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高源禹
生態環保產業作為支撐生態文明建設和高質量發展的關鍵力量，正面臨著轉型升級的迫切需求。環保新質生產力，正成為推動產業向前發展的核心力量。本欄目將聚焦生態環保產業的新技術、新裝備、新材料、新模式，深入宣傳推廣科技創新成果，及時發布環境技術進步獎項，全面介紹行業內的實用技術裝備和示范工程，引導行業持續創新，加快數字、智慧、科技的融合賦能，為經濟社會全面綠色轉型貢獻力量。
生態環境保護實用技術
2023-J-6
申報單位
華南理工大學
浦城正大生化有限公司
推薦單位
廣東省環境保護產業協會
一、技術簡介
適用范圍
該技術適用于含有高濃度氮素(包括氨氮、有機氮、硝態氮)、難降解有機物及低碳氮比的發酵制藥廢水、電鍍綜合廢水、化工廢水、印染廢水等工業廢水及垃圾滲濾液的處理。特別是該技術采用活性污泥法實現了硫自養反硝化過程，將好氧同步硝化反硝化與硫自養反硝化耦合，無需外加碳源，無需新建構筑物，無需新增設備，可原位提標改造，成功實現深度脫氮除碳，減少了CO2及污泥產量，可減少二次污染，可覆蓋現有90%的新舊污水處理設施改造。
技術原理
關鍵技術一原理：好氧同步硝化反硝化技術(SND)
在一級AO的好氧池中通過注入專性菌種(SND)，構建好氧同步硝化反硝化菌群，在好氧條件下充分利用污水中有機碳源實現氨氮和硝態氮的短程同步硝化反硝化。與傳統的完全反硝化工藝相比，無需外加碳源。能實現TN的高效去除，能有效地保持反應器中pH穩定，無需調整堿度。反應方程式如下：
NH4+ + 1.5O2 → NO2- + H2O + 2H+(短程硝化)
6NO2- + 3CH3OH → 3N2 ↑ + 6H2O + 3CO32-(部分反硝化)
該技術的特點是：無需外加碳源，可減少污泥產量及CO2排放量，可節省25%曝氣能耗和40%以上碳源，是一種高效、低耗、清潔的污水處理技術。
關鍵技術二原理：改進硫自養活性污泥法反硝化脫氮技術(MSAD)
在二級AO系統的缺氧池中投加特定的專性無機化能自養型的硫桿菌屬及硫磺，構建硫自養反硝化活性污泥系統。在無氧或缺氧環境下利用硫磺及其化合物作為電子供體，以硝酸鹽或亞硝酸鹽作為電子受體將硝態氮或亞硝態氮還原為氮氣。自養反硝化反應式如下：
S+0.88NO3-+0.342H2O+0.376HCO3-+0.025CO2+0.080NH4+
→0.080C5H7NO2+0.82H++0.44N2+SO42-
該技術特點是：不需要改變原有設施，不需要一次性購置大量的硫磺及濾料，只需要投入濾池形式的1%到萬分之一的硫磺及反硝化菌種，運行過程不需要外加碳源，可減少污泥產量，減少CO2排放量，是一種高效、低耗、清潔的污水處理技術。
工藝路線
來自生產車間的廢水經調節池均質后進入酸化水解池，然后泵入EGSB厭氧塔。厭氧出水流入一級A反應池，在一級A反應池中加入少量未經厭氧處理的原水提高廢水中的碳源，一級A反應池出水自流入一級O好氧反應池。在一級O反應池中加入同步硝化反硝化菌種，經過好氧處理后的硝化液回流到一級A池再循環，混合液進入一級沉淀池。一級沉淀池產生的上清液自流入二級A池。產生的污泥回流到一級A池。
二級A池中加入硫磺作為電子供體，同時加入硫自養桿菌進行反硝化脫氮。二級A反應池出水自流入二級O反應池，經過微氧處理后的硝化液回流到二級A池再次反硝化脫氮。好氧池混合液進入二級沉淀池。二級沉淀池產生的污泥回流到二級A反應池，沉淀池產生的上清液達標后排入工業園區污水處理廠。
應用效果
本工程在一級AO好氧池中接入特定的同步硝化反硝化菌種(SND)，在無外加碳源的條件下，在一級AO進水COD、總氮、氨氮濃度分別為2500—3500mg/L，800-1200 mg/L，700—900mg/L的工況下，COD去除率可達到80%-85%，氨氮去除率可達到80%——90%，TN去除率可達到70 —— 90%.
在二級AO缺氧池A2接入硫自養反硝化菌劑(MSAD)，出水中COD、TN和NH4-N濃度分別可達到300 mg/L、30 mg/L、10 mg/L以下，去除率可分別達到95%，97%和98%以上，達到了園區接納標準。
研發背景
目前國內外對于高濃度、難降解、有毒有害廢水處理普遍通過預處理后采用多級AO工藝處理。傳統的AO工藝普遍存在的問題是：水與污泥同時在缺氧(A)和好氧(O)池之間循環流動，使得在A池內存在大量的自養硝化菌，而在O池內又存在大量的異養反硝化菌，由此導致異養反硝化菌處理效率降低，特別是傳統的A/O污水處理過程由于回流比大，溶解氧很容易攜帶進入缺氧池中，導致有限的有機碳源利用效率較低。為此必須提供充足的碳源(外加碳源提高碳氮比)才能保證脫氮效率，由此引起運行成本升高，污泥產量增加，CO2排放量增多。
為了克服外加碳源產生的上述問題，近年來采用硫作為電子供體，廢水中的硝態氮作為電子受體，通過硫自養桿菌反硝化脫氮。迄今為止這種技術全部采用濾池形式，通過曝氣生物濾池，深床濾池，砂濾池、V形濾池等改造實現硫自養膜法反硝化過程。由此產生的問題是：1)需要購置大量的硫磺裝入濾池，造成一次性投資增加。所需的填料投資通常相當于2——3年外加碳源脫氮成本；限制了該技術使用。2)需要新建濾池，不僅增加投資，而且需要增加占地面積。不適合于現有的污水處理設施改造。3)需要新增廢水提升設備及反沖洗設備。
為了彌補傳統的抗生素發酵制藥廢水處理技術的缺陷，解決目前工業廢水處理設施提標改造的瓶頸問題。本技術團隊從10年前開始對深度脫氮除碳問題進行了專門研究，通過實驗室實驗，提出了抗生素發酵制藥廢水好氧同步硝化反硝化(SND)技術與改良的硫自養反硝化(MSAD)技術耦合深度脫氮除碳的工藝技術路線。
本技術是在一級AO系統中采用好氧同步短程硝化反硝化技術，直接在原有的反應池中投加SND菌種，充分利用原水中的內在碳源，無需外加碳源，克服了傳統完全硝化工藝的缺點。本技術在二級AO池中嵌入改良的活性污泥法硫自養反硝化技術。直接在二級AO池的缺氧池中投加硫磺和專性MSAD菌種，利用硫磺作為電子供體，廢水中的硝態氮做電子受體反硝化脫氮，無需外加碳源，不產生污泥，克服了傳統的濾池形式的硫自養反硝化工藝的缺點。
本技術在工程實施中打破了傳統硫自養反硝化普遍采用生物濾池的做法，首次在活性污泥系統中馴化硫自養反硝化菌群成功，為硫自養反硝化技術處理類似的廢水開辟了新方法。
技術特點
1)無需外加碳源，脫氮成本低；
2)碳排量減少，污泥產量低，清潔生產。污泥產量可減少約50%；N2O、CO2等溫室氣體可減排 90%以上；
3)脫氮性能好，抗沖擊能力強，可以在低碳比條件下實現極限脫氮，TN和COD去除率達95%以上。
4) 該工藝(SND+MSAD)容易與工業廢水處理廣泛采用的活性污泥法系統相銜接，無需新建構筑物，無需增加占地面積，易于實現原位提標改造，大幅度減低工程投資，可覆蓋現有 90%的新舊污水處理脫氮設施。
二、典型應用案例
案例名稱
浦城正大有限公司2000 m3/d抗生素發酵廢水深度脫氮除碳工程
案例簡介
浦城正大生化有限公司廢水處理系統原設計處理規模為2000 m3/d。該公司原廢水處理工藝采用預處理+厭氧EGSG+兩級A/O的處理方法。為了使TN達標，浦城正大有限公司前期間進行了多次實驗，在多級A/O單元中通過投加葡萄糖或補充原水以及降低負荷等的方式調整工藝，出水總氮濃度仍然維持在80—— 180 mg/L，不能達到排放標準。
2021年由華南理工大學負責提供技術進行技術改造。在一級AO好氧池中注入特定的好氧同步短程硝化反硝化菌種(SND)，在二級AO缺氧池注入自養反硝化菌劑(MSAD)。在無外加碳源投加的情況下，通過DO、ORP、PH、回流比及污泥濃度等參數調整，改變操作方式，提高了TN、NH4-N及COD的去除效率，出水達到了園區接納標準，穩定運行至今。
達到的標準或性能要求
處理后出水中COD、TN和NH4-N濃度分別可達到300 mg/L、30 mg/L、10 mg/L以下。技改系統對COD、TN和NH4-N污染物去除率可分別達到95%，97%和98%以上。達到園區納管標準。
業主單位
浦城正大生化有限公司
投運時間
2021年11月1日
工藝流程
來自生產車間的廢水經調節池均質后進入酸化水解池，然后泵入EGSB厭氧塔。厭氧出水流入一級A反應池，在一級A反應池中加入少量未經厭氧處理的原水提高廢水中的碳源，一級A反應池出水自流入一級O好氧反應池。在一級O反應池中加入同步硝化反硝化菌種，經過好氧處理后的硝化液回流到一級A池再循環，混合液進入一級沉淀池。一級沉淀池產生的上清液自流入二級A池。產生的污泥回流到一級A池。
二級A池中加入硫磺作為電子供體，同時加入硫自養桿菌進行反硝化脫氮。二級A反應池出水自流入二級O反應池，經過微氧處理后的硝化液回流到二級A池再次反硝化脫氮。好氧池混合液進入二級沉淀池。二級沉淀池產生的污泥回流到二級A反應池，沉淀池產生的上清液達標后排入工業園區污水處理廠。
運行情況
浦城正大廢水處理提標改造工程自2021年11月穩定運行以來，在一級AO進水COD、TN、氨氮濃度分別為2500—3500mg/L，800-1200 mg/L，600—800mg/L的工況下，通過一級AO好氧池中加入特定的同步硝化反硝化菌種(SND)，在無外加碳源的條件下，一級AO的COD去除率可達到80%-85%，氨氮去除率可達到80%——90%，TN去除率可達到70 —— 90%.
在二級AO缺氧池A2注入硫自養反硝化菌劑(MSAD)，通過活性污泥法硫自養反硝化技術，可使出水中COD、TN和NH4-N濃度分別達到300 mg/L、30 mg/L、10 mg/L以下。全工藝系統對COD、TN和NH4-N污染物去除率可分別達到95%，97%和98%以上。污染物去除效果大幅度提高，達到了園區納管標準。
技術應用產生的碳減排效果
CO2排放量每天減少1470kg, 每年可減少碳排放537噸，污泥產量每天減少1.1噸，每年可減少402噸。
三、技術申報單位聯系信息
單位名稱：華南理工大學
單位名稱：浦城正大生化有限公司
原標題：環保新質生產力 |抗生素發酵廢水同步硝化反硝化與硫自養反硝化耦合脫氮除碳技術
