结果1：短程反硝化的发现与稳定维持1.反硝化生物膜2.厌/缺/好氧污泥3.发酵耦合反硝化污泥发现：前两种污泥都存在短暂NO2N积累。发酵耦合反硝化污泥:具有最高NO2–积累率（80%）;NO3–耗尽时–NO2积累达到峰值。–三种污水处理活性污泥反硝化试验Achievingpartialdenitrificationwithsludgefermentationliquidascarbonsource:Theeffectofseedingsludge.BioresourceTechnology.149(2013)570–574.SCI一区10结果1：短程反硝化的发现与稳定维持0102030405060时间(d)708090100110010203040NO-Ninatial3-NO-Neff2NAR-NO--Neff3NO--NX(mg/L)80%020406080100亚硝酸盐积累率(%)SBR中接种高亚硝酸积累特性污泥；在长达108天运行过程中实现稳定的短程反硝化。连续流中成功实现NO2转-化率90%以上；200天运行中稳定维持。连续流中成功实现并维持SBR中实现稳定维持0.0550.0000020406080100120140160180200时间(天)NO--NNO--NNTR(%)T（℃320.100.150.200.250.300.35比反硝化活性(gNgVSSh)-1-120406080100温度(℃)亚硝酸盐转化率(%)转化率=90%1015202530）Nitriteproductioninapartialdenitrifyingupflowsludgebed(USB)reactorequippedwithgasautomaticcirculation(GAC).WaterResearch.90(2016)309–316.11发现短程反硝化特性菌群04080120160200240280320360020406080100时间（min）亚硝酸盐积累率(%)SCOD/NO--N=13SCOD/NO-N=23-SCOD/NO-N=33-SCOD/NO--N=43菌群具有优先还原NO3特性：NO3-存在时，NO2-还原能力很弱，产生较高NO2-积累；NO3-耗尽后，NO2-以较低速率被还原；NO2-积累受碳氮比影响很小。-结果2：短程反硝化特性菌群的优选和富集12实现短程反硝化菌的富集富集后300天的稳定运行：短程反硝化效果稳定维持，高NO2-积累特性未退化；实现短程反硝化的功能菌——Thauera菌属比例高达67%；不同碳源和进水水质条件下均达到稳定维持。Mechanismsandmicrobialstructureofpartialdenitrificationwithhighnitriteaccumulation.AppliedMicrobiologyandBiotechnology(2015)DOI:10.1007/s00253-015-7052-913NO3-→NO2-5.降低运行费用1.提高厌氧氨氧化脱氮效率4.减少碳源需求2.处理硝酸盐废水6.操控简单，运行稳定短程反硝化的科学与工程意义14目录3短程反硝化+厌氧氨氧化工艺与技术15应用范围:城市污水+含高硝酸盐工业废水（如化肥废水、冶金废水等）城市污水处理厂出水+城市污水结果3：短程反硝化+厌氧氨氧化技术工艺1短程反硝化耦合厌氧氨氧化脱氮CODNH4+-NNH+-N+1.32NO--N→N+0.26NO--N4223NO3--N+e-(COD)→NO2--N工艺原理：161780706050403020100TNinfTNeffNH--NinfNH--Neff44NO--Ninf3ANAMMOX(%)NO--Neff3氮素浓度（mg/L）阶段Ⅰ阶段Ⅱ阶段Ⅲ阶段ⅣTN=10mg/LTN=5mg/L0.2(a)NH--N/NO--N比例43反硝化与厌氧氨氧化作用占TN去除比重(%)TN去除率(%)0.01000.40.60.81.01.2NH--N/NO--N4302040时间(day)6080100020406080100(b)Denitrification(%)707580859095TNremovalefficiency(%)短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺脱氮性能可行性验证：厌氧氨氧化菌与反硝化菌稳定共存；出水TN5mg/L；最高TN去除效率达到97%。C/N=2.5C/N=3C/N=3.5050100150200250时间(天)3003504004505000306090120150180TN浓度(mg/L)Inf.TNEff.TN020406080100TNremovalefficiencyTN去除率（%）短程反硝化耦合厌氧氨氧化系统处理生活污水（脱氮）出水TN5mg/L，TN去除率达到95.8%；进水中97%的氮通过厌氧氨氧化过程被去除，比国内外同类报道高3倍以上；系统中短程反硝化功能菌(Thauera)比例达到26.3%。18生活污水+NO3--N+乙酸钠，NH4+-N=60,NO3--N=70mg/LC/N=2~3。污泥表观特性污泥内部结构短程反硝化在该耦合反应器中的关键作用FeasibilityofenhancingtheDEnitrifyingAMmoniumOXidation(DEAMOX)processfornitrogenremovalbyseedingpartialdenitrificationsludge.Chemosphere(2015)DOI:10.1007/s00253-015-7052-919还原NO3-和去除有机物为厌氧氨氧化提供稳定基质NO2-对厌氧氨氧化过程自身产生NO3-实现进一步去除，实现硝酸盐废水与氨氮废水的同步深度脱氮短程反硝化技术优势长期运行稳定维持反应时间短过程控制简单所需有机碳源少短程反硝化厌氧氨氧化+短程反硝化+厌氧氨氧化技术用于污水脱氮的优势厌氧氨氧化技术优势曝气电耗60%95%50%90%200%20脱氮药剂污泥产量温室气体脱氮负荷工艺2厌氧氨氧化+短程反硝化深度脱氮注：（1）第一步厌氧氨氧化（2）第二步厌氧氨氧化应用范围：高氨氮废水厌氧氨氧化处理后出水（含较多NO3-）；城市污水处理厂二级处理后出水（含NO3-）。21进水NO2-NNH4-N(进水携带少量溶解氧）-+工艺原理：厌氧氨氧化SBR脱氮厌氧氨氧化SBR出水中含有大量硝态氮（进水总氮的15%）；--通过短程反硝化，NO3化为NO2（转化率在80%以上）；短程反硝化出水回流到厌氧氨氧化反应器实现深度脱氮；进水总氮150mg/L时，出水TN11mg/L,总氮去除率90%。短程反硝化SBR+短程反硝化+厌氧氨氧化工艺实现深度脱氮22目录4应用前景23短程反硝化+厌氧氨氧化工艺技术的开发处理对象1：工业废水含高NO-同时缺少有机物（有时NO--N5000mg/L）33工艺选择：少量高硝酸盐废水与大量城市污水合并处理；处理对象2：城市污水处理厂二级处理的出水（NO3-N20mg/L）-工艺选择：大量二级处理含NO3出水与少量城市污水合并处理；处理对象3：高氨氮工业废水的厌氧氨氧化处理后的出水（含较多NO3-）工艺选择：该含NO3出水与该类原污水合并后耦合处理。--处理工艺类型既可SBR，又可考虑连续流。241.微生物学2.反应动力学这两项基础研究有利于短程反硝化的机理与应用问题3.联合工艺开发为污水脱氮达标排放和处理厂节能降耗提供可行的技术4.实际工程应用针对不同水质，解决城市污水处理厂关键问题研究与应用展望4.应用前景25谢谢请指正