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      近日，北京排水集團(tuán)建設(shè)的國(guó)際首座城市污水厭氧氨氧化項(xiàng)目通過(guò)技術(shù)成果鑒定，成為國(guó)際上率 先建成并成功運(yùn)行的一座典型城市污水厭氧氨氧化工程項(xiàng)目，研究成果達(dá)到國(guó)際領(lǐng) 先水平。這意味著其在自主培育出厭氧氨氧化菌（俗稱紅菌）、首 次實(shí)現(xiàn)紅菌工業(yè)化培養(yǎng)、在多種復(fù)雜高氨氮廢水中進(jìn)行紅菌項(xiàng)目的推廣應(yīng)用之后，又在城市污水處理中率 先建成厭氧氨氧化示范工程。市排水集團(tuán)表示，下一步將逐步推動(dòng)“紅菌”技術(shù)在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用。

“紅菌”技術(shù)可節(jié)約電耗、減少排放

      在方莊污水廠的生化池中，每隔一段距離就布置一個(gè)可提升載體模塊。工作人員搖動(dòng)搖柄，漸漸從水中升起或方型或球型的生物載體，其表面可見(jiàn)有紅色菌體附著，“這就是污水脫氮的主角——厭氧氨氧化菌，由于其聚集體呈現(xiàn)紅色，我們叫它‘紅菌’?！?北排厭氧氨氧化技術(shù)帶頭人張樹(shù)軍解釋說(shuō)。

      據(jù)張樹(shù)軍介紹，如果城市污水、工業(yè)廢水、養(yǎng)殖廢水和垃圾滲濾液等含氮廢水中的氮素超標(biāo)排入水體中，會(huì)導(dǎo)致水體黑臭、水華、赤潮等環(huán)境污染，因此，脫氮是水污染防治的重點(diǎn)和難點(diǎn)。“傳統(tǒng)的生物脫氮工藝，需要多種菌接力棒似的參與，反應(yīng)途徑很長(zhǎng)；而厭氧氨氧化技術(shù)（即“紅菌”技術(shù)），不僅能夠?qū)⒃瓉?lái)冗長(zhǎng)的脫氮途徑大大縮短，而且無(wú)需投加碳源，理論上曝氣電耗可節(jié)約60%，同步減少溫室氣體的排放，是目前為止最 高 效 、最節(jié)能、最環(huán)保的污水脫氮技術(shù)，是污水處理領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)‘雙碳’目標(biāo)的高科技利器。”張樹(shù)軍說(shuō)，其團(tuán)隊(duì)對(duì)于紅菌的研究已經(jīng)歷了17年的“長(zhǎng)跑”。

自由研究成果達(dá)國(guó)際領(lǐng) 先水平

       2006年，北京排水集團(tuán)就把“紅菌”技術(shù)作為1號(hào)研發(fā)課題。然而，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)只有少數(shù)科學(xué)家在進(jìn)行相關(guān)小試和機(jī)理研究，基礎(chǔ)研發(fā)和工程化的難度極大。沒(méi)有菌種，沒(méi)有技術(shù)，沒(méi)有配套設(shè)備，想要獨(dú)立研發(fā)紅菌脫氮技術(shù)是從零開(kāi)始?！凹t菌本身很難富集培養(yǎng),當(dāng)時(shí)想向別的單位借‘種’，人家也只是讓我們看看，壓根舍不得,真是‘一粒難求’?！睆垬?shù)軍回憶說(shuō)，為盡快掌握紅菌培養(yǎng)方法，張樹(shù)軍在簡(jiǎn)陋的鐵皮房里爭(zhēng)分奪秒開(kāi)始了對(duì)培養(yǎng)器的pH值、氨氮、總氮等20余項(xiàng)指標(biāo)的連續(xù)測(cè)量，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果改造培養(yǎng)器，優(yōu)化培養(yǎng)條件。就這樣日復(fù)一日，終于在第三年的大年初四，他驚喜地發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)器里緩慢冒著氣泡，紅菌富集第一步成功了!

      自主培養(yǎng)出“紅菌”只是技術(shù)攻關(guān)的第一步，從2009年起，集團(tuán)繼續(xù)加快研發(fā)的腳步，實(shí)現(xiàn)了一系列的首 次突破。在國(guó)內(nèi)率 先突破紅菌工程化培養(yǎng)瓶頸，同時(shí)首 次實(shí)現(xiàn)紅菌工業(yè)化培養(yǎng)，建成全球最大的菌種基地;打造出純中國(guó)制造的RENOCAR?紅菌脫氮技術(shù)；并獲得“華夏建設(shè)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)”，技術(shù)成果達(dá)到國(guó)際領(lǐng) 先水平。

      這之后，北京排水集團(tuán)開(kāi)始嘗試在垃圾滲濾液、工業(yè)廢水等多種復(fù)雜高氨氮廢水中進(jìn)行了紅菌技術(shù)的推廣應(yīng)用，并取得了成功,實(shí)現(xiàn)了污水“紅菌”脫氮的產(chǎn)業(yè)化跨越。

方莊項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行

      與上述高氨氮廢水相比，城市污水中的氨氮含量并沒(méi)有那么高，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的短程硝化、紅菌富集培養(yǎng)及冬季低溫活性維持更難，如何在更為大量的城市污水處理中運(yùn)用紅菌脫氮，成為了北京排水集團(tuán)新的課題。于是，2017年，當(dāng)國(guó)內(nèi)外在城市污水紅菌脫氮方面的研究仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，未見(jiàn)工程案例報(bào)道之際，北排在方莊污水廠建設(shè)了城市污水紅菌實(shí)際工程項(xiàng)目?！俺鞘形鬯坛滔趸€(wěn)定維持”、“低基質(zhì)厭氧氨氧化菌的持留與富集”及“冬季低溫下功能菌活性維持”等國(guó)際公認(rèn)的技術(shù)難題一一被攻克。“紅菌主要吃兩種東西：氨氮和亞硝，在低溫的時(shí)為了讓它在載體上能持留、不脫落還能生長(zhǎng)，就必須想辦法把它愛(ài)吃的送到嘴邊上。池子里‘咕嘟’冒著泡正是通過(guò)曝氣的方式將兩種物質(zhì)送到紅菌的載體上，讓其能吃飽、富集。”張樹(shù)軍介紹說(shuō)，在摸索的過(guò)程中是動(dòng)足了腦筋。像剛開(kāi)始給紅菌“喂食”時(shí)是通過(guò)攪拌的方式，但攪拌不充分，“營(yíng)養(yǎng)”送不到嘴邊，之后才改為曝氣；而紅菌生長(zhǎng)的載體也是一改再改：由球狀變成板狀，又變成長(zhǎng)出很多翅膀的六邊形，以避免紅菌富集后將表面擋死，污水進(jìn)不去。

      據(jù)悉，經(jīng)過(guò)三個(gè)冬季低溫期考驗(yàn)，目前方莊的項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，出水總氮平均值為4.21mg/L，最 低達(dá)0.46 mg/L，遠(yuǎn)低于北京市地標(biāo)B（DB11 890-2012）出水總氮15mg/L的要求。同時(shí)，與傳統(tǒng)生物處理工藝相比較，無(wú)需外加碳源，曝氣能耗降低40%以上，剩余污泥產(chǎn)量降低50%以上，溫室氣體減排40%以上。北京市重大科技項(xiàng)目驗(yàn)收后評(píng)價(jià)其為：“國(guó)際上率 先建成并成功運(yùn)行一座典型的城市污水厭氧氨氧化示范工程，研究成果達(dá)到國(guó)際領(lǐng) 先水平?！?br />

      北京排水集團(tuán)表示，城市污水“紅菌”技術(shù)為我國(guó)大規(guī)模的城鎮(zhèn)污水處理廠提供了全新的升級(jí)換代技術(shù)，具有極大的市場(chǎng)應(yīng)用前景，開(kāi)啟了污水處理新紀(jì)元，下一步，將積極逐步推動(dòng)該技術(shù)在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用。

什么是厭氧氨氧化？

      厭氧氨氧化Anammox是在無(wú)氧條件下，以氨為電子供體、亞硝酸為電子受體，產(chǎn)生氮?dú)夂拖跛岬纳锓磻?yīng)。Anammox包括兩個(gè)過(guò)程：一是分解（產(chǎn)能）代謝，即以氨為電子供體，亞硝酸鹽為電子受體，兩者以1:1的比例反應(yīng)生成氮?dú)猓旬a(chǎn)生的能量以ATP的形式儲(chǔ)存起來(lái)；二是合成代謝，即以亞硝酸鹽為電子受體提供還原力，利用碳源二氧化碳以及分解代謝產(chǎn)生的ATP合成細(xì)胞物質(zhì)，并在這一過(guò)程中產(chǎn)生硝酸鹽。厭氧氨氧化菌 (Anaerobic ammonia oxidation bacteria, AnAOB，我們俗稱紅菌) 是厭氧氨氧化的實(shí)施者。

NH4++ NO2-= N2+ 2H2O，ΔG=-358kg/mol

      目前的主流的厭氧氨氧化應(yīng)用的工藝流程（彭永臻院士的短程反硝化暫時(shí)不介紹）主要分為兩大步：“第一個(gè)過(guò)程是部分亞硝化(Partial Nitritation)，在這個(gè)過(guò)程中只有大約55%的氨氮需要轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮;第二個(gè)過(guò)程是厭氧氨氧化(Anammox)，氨氮在厭氧條件下，被亞硝酸氮作為電子受體，氧化成氮?dú)?。因此它也被稱作PN/A工藝。

      在這過(guò)程中，大約89%的無(wú)機(jī)氮都將被轉(zhuǎn)化產(chǎn)生氮?dú)猓硗?1%的無(wú)機(jī)氮被轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮，與傳統(tǒng)硝化反硝化工藝相比，厭氧氨氧化工藝有著巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，其曝氣能耗只有傳統(tǒng)工藝的55-60%;該工藝幾乎無(wú)需碳源，如果為了去除硝酸鹽產(chǎn)物需要在厭氧氨氧化過(guò)程中投加碳源，其投加量也比傳統(tǒng)工藝中碳源投加量降低90%;厭氧氨氧化工藝可以減少45%堿度消耗量。同時(shí)，厭氧氨氧化工藝的污泥產(chǎn)量也遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)脫氮工藝，這將顯著降低剩余污泥的處理和處置成本。




來(lái)源 | 北京青年報(bào)、環(huán)保工程師