科技成果-自活性深度脫氮濾池技術(shù)

科技成果一一自活性深度脫氮濾池（柱）技術(shù)技術(shù)開發(fā)單位中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心適用范圍城市污水治理成果簡介該技術(shù)采用自主研發(fā)和自行研制的硫基復(fù)合活性載體作為濾料，其本身能夠作為電子供體驅(qū)動(dòng)微生物的反硝化脫氮過程，因此在接種通水后，其自身即能表現(xiàn)出反硝化活性（自活性），而無需外源投加藥劑（碳源）。該技術(shù)采用的硫基復(fù)合活性濾料由單質(zhì)硫及二價(jià)鐵礦等天然礦物復(fù)合構(gòu)成。當(dāng)含有硝酸鹽的污水通過濾料層時(shí)，復(fù)合活性濾料作為脫氮功能微生物的載體形成多相反硝化熱區(qū)。其脫氮機(jī)制包括以下方面：（1） 硫自養(yǎng)反硝化微生物利用硫磺作為電子供體進(jìn)行反硝化脫氮；（2） 鐵自養(yǎng)微生物利用二價(jià)鐵礦中的Fe（II）作為電子供體進(jìn)行脫氮；（3） 硫自養(yǎng)反硝化過程產(chǎn)酸促進(jìn)Fe（II）從礦石相向溶液相的溶出，同時(shí)質(zhì)子被消耗實(shí)現(xiàn)酸堿自維持。產(chǎn)生的溶解態(tài)Fe（II）被遠(yuǎn)離濾料界面的鐵自養(yǎng)反硝化微生物利用進(jìn)行脫氮。另外，濾料床的物理結(jié)構(gòu)同時(shí)可實(shí)現(xiàn)對污水中懸浮物的截留，實(shí)現(xiàn)對SS的去除，截留的懸浮物通過定時(shí)反沖洗排除工藝系統(tǒng)。工藝流程該技術(shù)應(yīng)用時(shí)針對不同處理水量規(guī)模分別采用濾池型工藝（日處理規(guī)模大于300噸）和濾柱型工藝（日處理規(guī)模小于等于300噸）。采用濾池型工藝時(shí)為重力流模式，進(jìn)水一般來自上游二級生化系統(tǒng)出水。運(yùn)行時(shí)污水頂端進(jìn)水，流經(jīng)硫基復(fù)合活性濾料時(shí)通過截留作用去除SS，并在硫自養(yǎng)反硝化微生物、鐵自養(yǎng)反硝化等微生物的作用下將污水中的硝氮/亞硝氮還原為氮?dú)鈴亩鴮?shí)現(xiàn)脫氮。通過觀察濾池內(nèi)濾料層消耗的情況，每半年到一年補(bǔ)充一次硫基復(fù)合活性濾料。工藝運(yùn)行時(shí)，通過在線監(jiān)測濾料上方液位高度變化情況，適時(shí)開啟反沖洗水泵進(jìn)行驅(qū)氮操作從而消除濾池氣阻，或通過汽水聯(lián)合反沖洗的模式排出濾池截留的SS。采用濾柱型工藝時(shí)，進(jìn)水流向?yàn)樯髂Ｊ剑ㄟ^在線監(jiān)測濾柱壓力變化情況來指示反沖洗操作。其他運(yùn)行流程與濾池型工藝一致。（1） 采用硫基復(fù)合材料作為濾池（柱）填充物，其作為濾料的同時(shí)也作為電子供體驅(qū)動(dòng)反硝化過程，因此接種通水后即能夠表現(xiàn)出反硝化活性，而無需依賴外源投加電子供體（如異養(yǎng)反硝化濾池的碳源），具有較好的維護(hù)便利性，同時(shí)避免了傳統(tǒng)異養(yǎng)反硝化濾池運(yùn)行過程中容易出現(xiàn)COD二次超標(biāo)的問題；（2） 硫基復(fù)合活性濾料，單位質(zhì)量成本較低。其去除單位質(zhì)量硝氮的運(yùn)行成本小于10元/kgN，整體上運(yùn)行成本僅有傳統(tǒng)異養(yǎng)反硝化濾池（柱）工藝的40-60%。（3） 硫基復(fù)合活性濾料能夠形成多相反硝化熱區(qū)，硝氮去除負(fù)荷較以硫磺顆粒作為濾料的硫自養(yǎng)反硝化濾池（柱）技術(shù)提升20-30%。另外，硫基復(fù)合活性濾料由于其他復(fù)合材料的引入，燃點(diǎn)得到顯著提升，燃燒速度明顯減緩，該產(chǎn)品已通過國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局化學(xué)品登記中心鑒定為非危化品（NO.GHS2019042814），大大提升了工藝推廣應(yīng)用的便利性。（4）硫基復(fù)合活性濾料屬自主研發(fā)，相關(guān)配方，制備工藝及連續(xù)規(guī)模化生產(chǎn)的關(guān)鍵性設(shè)備具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。技術(shù)效果脫氮負(fù)荷可達(dá)到0.3-0.6kgN/m3/d。針對污水處理廠深度脫氮處理（來水總氮濃度15-30mg/L），出水水質(zhì)指標(biāo)可達(dá)到：總氮＜5mg/L，硝氮＜1mg/L，COD及氨氮濃度不高于進(jìn)水濃度。噸水直接運(yùn)行成本較現(xiàn)有異養(yǎng)反硝化濾池降低40-60%。技術(shù)水平該技術(shù)來源于中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心自主研發(fā)技術(shù)。研發(fā)過程得到國家自然基金委（No.51878652）、中國科學(xué)院STS項(xiàng)目（No.KFJ-EW-STS-102）、北京市科技計(jì)劃（NO.Z181100005518004）等研究課題的經(jīng)費(fèi)支持。技術(shù)的新穎性得到中國科學(xué)院文獻(xiàn)情報(bào)中心出具的科技查新報(bào)告（編號：2018-0677）支撐，技術(shù)的先進(jìn)性得到中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)科技成果鑒定報(bào)告支撐（中環(huán)科鑒字［2017］第61號），認(rèn)為“該項(xiàng)技術(shù)…脫氮運(yùn)行成本降低40%以上，脫氮穩(wěn)定率超過98%。研究成果在理論、技術(shù)上達(dá)到了國際領(lǐng)先水平氣另外，該項(xiàng)技術(shù)作為“工業(yè)集聚區(qū)污水深度凈化新型技術(shù)”的組成部分獲得2017年環(huán)境保護(hù)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。該項(xiàng)技術(shù)目前申請專利4項(xiàng)，授權(quán)2項(xiàng)（如下）。產(chǎn)權(quán)均歸屬于中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，目前已授權(quán)專利擬與中持水務(wù)股份有限公司簽署許可協(xié)議。（1） 一種緩釋電子供體及應(yīng)用其進(jìn)行污水深度脫氮的方法，ZL201710371963.6；（2） 一種自養(yǎng)脫氮生物載體，ZL201821557620.5；（3）一種脫氮除磷活性生物載體、其制備方法及其應(yīng)用 ，201811113486.4；（4） 一種脫氮除磷活性生物載體，201821557804.1。應(yīng)用情況正在北京市多處開展相關(guān)工程示范。技術(shù)創(chuàng)新（1） 采用硫基復(fù)合材料作為濾池（柱）填充物，其作為濾料的同時(shí)也作為電子供體驅(qū)動(dòng)反硝化過程，因此接種通水后即能夠表現(xiàn)出反硝化活性，而無需依賴外源投加電子供體（如異養(yǎng)反硝化濾池的碳源），具有較好的維護(hù)便利性，同時(shí)避免了傳統(tǒng)異養(yǎng)反硝化濾池運(yùn)行過程中容易出現(xiàn)COD二次超標(biāo)的問題；（2） 硫基復(fù)合活性濾料，單位質(zhì)量成本較低、且電子當(dāng)量高。其去除單位質(zhì)量硝氮的運(yùn)行成本小于10元/kgN（異養(yǎng)反硝化濾池（柱）一般大于20元/kgN），且由于自養(yǎng)微生物污泥產(chǎn)率低，有效降低了反沖洗的頻次，運(yùn)行能耗較異養(yǎng)反硝化濾池（柱）降低20%以上。整體上運(yùn)行成本僅有傳統(tǒng)異養(yǎng)反硝化濾池（柱）工藝的40-60%。（3） 硫基復(fù)合活性濾料能夠形成多相反硝化熱區(qū)，硝氮去除負(fù)荷較以硫磺顆粒作為濾料的硫自養(yǎng)反硝化濾池（柱）技術(shù)提升20-30%。另外由于硫磺本身作為易燃固體被列入我國《危險(xiǎn)化學(xué)品名錄》，使用硫磺時(shí)需要取得危險(xiǎn)化學(xué)品安全使用許可證。而硫基復(fù)合活性濾料由于其他復(fù)合材料的引入，燃點(diǎn)得到顯著提升，燃燒速度明顯減緩，有效提升了復(fù)合濾料在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過