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国际首座!北排城市污水厌氧氨氧化项目通过技术成果鉴定!

添加时间:2024-02-23

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据北京青年报消息,近日,北京排水集团建设的国际首座城市污水厌氧氨氧化项目通过技术成果鉴定,成为国际上率先建成并成功运行的一座典型城市污水厌氧氨氧化工程项目,研究成果达到国际领先水平。这意味着其在自主培育出厌氧氨氧化菌(俗称红菌)、首次实现红菌工业化培养、在多种复杂高氨氮废水中进行红菌项目的推广应用之后,又在城市污水处理中率先建成厌氧氨氧化示范工程。市排水集团表示,下一步将逐步推动“红菌”技术在污水处理领域的应用。

在方庄污水厂的生化池中,每隔一段距离就布置一个可提升载体模块。工作人员摇动摇柄,渐渐从水中升起或方型或球型的生物载体,其表面可见有红色菌体附着,“这就是污水脱氮的主角——厌氧氨氧化菌,由于其聚集体呈现红色,我们叫它‘红菌’。” 北排厌氧氨氧化技术带头人张树军解释说。

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据张树军介绍,如果城市污水、工业废水、养殖废水和垃圾渗滤液等含氮废水中的氮素超标排入水体中,会导致水体黑臭、水华、赤潮等环境污染,因此,脱氮是水污染防治的重点和难点。“传统的生物脱氮工艺,需要多种菌接力棒似的参与,反应途径很长;而厌氧氨氧化技术(即“红菌”技术),不仅能够将原来冗长的脱氮途径大大缩短,而且无需投加碳源,理论上曝气电耗可节约60%,同步减少温室气体的排放,是目前为止最高效、最节能、最环保的污水脱氮技术,是污水处理领域实现‘双碳’目标的高科技利器。”张树军说,其团队对于红菌的研究已经历了17年的“长跑”。

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2006年,北京排水集团就把“红菌”技术作为1号研发课题。然而,当时国内只有少数科学家在进行相关小试和机理研究,基础研发和工程化的难度极大。没有菌种,没有技术,没有配套设备,想要独立研发红菌脱氮技术是从零开始。“红菌本身很难富集培养,当时想向别的单位借‘种’,人家也只是让我们看看,压根舍不得,真是‘一粒难求’。”张树军回忆说,为尽快掌握红菌培养方法,张树军在简陋的铁皮房里争分夺秒开始了对培养器的pH值、氨氮、总氮等20余项指标的连续测量,并根据试验结果改造培养器,优化培养条件。就这样日复一日,终于在第三年的大年初四,他惊喜地发现培养器里缓慢冒着气泡,红菌富集第一步成功了!

自主培养出“红菌”只是技术攻关的第一步,从2009年起,集团继续加快研发的脚步,实现了一系列的首次突破。在国内率先突破红菌工程化培养瓶颈,同时首次实现红菌工业化培养,建成全球最大的菌种基地;打造出纯中国制造的Ⓡ红菌脱氮技术;并获得“华夏建设科技进步一等奖”,技术成果达到国际领先水平。

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这之后,北京排水集团开始尝试在垃圾渗滤液、工业废水等多种复杂高氨氮废水中进行了红菌技术的推广应用,并取得了成功,实现了污水“红菌”脱氮的产业化跨越。

与上述高氨氮废水相比,城市污水中的氨氮含量并没有那么高,实现稳定的短程硝化、红菌富集培养及冬季低温活性维持更难,如何在更为大量的城市污水处理中运用红菌脱氮,成为了北京排水集团新的课题。于是,2017年,当国内外在城市污水红菌脱氮方面的研究仍处于实验室阶段,未见工程案例报道之际,北排在方庄污水厂建设了城市污水红菌实际工程项目。“城市污水短程硝化稳定维持”、“低基质厌氧氨氧化菌的持留与富集”及“冬季低温下功能菌活性维持”等国际公认的技术难题一一被攻克。“红菌主要吃两种东西:氨氮和亚硝,在低温的时为了让它在载体上能持留、不脱落还能生长,就必须想办法把它爱吃的送到嘴边上。池子里‘咕嘟’冒着泡正是通过曝气的方式将两种物质送到红菌的载体上,让其能吃饱、富集。”张树军介绍说,在摸索的过程中是动足了脑筋。像刚开始给红菌“喂食”时是通过搅拌的方式,但搅拌不充分,“营养”送不到嘴边,之后才改为曝气;而红菌生长的载体也是一改再改:由球状变成板状,又变成长出很多翅膀的六边形,以避免红菌富集后将表面挡死,污水进不去。

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据悉,经过三个冬季低温期考验,目前方庄的项目实现了长期稳定运行,出水总氮平均值为4.21mg/L,最低达0.46 mg/L,远低于北京市地标B(DB11 890-2012)出水总氮15mg/L的要求。同时,与传统生物处理工艺相比较,无需外加碳源,曝气能耗降低40%以上,剩余污泥产量降低50%以上,温室气体减排40%以上。北京市重大科技项目验收后评价其为:“国际上率先建成并成功运行一座典型的城市污水厌氧氨氧化示范工程,研究成果达到国际领先水平。”

北京排水集团表示,城市污水“红菌”技术为我国大规模的城镇污水处理厂提供了全新的升级换代技术,具有极大的市场应用前景,开启了污水处理新纪元,下一步,将积极逐步推动该技术在污水处理领域的应用。

厌氧氨氧化是在无氧条件下,以氨为电子供体、亚硝酸为电子受体,产生氮气和硝酸的生物反应。包括两个过程:一是分解(产能)代谢,即以氨为电子供体,亚硝酸盐为电子受体,两者以1:1的比例反应生成氮气,并把产生的能量以ATP的形式储存起来;二是合成代谢,即以亚硝酸盐为电子受体提供还原力,利用碳源二氧化碳以及分解代谢产生的ATP合成细胞物质,并在这一过程中产生硝酸盐。厌氧氨氧化菌 ( , AnAOB,我们俗称红菌) 是厌氧氨氧化的实施者。

NH4++ NO2-= N2+ 2H2O,ΔG=-358kg/mol

目前的主流的厌氧氨氧化应用的工艺流程(彭永臻院士的短程反硝化暂时不介绍)主要分为两大步:“第一个过程是部分亚硝化( ),在这个过程中只有大约55%的氨氮需要转化为亚硝酸盐氮;第二个过程是厌氧氨氧化(),氨氮在厌氧条件下,被亚硝酸氮作为电子受体,氧化成氮气。因此它也被称作PN/A工艺。

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在这过程中,大约89%的无机氮都将被转化产生氮气,另外11%的无机氮被转化为硝酸盐氮,与传统硝化反硝化工艺相比,厌氧氨氧化工艺有着巨大的技术优势,其曝气能耗只有传统工艺的55-60%;该工艺几乎无需碳源,如果为了去除硝酸盐产物需要在厌氧氨氧化过程中投加碳源,其投加量也比传统工艺中碳源投加量降低90%;厌氧氨氧化工艺可以减少45%碱度消耗量。同时,厌氧氨氧化工艺的污泥产量也远低于传统脱氮工艺,这将显著降低剩余污泥的处理和处置成本。(来源:北京青年报、环保工程师)

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各有关单位:

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“双碳”目标的提出为我国环保装备制造业指明了新的方向,习近平总书记强调要扎实推进减污降碳协同创新,促进绿色低碳发展。环保装备制造业是绿色环保产业的重要组成部分,为生态文明建设提供重要物质基础和技术保障。为贯彻落实《环保装备制造业高质量发展行动计划(2022—2025年)》,全面推进环保装备制造业持续稳定健康发展,提高工业绿色低碳转型的保障能力。中国环保机械行业协会将于2023年12月8日在北京举办第八届中国环保装备高峰论坛。本届论坛将围绕“降碳减污 推动环保装备高质量发展”主题,邀请行业主管部门负责人、龙头企业代表与业内专家学者同台分享观点、碰撞思想,为产业链上下游互通有无,产业协同合作共赢提供交流平台。

有关会议事宜通知如下:

会议主题

降碳减污 推动环保装备高质量发展

时间及地点

报到时间:2023年12月7日14:00以后

论坛时间:2023年12月8日全天

论坛地点:北京友谊宾馆友谊宫(北京中关村南大街1号)

参会对象

国家主管部门,知名院士、专家,中环机协会会员单位,全国从事环保装备技术制造与研发的企事业单位,涉环保运行管理、工程技术、大专院校,科研设计等单位以及行业服务机构、媒体单位等。

配套活动

(一)环保上市公司座谈会(闭门);

(二)《国家鼓励发展的重大环保技术装备目录(2023年版)》发布仪式;

(三)环保装备科学技术奖、标准化先进单位和个人颁奖仪式;

(四)单项冠军、专精特新“小巨人”、《国家鼓励发展的重大环保技术装备目录》支撑单位、环保装备制造业规范企业等重点企业展览展示

报名方式及费用

(一)协会会员单位不收取会议费,限2人参会;非会员单位11月10日前报名并缴费,会议费为1200元/人;11月11日以后报名并缴费,会议费为1500元/人(费用包括会议资料及期间用餐)。

(二)友谊宾馆协议价为大床房550元/间/天含早,标准房600元/间/天含双早,由于酒店房间紧张,请您尽早报名。

(三)为便于会务安排,请于2023年11月24日前,将参会回执表发送至会务组邮箱:或扫描下方二维码报名。

会议费收款账户如下:

名称:中国环保机械行业协会

开户行: 中国工商银行北京百万庄支行

帐号:

会议发票将于12月7日报到当天发放。

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