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再谈厌氧氨氧化(Anammox)技术

再谈厌氧氨氧化(Anammox)技术

曹建明

(中持水务股份有限公司,北京 100070)

摘要:采用厌氧氨氧化工艺时,城市污水处理厂能源自给率大幅提高。主要原因在于2方面,一是碳氮污染物去除的分离,使得有机物可充分回收,甲烷产量可增加1倍,二是污水厂运行能耗尤其是曝气能耗也大幅度削减。因此基于一体化厌氧氨氧化工艺的城市污水处理厂能量自给率提高的关键在于曝气能耗的降低和厌氧消化工艺中甲烷产量的提高。

关键词厌氧氨氧化,短程硝化,CANON

 

1Anammox反应的发现

厌氧氨氧化(Anaerobic ammonia oxidation,ANAMMOX)是指在厌氧条件下,以亚硝酸氮为电子受体,氨氮为电子供体的微生物反应,最终产物为氮气。与传统硝化反硝化生物脱氮技术相比,厌氧氨氧化技术理论上可以节约 62.5%的曝气量,无需外加碳源,污泥产量很少,还可以减少温室气体的排放,是一种节能降耗的新型生物脱氮技术,受到水处理工作者的广泛关注,其简要反应式如下:

NH4++ NO2=N2↑+2H2O  ΔG=-358kg/mol

由上式可知,较传统全程硝化反硝化工艺,硝化和反硝化过程均缩短了一个步骤,理论上无需碳源,并且产生更少的剩余污泥(自养菌生长缓慢),排放更少的CO2(自养菌以CO2作为碳源) ,是一种更具可持续特征的脱氮工艺。

1977年,奥地利的理论化学家Broda根据化学反应热力学标准吉布斯自由能变化(见下表),做出了自然界应该存在以硝酸盐或者亚硝酸盐为氧化剂的氨氧化反应的预言。

部分氨氧化反应的标准吉布斯自由能变化

ΔG of several ammonium-oxidizing reactions

电子受体 化学反应 ΔG/KJ.mol-1 可能性
NO2-N NH4++ NO2→N2+2H2O -358 可能
NO3-N 5NH4++ 3NO3→4N2+9H2O+2H+ -278 可能

在实际工程中,1995年,荷兰Mulder等首先在一个处理酵母废水的反硝化中试装置内发现该反应过程。根据热力学理论,此反应过程可自发进行,厌氧氨氧化是一个产能反应,理论上可以提供微生物生长所需要的能量。

ANAMMOX

2 Anammox反应的关键因素

代尔夫特理工大学环境生物技术研究室在污泥停留时间约3d,温度30℃的缺氧反应器里进行了厌氧氨氧化菌的生长动力学研究,该培养条件与樟宜回用水处理厂运行条件相似.结果表明,以Candidatus Brocadia sp. 40为主的悬浮的游离厌氧氨氧化菌能在相对较低的污泥龄下得到持留。结果支持了以下假设:与厌氧氨氧化颗粒污泥相比,悬浮或游离的厌氧氨氧化菌世代周期短、繁殖速度快,能够在樟宜污水处理工艺中起到关键作用。

樟宜回用水厂分段进水生物脱氮工艺氮平衡分析

Nitrogen balance in BNR SFAS process in Changi WRP

根据新加坡樟宜回用水处理厂在较高运行温度(28-32℃)条件下,较短的好氧污泥龄(约2.5d)是生物脱氮SFAS工艺实现稳定的部分亚硝化的关键原因。 阅读全文 →

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专家带你看欧洲污水处理—Vienna Main WWTP

欧洲时间7月23日,中国城市污水处理概念厂欧洲之行正式开启。概念厂专家委员会部分专家组成员,联合国内知名水处理专家一道,会同各概念设计组的骨干科研人员,踏入维也纳,开启欧洲之行第一站。

据悉在不到两周的时间内,他们此行将前往奥地利、德国、荷兰、丹麦四个国家参观10余个欧洲典型的污水处理厂,并同相关污水厂的规划设计人员进行深入交流和探讨,以期对欧洲污水处理蔚然成风的能源自给理念有一个直观的近距离接触。同时,概念厂成员也将同欧洲同仁一道,探讨面向未来的污水处理事业的理念和技术。

伴随着概念厂的欧洲行,我们将在微信平台上推出“专家带你看欧洲污水处理”的报道,对此行进行实时播报,第一时间为您展出由出访专家拍摄的参观照片及考察体验。

欧洲之行的第一站

奥地利 Vienna Main WWTP

设计规模68万吨/日,两段式活性污泥工艺。

主要考察:维也纳主污水处理厂设计、运行及面向2020年的能源自给发展规划。

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【概念厂专栏】它山之石可以攻玉——欧洲污水处理考察2014之工艺篇

小编的话
微信号:huanbaochanye
“中国城市污水处理概念厂-欧洲考察2014”系列视频报道来到了第二篇——工艺篇。
中国概念厂专家委员会在对下一代水厂的期望中提出了要充分利用污水中的碳源和能源的积极思维,也提出,在可能的条件下也要达到中国概念厂能耗的自给。其实这些想法与国外的这些案例已经不谋而合,在专家欧洲考察的过程中发现,国外有些污水厂已经在技术上证明了达到能耗自给是可行的。
 
除此之外,专家们更深刻的感受到对于新技术的成功应用,精细化的高水平运行管理不可或缺。追求美好是中外一致的目标,而概念厂的任务就是将小变大,将局部变全部。
一砂一世界,欧洲污水处理厂的绿化,让专家们看到了中国的下一代环境工程的希望。
厌氧氨氧化工艺最先开发于荷兰
该自养生物脱氮工艺突破了传统生物脱氮的概念,具有许多传统硝化反硝化工艺所没有的优势特点,并已在欧洲许多污水厂得到不同程度的开发和应用。
其中奥地利的Strass是全球首座采用DEMON工艺的污水厂。测流Demon工艺已成功运行。目前他们正进行试验,希望通过水力旋流器,将侧流的Anammox菌富集到主流中,实现主流厌氧氨氧化的成功应用。但目前,主流厌氧氨氧化在城市污水处理应用上仍存在巨大的挑战,许多难题都有待解决。
厌氧氨氧化除了Demon, 还有Anita-Mox等工艺,例如如瑞典的herlunda污水厂。他们与隆德大学合作,正在进行主流厌氧氨氧化的中试试验。
至于丹麦奥登塞城的Ejby Molle污水厂,也正在搭建主流Demon的全尺寸试验。哪种具体工艺能在未来走出,仍需时间的检验。
德国Lingen污水厂正进行污泥热水解中试试验。
这项工艺具有产气率高、污泥臭味少、消化池体积小等优点。不过其技术系统复杂,在投资的回报方面仍存在不确定性。
其中位于德国的Lingen污水厂,正进行磷回收的中试实验,采用的是AirPrex工艺。
该技术最大的优点,是提高了脱水污泥的含固率,防止消化池管道的结垢,减少药剂使用量。
自2010年起,德国曼海姆污水厂选用其雨水污水池的一部分作试验,运用粉状活性炭,去除废水中的微量污染物。
试验效果理想,出水的微量污染物去除率达90%。
随着国际污水排放标准的提高和对微量有机物关注程度的提升,这项工艺的发展会愈发引人关注。
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【独家】专家带你看欧洲污水处理—曼海姆污水厂

中国城市污水处理概念厂欧洲之行,前往奥地利、德国、荷兰、丹麦四个国家参观10余个欧洲典型的污水处理厂,概念厂专家委员会部分专家组成员,联合国内知名水处理专家一道,会同各概念设计组的骨干科研人员。

考察团与污水厂的规划设计人员进行深入交流和探讨,以期对欧洲污水处理蔚然成风的能源自给理念有一个直观的近距离接触。同时,概念厂成员也将同欧洲同仁一道,探讨面向未来的污水处理事业的理念和技术。

欧洲时间7月28日,中国城市污水处理概念厂欧洲之行进行第五站考察。伴随着概念厂的欧洲行,我们将在微信平台上推出“专家带你看欧洲污水处理”的报道,对此行进行实时播报,第一时间为您展出由出访专家拍摄的参观照片及考察体验。

欧洲之行的第五站

曼海姆污水厂

曼海姆污水厂的处理规模为10万吨/日,目前的能量自给可以达到60%,未来计划达到95%,一部分出水采用了粉末活性炭技术以去除新兴污染物。

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专家带你看欧洲污水处理—​慕尼黑污水厂

 

中国城市污水处理概念厂欧洲之行,前往奥地利、德国、荷兰、丹麦四个国家参观10余个欧洲典型的污水处理厂,概念厂专家委员会部分专家组成员,联合国内知名水处理专家一道,会同各概念设计组的骨干科研人员。

考察团与污水厂的规划设计人员进行深入交流和探讨,以期对欧洲污水处理蔚然成风的能源自给理念有一个直观的近距离接触。同时,概念厂成员也将同欧洲同仁一道,探讨面向未来的污水处理事业的理念和技术。

欧洲时间7月25日,中国城市污水处理概念厂欧洲之行进行第三站考察。伴随着概念厂的欧洲行,我们将在微信平台上推出“专家带你看欧洲污水处理”的报道,对此行进行实时播报,第一时间为您展出由出访专家拍摄的参观照片及考察体验。

欧洲之行的第三站

慕尼黑Gut Grosslappen污水厂

德国大型污水厂,毗邻2006年世界杯赛场——安联体育场,是一座环境友好的污水厂,同时其在污泥厌氧消化、营养物去除、精确曝气控制技术也很突出。

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专家带你看欧洲污水处理—Vienna Main WWTP

欧洲时间7月23日,中国城市污水处理概念厂欧洲之行正式开启。概念厂专家委员会部分专家组成员,联合国内知名水处理专家一道,会同各概念设计组的骨干科研人员,踏入维也纳,开启欧洲之行第一站。

据悉在不到两周的时间内,他们此行将前往奥地利、德国、荷兰、丹麦四个国家参观10余个欧洲典型的污水处理厂,并同相关污水厂的规划设计人员进行深入交流和探讨,以期对欧洲污水处理蔚然成风的能源自给理念有一个直观的近距离接触。同时,概念厂成员也将同欧洲同仁一道,探讨面向未来的污水处理事业的理念和技术。

伴随着概念厂的欧洲行,我们将在微信平台上推出“专家带你看欧洲污水处理”的报道,对此行进行实时播报,第一时间为您展出由出访专家拍摄的参观照片及考察体验。

欧洲之行的第一站

奥地利 Vienna Main WWTP

设计规模68万吨/日,两段式活性污泥工艺。

主要考察:维也纳主污水处理厂设计、运行及面向2020年的能源自给发展规划。

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