科技成果-自活性深度脫氮濾池技術

科技成果一一自活性深度脫氮濾池（柱）技術技術開發(fā)單位中國科學院生態(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采用自主研發(fā)和自行研制的硫基復合活性載體作為濾料，其本身能夠作為電子供體驅動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）。該技術采用的硫基復合活性濾料由單質硫及二價鐵礦等天然礦物復合構成。當含有硝酸鹽的污水通過濾料層時，復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行反硝化脫氮；（2） 鐵自養(yǎng)微生物利用二價鐵礦中的Fe（II）作為電子供體進行脫氮；（3） 硫自養(yǎng)反硝化過程產酸促進Fe（II）從礦石相向溶液相的溶出，同時質子被消耗實現(xiàn)酸堿自維持。產生的溶解態(tài)Fe（II）被遠離濾料界面的鐵自養(yǎng)反硝化微生物利用進行脫氮。另外，濾料床的物理結構同時可實現(xiàn)對污水中懸浮物的截留，實現(xiàn)對SS的去除，截留的懸浮物通過定時反沖洗排除工藝系統(tǒng)。工藝流程該技術應用時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）。采用濾池型工藝時為重力流模式，進水一般來自上游二級生化系統(tǒng)出水。運行時污水頂端進水，流經硫基復合活性濾料時通過截留作用去除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/亞硝氮還原為氮氣從而實現(xiàn)脫氮。通過觀察濾池內濾料層消耗的情況，每半年到一年補充一次硫基復合活性濾料。工藝運行時，通過在線監(jiān)測濾料上方液位高度變化情況，適時開啟反沖洗水泵進行驅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，進水流向為升流模式，通過在線監(jiān)測濾柱壓力變化情況來指示反沖洗操作。其他運行流程與濾池型工藝一致。（1） 采用硫基復合材料作為濾池（柱）填充物，其作為濾料的同時也作為電子供體驅動反硝化過程，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），具有較好的維護便利性，同時避免了傳統(tǒng)異養(yǎng)反硝化濾池運行過程中容易出現(xiàn)COD二次超標的問題；（2） 硫基復合活性濾料，單位質量成本較低。其去除單位質量硝氮的運行成本小于10元/kgN，整體上運行成本僅有傳統(tǒng)異養(yǎng)反硝化濾池（柱）工藝的40-60%。（3） 硫基復合活性濾料能夠形成多相反硝化熱區(qū)，硝氮去除負荷較以硫磺顆粒作為濾料的硫自養(yǎng)反硝化濾池（柱）技術提升20-30%。另外，硫基復合活性濾料由于其他復合材料的引入，燃點得到顯著提升，燃燒速度明顯減緩，該產品已通過國家安全生產監(jiān)督管理總局化學品登記中心鑒定為非危化品（NO.GHS2019042814），大大提升了工藝推廣應用的便利性。（4）硫基復合活性濾料屬自主研發(fā)，相關配方，制備工藝及連續(xù)規(guī)?；a的關鍵性設備具有完全自主知識產權。技術效果脫氮負荷可達到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），出水水質指標可達到：總氮＜5mg/L，硝氮＜1mg/L，COD及氨氮濃度不高于進水濃度。噸水直接運行成本較現(xiàn)有異養(yǎng)反硝化濾池降低40-60%。技術水平該技術來源于中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心自主研發(fā)技術。研發(fā)過程得到國家自然基金委（No.51878652）、中國科學院STS項目（No.KFJ-EW-STS-102）、北京市科技計劃（NO.Z181100005518004）等研究課題的經費支持。技術的新穎性得到中國科學院文獻情報中心出具的科技查新報告（編號：2018-0677）支撐，技術的先進性得到中國環(huán)境科學學會科技成果鑒定報告支撐（中環(huán)科鑒字［2017］第61號），認為“該項技術…脫氮運行成本降低40%以上，脫氮穩(wěn)定率超過98%。研究成果在理論、技術上達到了國際領先水平氣另外，該項技術作為“工業(yè)集聚區(qū)污水深度凈化新型技術”的組成部分獲得2017年環(huán)境保護科學技術獎一等獎。該項技術目前申請專利4項，授權2項（如下）。產權均歸屬于中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心，目前已授權專利擬與中持水務股份有限公司簽署許可協(xié)議。（1） 一種緩釋電子供體及應用其進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、其制備方法及其應用 ，201811113486.4；（4） 一種脫氮除磷活性生物載體，201821557804.1。應用情況正在北京市多處開展相關工程示范。技術創(chuàng)新（1） 采用硫基復合材料作為濾池（柱）填充物，其作為濾料的同時也作為電子供體驅動反硝化過程，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），具有較好的維護便利性，同時避免了傳統(tǒng)異養(yǎng)反硝化濾池運行過程中容易出現(xiàn)COD二次超標的問題；（2） 硫基復合活性濾料，單位質量成本較低、且電子當量高。其去除單位質量硝氮的運行成本小于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)微生物污泥產率低，有效降低了反沖洗的頻次，運行能耗較異養(yǎng)反硝化濾池（柱）降低20%以上。整體上運行成本僅有傳統(tǒng)異養(yǎng)反硝化濾池（柱）工藝的40-60%。（3） 硫基復合活性濾料能夠形成多相反硝化熱區(qū)，硝氮去除負荷較以硫磺顆粒作為濾料的硫自養(yǎng)反硝化濾池（柱）技術提升20-30%。另外由于硫磺本身作為易燃固體被列入我國《危險化學品名錄》，使用硫磺時需要取得危險化學品安全使用許可證。而硫基復合活性濾料由于其他復合材料的引入，燃點得到顯著提升，燃燒速度明顯減緩，有效提升了復合濾料在運輸和儲存過