绿色“一带一路”技术 | 基于厌氧缺氧流态化生物载体的污水处理强化脱氮除磷技术及应用
2020-11-17 14:11    来源:环保技术国际智汇平台

导 读

  为促进“一带一路”共建国家的环保技术交流和产业合作,推动国内外环保先进实用技术推广应用,服务绿色“一带一路”建设和打好污染防治攻坚战,在生态环境部相关部门指导下,生态环境部对外合作与交流中心和中国环境保护产业协会联合开展了2020年绿色“一带一路”技术储备库技术征集活动并形成2020年绿色“一带一路”技术储备库入选技术清单,共计54项。现开通绿色“一带一路”技术储备库技术展示专栏,陆续展示纳入技术储备库的先进实用环保技术。

 

基于厌氧缺氧流态化生物载体的污水处理强化脱氮除磷技术及应用

 

  一、技术持有单位

  浦华环保有限公司

  浦华控股有限公司

  二、适用范围

  水污染防治:(1)城镇污水处理厂建设和提标改造;(2)再生水厂建设和再生水利用。

  三、主要技术内容

  (一)基本原理

  基于厌氧缺氧流态化生物载体的污水处理强化脱氮除磷技术是浦华环保有限公司和浦华控股有限公司自主研发的新型节能节碳工艺,采用大A(厌氧、缺氧)小O(好氧)的理念,强化污染物在A段的去除效率,降低O段能耗。同时强化內碳源(污泥和污水中)的合理开发、分配和利用以降低外购碳源的费用。通过无回流大处理量新型厌氧、缺氧FBC反应池和新型生物悬浮填料等关键技术的研发,充分利用了污泥内碳源以及厌氧FBC技术的强化水解作用,出水稳定优于城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)一级A标准和《地表水环境质量标准》Ⅳ类水水质标准的水平,主要指标达到或接近北京市《城镇污水处理厂水污染物排放标准》,污泥产量较传统一级A标准污水处理厂减少15%。

  (二)技术优势

  基于厌氧缺氧流态化生物载体的污水处理强化脱氮除磷技术是该公司自主创新技术。首先,技术设计了一种无回流大处理量新型厌氧、缺氧FBC反应池,通过水力模型模拟计算,不同密度填料的组合、搅拌机功率位置的选择、分层能量流场控制等措施解决了填料的流化状态困难等多项难题,实现了池内良好的流化状态,单池日处理规模可达100000m3

  其次,选用改性生物悬浮填料的是由HDPE+改性材料,是国内首创、国际领先的一种新型生物悬浮填料。HDPE本身是疏水性材料,经改性后,填料的亲水性、生物亲和性、附着的微生物活性都大大提高,新陈代谢加快。而且在改性材料中有对生物酶的增强性成分(尤其是针对硝化细菌的酶促进成分的配方),能促进生物酶的催化作用、硝化细菌的硝化作用,提高填料的硝化细菌的硝化能力,使微生物对水中污染物的分解能力和氨氮的去除能力大大提高。此外通过优化悬浮填料的体积特征,以达到微生物最大活性,提供了在同一反应池中同时固定不同种类微生物的可能性,提高处理效率。

  最后,通过对出水口和放空口的重新设计,有效地克服了厌氧、缺氧悬浮填料易堵塞、易堆积的问题。

  本项目技术应用于污水厂的升级改造,基本无需增加占地,充分发掘系统内碳源和厌氧氨氧化技术进行脱氮除磷,出水稳定优于城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)一级A标准和《地表水环境质量标准》Ⅳ类水水质标准的水平,主要指标达到或接近北京市《城镇污水处理厂水污染物排放标准》A标准。污泥产量较传统一级A标准污水处理厂减少15%。

  该技术具有投资省、占地小、运行成本低等突出优点,适用于新建污水处理厂和现有污水厂提标改造、产能提升、节能降耗等,具有广阔的推广应用前景,经中国环境学会组织鉴定认为整体上达到国际领先水平。

  四、技术指标及使用条件

  (一)技术指标

  1.预处理段处理效率的调整,通过栅渣和沉砂的淘洗、初沉池污泥的发酵技术,提高水中溶解性BOD的浓度,改善C/N比,实践证明每去除1mgTP,大约需要7-10mg/L的VFA。

  2.生物处理段FBC工艺,活性污泥和生物膜复合工艺,对污水中氮、磷、COD等指标高效去除。并通过回流污泥预浓缩技术,降低回流的硝酸盐量,提高系统的除磷能力。同时延长厌氧、缺氧停留时间,充分利用系统内碳源进行脱氮除磷。

  3.化学加药除磷单元。作为辅助单元,在生化处理出水不理想的情况下,对出水的P、色度、SS等指标进一步的去除。

  4.污水深度处理——高效、节能的纤维转盘过滤工艺,保证出水SS达到6mg/L以下。

  (二)条件要求

  适用地域:热带、温带地区

  行业:城市污水处理

  适用范围:大型城市污水处理厂和再生水厂

  可在全国及一带一路沿线国家污水处理厂新建和升级改造以及再生水利用市场中进行推广,特别适合新增占地困难的污水厂的升级改造工程,亦适用于占地面积受限的污水处理厂新建工程,占地面积可节省10~20%。本技术既可以进行整体性应用,也可以将其中单项技术进行应用。

  (三)典型规模

  厌氧缺氧流态化生物载体(Fluidized Biological Carriers,FBC)工艺及其工艺包技术是浦华环保原创发明的高效除磷脱氮新技术,应用该技术的西安四污一期提标改造工程是世界范围内、温带气候条件下、25万吨/日大型污水处理厂实现主流厌氧氨氧化的首例,已稳定运行6年多。

  浦华环保联合清华大学通过微生物连续多年的高通量测序、宏基因测定确定了AMX的种属和主要功能菌种,通过氮平衡分析和同位素示踪实验确定了自养脱氮的贡献率在15%~30%,通过qPCR确定了AMX的丰度。

  五、关键设备及运行管理

  (一)主要设备

  潜水搅拌器、改性生物填料、回转式网板超细格栅、双曲面搅拌器、拦网装置;纤维转盘滤池、配套闸门及电气设备等。

  (二)运行管理

  1.升级改造新增处理单元少,水厂无需增加管理操作人员,因此人工费用基本不变。本技术实施后除磷主要采用生物方法,无化学污泥产生,每年可节约因投加化学药剂所增加污泥的处置费。

  2.系统虽然增加了不少设备,但是通过工艺运行参数的优化,尤其是实现厌氧氨氧化、减少了好氧区的停留时间,节约了部分曝气量,实现了节能降耗。本技术实施前吨水平均电耗0.23度,按照一级B升级一级A的污染物消减量和改造后装机功率来计算,改造后的吨水平均电耗应为0.28度。本技术实施后经过长时间的技术改进和厌氧氨氧化脱氮反应稳定发生。刚按照0.7元一度电计算,水厂一级B升级一级A,平均每吨水处理电费仅增加0.011元。

  3.本技术实施后基本依靠生物除磷。仅此一项每年可节省大量的药剂费用。

  六、投资效益分析

  以西安市第四污水处理厂升级改造工程(25万吨/天)为例。

  (一)投资情况

  总投资:6,700万元,设备:4,500万元。

  (二)运行费用

  0.6元/m3.d。

  (三)效益分析

  1、经济效益分析

  直接经济净效益:1,230万元/年。

  其它经济效益说明:经过对现状生物池处理能力的核算,要使出水水质达到一级A标准,需扩大现状生物池容积,增强其处理能力。理论上,最直接的改造方法就是通过扩大生物池容积,使总容积满足工艺要求,但是应用于现状污水处理厂改造中总是存在较大的困难,工程实践难以实现。本技术几乎无需新增占地,处理效果良好,本课题为国内污水处理厂升级改造关键性技术,不仅改造成本低,且节能、节碳、节药,运行成本较同类污水厂大大降低。

  以西安第四污水厂为例,经过对现状生物池处理能力的核算,要使出水水质达到一级A标准,需扩大现状生物池容积,增强其处理能力。理论上,最直接的改造方法就是通过扩大生物池容积,使总容积满足工艺要求,但是应用于现状污水处理厂改造中总是存在较大的困难,工程实践难以实现。本技术几乎无需新增占地,处理效果良好,西安第四污水处理厂一级B升级一级A标准,采用本技术每年可节省化学除磷药剂费900万元,污泥处置费150万元,吨水电费仅增加0.011元。我国执行一级A标准污水处理厂的平均吨水电耗达到0.306kWh/m3。本技术实施后西安四污一期工程吨水电耗仅为0.247kWh/m3

  投资成本上讲,传统污水厂一级B升级一级A,吨水投资成本为600~900元,本工艺的吨水投资成本在200~600之间,工程建设投资节省25~30%。同时占地节省10~20%。

  本项目实行为客户量身定制的服务模式,根据市场覆盖率预测,未来3-5年直接技术工艺服务收入可达到10亿元,利税将近2亿元。

  2、环境效益分析

  本课题实施的环境效益主要体现在减排方面,该技术与传统污水处理技术相比,相同投资造价和运行费用的情况下,可降低废水中TN排放量的15%,总磷排放量的25%。污水处理工艺的改进能够减少15%的污泥排放量。

  七、技术成果鉴定与鉴定意见

  (一)组织鉴定单位

  中国环境科学学会

  (二)鉴定时间

  2016年11月16日

  (三)鉴定意见

  针对大型污水处理厂大规模提标改造的实际需求,基于“泥膜共生”理论,开发了具有自主知识产权的“基于厌氧缺氧流态化生物载体的污水处理强化脱氮除磷技术”,并成功应用于工程实践。该技术具有投资省、占地小、运行成本低等突出优点,适用于新建污水处理厂和现有污水厂提标改造、产能提升、节能降耗等,具有广阔的推广应用前景,整体上达到国际领先水平。

  八、推广与应用示范情况

  (一)推广情况

  可在全国范围污水处理厂新建和升级改造以及再生水利用市场中进行推广,特别适合新增占地困难的污水厂的升级改造工程,亦适用于占地面积受限的污水处理厂新建工程,占地面积可节省10~20%。本技术既可以进行整体性应用,也可以将其中单项技术进行应用。

  (二)应用情况

  1、主要用户名录

  2、用户意见

  业主方——西安市污水处理有限责任公司西安市第四污水处理厂升级改造工程应用了由浦华环保有限公司、浦华控股有限公司开发的新型节能节碳工艺“基于厌氧缺氧流态化生物载体的污水处理强化脱氮除磷技术”,通过技术应用和工程实践,业主方通过通过水质跟踪测试证实:应用该技术出水远优于一级A排放标准和《地表水环境质量标准》Ⅳ类水水质标准(TN保持在7mg/L左右,SS保持在5mg/L左右,TP保持在0.2mg/L左右);且长期有限保持安全、稳定及节能的良好运行。

  2018年12月18日,经中国环境保护产业协会认定荣获二〇一八年重点环境保护实用技术。

  2019年12月,“25万m3/d基于流态化生物载体的污水处理强化脱氮除磷技术示范项目”荣获“二〇一九年重点环境保护实用技术及示范工程名录”奖项。

  九、专利及获奖情况

  (一)专利情况

  (二)获奖情况

  1.2016年11月中国环境科学学会组织专家鉴定FBC工艺“基于厌氧缺氧流态化生物载体的污水处理强化脱氮除磷技术”达到国际领先水平。

  2.2017年10月“基于厌氧缺氧流态化生物载体的污水处理强化脱氮除磷工程项目”荣获“环保科技创新示范项目”奖项。

  3.2018年12月“基于厌氧缺氧流态化生物载体的污水处理强化脱氮除磷技术”入选“二〇一八年重点环境保护实用技术”。

  4.2019年12月“25万m3/d基于流态化生物载体的污水处理强化脱氮除磷技术示范项目”入选“二〇一九年重点环境保护实用技术及示范工程名录”。

  十、技术服务方式

  本技术的设计、实施、技术配套、售后服务等可全部由浦华控股有限公司/浦华环保有限公司独立操作,并由高效、规范的工作程序确保项目顺利实施,并由经验丰富的技术人员为客户提供“一对一”和“定制化”的技术服务。

 

  对接洽谈

  生态环境部对外合作与交流中心

  技术交流部

  联系人:孔德、费伟良

  联系电话:010-82268942/8791

  邮箱:kong.de@fecomee.org.cn