在2019(第十七屆)水業(yè)戰(zhàn)略論壇上，清控環(huán)保董事長(zhǎng)陳家軻針對(duì)目前污水處理的發(fā)展態(tài)勢(shì)，介紹了清控環(huán)保提出的新解決方案——無(wú)碳源除總氮技術(shù)。

蘇州清控環(huán)保科技有限公司 (以下簡(jiǎn)稱“清控環(huán)?！?成立于2017年，是一家專注于水污染物深度去除的企業(yè)。其聯(lián)合清華大學(xué)與江南大學(xué)共同研發(fā)的“無(wú)碳源高效除總氮技術(shù)”在總氮廢水處理處于國(guó)際領(lǐng)先水平。在2019(第十七屆)水業(yè)戰(zhàn)略論壇上，清控環(huán)保董事長(zhǎng)陳家軻針對(duì)目前污水處理的發(fā)展態(tài)勢(shì)，介紹了清控環(huán)保提出的新解決方案——無(wú)碳源除總氮技術(shù)。

陳家軻

縱觀污水處理技術(shù)的發(fā)展史，污染物治理趨勢(shì)在20世紀(jì)50年代發(fā)生了一大轉(zhuǎn)變：在此之前，從1881年的生物膜法到1950年的完全混合式活性污泥法，都是以解決COD問(wèn)題為核心，而從20世紀(jì)50年代起，水體富營(yíng)養(yǎng)化，總氮和總磷成為主要的處理訴求。以美國(guó)污水處理的五級(jí)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為例，1至5級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中，生化需氧量(BOD)與固體懸浮物(SS)指標(biāo)是相同的，但是總氮(TN)與總磷(TP)的標(biāo)準(zhǔn)趨于嚴(yán)格，五級(jí)標(biāo)準(zhǔn)情形下，總氮需低于2mg/L，總磷需低于0.02mg/L。

而在國(guó)內(nèi)，污水排放標(biāo)準(zhǔn)也日趨嚴(yán)格，總氮的深度處理成為了水污染處理的大趨勢(shì)。2002年，《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 (GB 18918-2002)生效，污水處理標(biāo)準(zhǔn)以一級(jí)B為主，總氮的排放標(biāo)準(zhǔn)為20 mg/L；2006年，國(guó)家提出重點(diǎn)流域水質(zhì)要提升至一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，總氮排放標(biāo)準(zhǔn)提高至15mg/L；2007年，太湖流域開(kāi)展一級(jí)A提標(biāo)改造，一、二級(jí)水質(zhì)總氮要求提高至10 mg/L ，其它級(jí)別總氮要求提高至12mg/L；2015年原環(huán)保部發(fā)布《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(意見(jiàn)征求稿)，提出特別排放限值；2012年起，以北京為代表的部分城市開(kāi)始Ⅳ類水提標(biāo)改造，北京總氮排放量提高至8mg/L以下，江蘇與浙江有明確文件規(guī)定總氮含量要維持在10mg/L以下，而生態(tài)環(huán)境較為敏感脆弱的地方，例如滇池，要求2020年達(dá)到Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)總氮?jiǎng)t要低于1.5mg/L。

回顧上述歷程可發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)污水處理標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展趨勢(shì)逐漸從解決污染物控制問(wèn)題為主發(fā)展到以提高處理后污水與環(huán)境相容性，減輕地表水負(fù)擔(dān)為主要目標(biāo)。對(duì)水污染治理領(lǐng)域的設(shè)計(jì)與技術(shù)從業(yè)者而言，愈加嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)成為了一項(xiàng)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

巨大挑戰(zhàn)之下，難題也應(yīng)運(yùn)而生。

陳家軻列舉了某市政污水廠的例子，該污水廠的進(jìn)水總氮在3-50 mg/L之間，理想狀態(tài)下的出水總氮為10-15 mg/L，冬季可能會(huì)面臨總氮超過(guò)15 mg/L的情況，幾乎無(wú)法達(dá)到特別排放限值規(guī)定的10mg/L以下。

對(duì)此，陳家軻分析道，現(xiàn)在許多污水處理都采用了A2/O工藝，A2/O工藝的本質(zhì)邏輯是利用異養(yǎng)菌去除雜物，但是利用異養(yǎng)菌脫氮有兩大缺陷：首先，異養(yǎng)菌對(duì)各類污染物都有去除效果，沒(méi)有專一性，無(wú)法深度去除;其次，碳源難以把控。脫氮過(guò)程中，碳源不足會(huì)導(dǎo)致脫氮除磷效率低，碳源過(guò)多則會(huì)造成COD超標(biāo)。

A2/O工藝流程

清控環(huán)保目前業(yè)務(wù)主要分為六大板塊，總氮深度去除技術(shù)是其中之一。面對(duì)污水處理脫氮難題，陳家軻介紹了清控環(huán)保提出的新型解決方案——硫自養(yǎng)反硝化脫氮工藝。

據(jù)陳家軻介紹，早時(shí)候追溯到1977年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)硫可以用于脫氮，但這項(xiàng)技術(shù)并沒(méi)有被重視，因?yàn)锳2/O工藝在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)可以滿足當(dāng)時(shí)的脫氮需求。硫自養(yǎng)工藝有一個(gè)特點(diǎn)：使用單一菌種，所以脫氮效率較高，在部分特殊情況下，總氮甚至可以消除至0mg/L左右，所以滿足Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)不是問(wèn)題。

與傳統(tǒng)反硝化深床濾池工藝相比，硫自養(yǎng)反硝化工藝有三大優(yōu)勢(shì)：

1. 成本較低。硫自養(yǎng)反硝化工藝的投資成本價(jià)格在350-450元/噸左右，運(yùn)營(yíng)成本也低于傳統(tǒng)反硝化工藝。

2. 深度脫氮效果好。硫自養(yǎng)反硝化工藝的極限脫氮效果可以低于1.5mg/L，總氮負(fù)荷可以達(dá)到1-2kg/m3·d，根據(jù)一些專家的測(cè)試，總氮負(fù)荷極限甚至可以達(dá)到4kg/m3·d。

3. 停留時(shí)間短，硫自養(yǎng)反硝化工藝停留時(shí)間小于4小時(shí)。

根據(jù)清控環(huán)保的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，進(jìn)水氮濃度為300mg/L的工業(yè)廢水經(jīng)過(guò)二級(jí)串聯(lián)反應(yīng)，氮濃度可以基本下降到0mg/L的水平。陳家軻透露，目前清控環(huán)保也開(kāi)始了對(duì)市政廢水的追蹤，經(jīng)過(guò)一年的研發(fā)，進(jìn)水氮濃度在6-16mg/L的市政廢水經(jīng)過(guò)30分鐘左右的停留時(shí)間，總氮可以維持在4mg/L以下，如果將停留時(shí)間延長(zhǎng)至1.5小時(shí)，總氮可穩(wěn)定在2mg/L以下。

陳家軻介紹道，清控環(huán)保起初推出了硫自養(yǎng)反硝化工藝1.0，但是由于硫自養(yǎng)1.0工藝存在填充床初次投資成本高、硫顆粒反應(yīng)面積小、反應(yīng)器易堵塞等缺陷?；诖?，經(jīng)過(guò)研發(fā)換代，清控環(huán)保推出了硫自養(yǎng)2.0工藝，將原來(lái)的填充床形式升級(jí)為膨脹床形式，以硫粉代替硫顆粒，反應(yīng)速度進(jìn)一步提高。陳家軻透露：“硫自養(yǎng)2.0工藝在工業(yè)污水處理中取得了不錯(cuò)的效果：在污水處理量為80t/d的制網(wǎng)廠案例數(shù)據(jù)中，進(jìn)水總氮在30-50mg/L的污水，出水總氮可以穩(wěn)定在2-4mg/L;在污水處理量為150t/d的電子廠中，進(jìn)水總氮在60-70mg/L的污水，出水總氮可以穩(wěn)定在4-5mg/L。”

硫自養(yǎng)脫硝態(tài)氮工藝流程圖

陳家軻預(yù)測(cè)未來(lái)提標(biāo)改造的非常好的脫氮除磷技術(shù)路線很可能是高密度沉淀池，標(biāo)準(zhǔn)工藝包是硫自養(yǎng)脫氮塔與磁混凝工藝的組合，通過(guò)這種技術(shù)路線，將達(dá)到極高的除氮除磷標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)極佳的出水水質(zhì)。