彭永臻污水处理低温常温下短程脱氮解决污水处理后回用难题

2018-01-13

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文章简介：北京工业大学环境工程研究所课题组通过国家自然科学基金重大国际合作研究项目"污水脱氮除磷新理论.新工艺及过程控制".重点项目"城市污水处理系统的智能控制理论.方法

北京工业大学环境工程研究所课题组通过国家自然科学基金重大国际合作研究项目“污水脱氮除磷新理论、新工艺及过程控制”、重点项目“城市污水处理系统的智能控制理论、方法与技术”以及面上项目“不同污水生物脱氮工艺中N2O产生量及过程控制”等的系统研究,在城市污水生物脱氮方面取得新的突破。

所获技术不仅使城市污水经深度处理后达到回用水的标准,而且使运行成本也大大降低,这项项技术可为奥运公园人工湖的安全补水提供有效的科技支撑。

北京工业大学环境工程研究所所长彭永臻教授说,北京周边河湖由于其氮磷含量较高,极易发生富营养化。作为“绿色奥运”的象征,奥林匹克森林公园万众瞩目,然而包括公园中心湖在内的奥运水系,在不同程度上均存在水体富营养化的隐患。

北京奥林匹克公园有一个200公顷的人工湖,湖中的水除了渗漏还要被蒸发,需要经常补水。由于水资源短缺,如果用自来水补充成本就太高了,北京的城市污水经深度处理后回用非常必要。作为河流湖泊的补充水,回用污水的脱氮除磷是重点和难点。

除磷相对较为容易,用加混凝剂的方法即可以实现。但脱氮却很难,氮在污水中的主要形态是氨氮(NH 4)和硝态氮(NO-3),用加混凝剂的方法都不易使其沉淀。我们的技术解决了脱氮除磷的难题。

彭永臻教授说,污水经过深度处理,磷的含量应在每升0.5毫克以下,氮含量每升2~3毫克以下,作为城市河湖的补水才比较安全。磷的处理相对比较容易,其在污水中大多以磷酸根的形式存在,在污水中加入化学混凝剂,就可以使其沉淀。

但氮的处理却很难,用加混凝剂和用微滤超滤纳滤等方法都不能将其去除,而且费用较高。生物脱氮是最有效和经济的方法,我们通过实时控制和模糊控制实现了城市污水低温常温条件下短程脱氮,使其脱氮的过程大大缩短。

彭永臻教授说,污水生物脱氮是将污水中的有机氮转化成氨态氮,再将其氧化为硝态氮的生化反应:通常情况下,氨态氮要先转化为亚硝态氮,再转化为硝态氮,硝态氮在一定条件下再转化为氮气(不溶于水),实现污水脱氮。但近年来国际上一直在研究一种短程脱氮的方法,即氨态氮变成亚硝态氮后使硝化反应过程结束,不再氧化成硝态氮了,而在另一种缺氧条件下直接转为氮气。

这样不仅耗时短而且节省能源,既节省运行费用又节省有机碳源的投加量。当然做到这一步需要很多条件,我们的研究主要围绕如何实现在通常条件下达到短程深度脱氮来进行。

他说,温度是影响短程生物脱氮效果的重要环境条件之一,会直接影响微生物的种群结构和代谢活动。在污水生物处理过程中,每一类微生物都有其进行生命活动的最佳温度范围。一般情况下,污水中氮的短程硝化温度条件要在30℃左右,而我们利用实时过程控制,在中试实验中,使污水的温度在12℃~25℃的范围内实现了短程深度脱氮的效果,平均亚硝化率和总氮去除率都在95%以上。

北京市的污水温度范围在13℃~25℃之间,这意味着,无论在什么季节,北京的城市污水都能利用这一技术进行深度脱氮处理。

国外专家对这一技术的研究用的是高氨氮废水,而不是低氨氮的城市污水,我们在国内外首次实现了低氨氮城市污水的低温常温短程硝化,实验过程持续了180天。