随着十四五规划建设“美丽中国”战略的不断推进,我国污水处理过程中的节能问题越来越受到重视。目前,实际城镇废水为低碳氮比废水,用传统反硝化工艺进行氮素去除时,有机物不足需外加碳源,无形中增加了运行成本,存在多个瓶颈问题。
针对现有问题,团队运行零价铁自养反硝化脱氮工艺,该新型工艺通过铁的电子传递作用和氧化还原作用去除水中的硝氮;以零价铁代替有机碳源作为电子供体,硝氮为电子受体,通过铁的电子传递作用和氧化还原作用,将硝氮转化为气态氮化物,达到水体脱氮目标,通过培养的自养反硝化微生物进行脱氮反应,对低碳源尾水进行脱氮净化处理,如下图所示。
2020年,我国城镇污水年排放量高达571.36亿立方米,全国总氮排放量达322.3万吨,其中生活源占比高达47%,若不经处理,直接排放,则会导致江海湖泊水体出现富营养化现象。到目前为止,全国仍有部分城市、400多个县城污水处理能力不能满足需求,40%左右建制镇尚不具备生活污水处理能力。“十四五”期间新增污水处理能力2000万立方米/日,相较于《“十三五”规划》降低3022万立方米/日,本工艺在此背景下就显得至关重要。
张倩倩老师,副教授,浙江大学博士,“长安学者”青年学术骨干,于城镇废水脱氮研究领域深耕,从2020年开始带领团队成员着手进行新型零价铁自养反硝化细菌培育,开展进行污泥驯化,借助分子生物学技术,识别零价铁调控功能菌群结构及分布规律,甄别零价铁自养脱氮功能微生物及其生理特征;构建零价铁自养反硝化深度脱氮工艺,优化工艺运行参数,探明工艺稳定运行影响因素,保障工艺高效稳定运行;获得零价铁调控硝氮深度去除技术,解析零价铁强化工艺脱氮代谢途径及深度脱氮机理。
本项目运行的自养反硝化工艺,集环保节能双重功效于一体,解决了现有脱氮技术存在高能耗、剩余污泥量大等局限性的问题,实现水质增效与节能减排双赢,研发以微生物驱动的零价铁自养反硝化工艺,可提升硝氮去除率、实现废水中硝氮的深度去除。符合市场发展的必然趋势与可持续发展的要求,具有十分良好的发展前景。
中国2019-2021年有机碳源的价格:CH3OH的价格为2500-3600元/吨,CH3COOH的价格为1400-2000元/吨。从本团队的实验数据可得,较传统异养反硝化工艺而言,在生物脱氮效率达到95%以上时,本工艺有机碳源消耗量减少66%。每消耗1吨CH3OH作为有机碳源时可至少节省1250元,每消耗1吨CH3COOH作为有机碳源时可至少节省700元。
可降低至少66%的有机碳源添加,对节约能源和保护环境具有显著的效果。且本工艺以有机物作为电子供体,高价氮为电子受体,产生气态氮化物,破解城镇废水中碳源不足的难题,缓解反硝化污泥上浮现象的发生,综合提高污水脱氮效率,减轻实际废水二沉池固液分离操作难度。
解决城镇废水脱氮的难题具有重大意义,构建零价铁自养反硝化脱氮工艺,通过培养的自养反硝化微生物进行脱氮反应,对低碳源尾水进行脱氮净化处理,缓解能源危机,降低能源消耗,助力早日实现碳达峰及碳中和目的,实现绿色宜居环境。
新闻热点
