全球首個運行的厭氧氨氧化工程實例!

2020-12-01 北極星環保網

北極星水處理網訊:1、全球運行的厭氧氨氧化的工程實例！


全球厭氧氨氧化應用中全程自養脫氮工藝（CANON)佔主流地位，全程自養脫氮工藝（CANON)是將厭氧氨氧化(ANAMMOX)和短程硝化(SHARON)結合到一個反應器內的新型生物脫氮工藝。部分氨氮首先通過氨氧化細菌(AOB)轉化為亞硝態氮，剩餘的氨氮和亞硝態氮被ANAMMOX菌轉化為氮氣而實現對氮素的去除，是一種簡捷的脫氮途徑，且ANAMMOX菌與AOB菌屬於自養菌，倍增時間較長，故CANON工藝具有不消耗有機碳源、汙泥產量少、降低曝氣量等優點。

SHARON-ANAMMOX工藝由荷蘭TUDelft大學研究開發，該工藝流程分成兩段，第一段是在好氧反應器中將一半的NH4+轉化為NO2-，第二段是在厭氧反應器中將剩餘的NH4+和NO2-一起直接轉化為N2。


2、SHARON-ANNOMMOX工藝反應器資料

1、SHARON-ANNOMMOX原理

ANAMMOX的生化反應式為:

NH4++NO2-→N2↑+2H2O

因此ANAMMOX反應器進水要求有氨氮和亞硝氮且比例最好為1:1。

而SHARON工藝的生化反應式為：


2、SHARON（短程反硝化）

SHARON常用SBR、CSTR反應裝置


SHARON（短程反硝化）反應條件控制

（1）當溶解氧(DO)濃度在1.1-1.5mg/L、氨氮負荷0.029kgNH4+--N/KgVSS.d和PH 值在7.3-7.8時，可以使亞硝酸鹽得到穩定積累，出水亞硝態/總硝態氮大於90%，出水NO2--N/NH4+-N接近1.0，滿足厭氧氨氧化的進水要求。

（2）實現短程硝化的關鍵是在硝化階段實現NO2--N的積累，國內外的研究都是著眼於積累NO2--N的控制條件。根據國內外文獻報導，SHARON工藝的操作溫度以30~35℃為宜，pH適應控制在7.4~8.3之間，溶解氧濃度己控制在1.0~1.5mg/L範圍，供氧方式可採用間歇曝氣。基質中游離氨濃度調控在5~10mg/L範圍內有利於實現短程硝化，汙泥(以VSS計)氨負荷為0.02~1.67kg/(kg·d)，泥齡在1~2.5天。

（3）大量國內外試驗表明，在廢水溫度較高、Do較低條件下，利用亞硝酸菌和硝酸菌的不同生長速度，通過控制水力停留時間，將生長速率較慢的硝酸菌衝走，使亞硝酸菌大量積累，可以使短程反硝化成功運行。

3、ANNOMMOX反應器

厭氧氨氧化裝置


厭氧氨氧化反應生成少量硝態氮


由於厭氧氨氧化細菌生長緩慢, 代時長, 並且細胞濃度至少需達到10∧10−10∧11個/mL才能較好地顯現厭氧氨氧化活性, 故多採用汙泥停留時間較長的反應器。目前用到的反應器主要有流化床、SBR、UASB、EGSB、ASBR、固定床、氣升式反應器和生物滴濾池等。接種的汙泥有好氧活性汙泥、厭氧顆粒汙泥、厭氧消化汙泥、反硝化汙泥、河湧底泥、垃圾滲濾液處理活性汙泥等。

ANNOMMOX控制條件

（1）在厭氧氨氧化汙泥培養的過程中，氨氮的去除量、亞硝氮的去除量和硝態氮的生成量的比值最終保持在1：1：0.18，與理論值1：1.32：0.26接近，硝態氮生成速率呈現出了逐漸提高的趨勢；汙泥顏色逐漸由最初的黑褐色變為棕褐色到最後變為淺紅色。氨氮的去除量、亞硝氮的去除量和硝態氮的生成量比值說明了反應器中進行的是厭氧氨氧化。

3、荷蘭鹿特丹DOKHAVEN汙水處理廠厭氧氨氧化工藝

1、荷蘭鹿特丹DOKHAVEN汙水處理廠厭氧氨氧化處理汙泥流程圖：


有機汙泥作為一種能源載體，首先考慮將其中的有機物轉化為含能氣體——甲烷。以此為核心，形成如圖所示的汙泥處理工藝。來自於汙水處理過程產生的剩餘汙泥在進入汙泥消化池（5）前存在兩種不同的濃縮方法。來自於A段曝氣池的剩餘汙泥和浮滓在濃縮前先經過一個細格柵（1）過濾，然後平行進入兩個重力濃縮池（2）。沉澱汙泥含水率為94%；分離出的上清液再回到汙水處理工藝進一步處理。

汙泥消化液含有相當高的氨氮濃度（最高可達1500 mg N/L），水溫為28 ℃。如此高的氮負荷進入汙水處理工藝會加重氮的去除負擔。正因為如此，採用最新的SHARON與ANAMMOX技術對汙泥消化液實施單獨脫氮處理是近年來DOKHAVEN汙水處理廠升級的最新措施。世界上第一座生產性SHARON反應器（11）已於1998年10月開始在此運行，世界上第一座ANAMMOX反應塔（12）也在2002年6月投入運行。

2、工藝參數

1)細格柵1組，流量為510 m3/h，柵間距為3 mm。

2)重力濃縮池2組，Ф23.6 m,H=3 m，幹固體負荷為36 kg/（m2·d），汙泥體積為530 m3/d（含水率94%）。

3)帶式濃縮機處理能力為90 m³/h或700 kg幹固體/h。

4)剩餘汙泥調節池為900m³。

5)汙泥消化池2組，Ф22 m,H=23 m，停留時間為33 ℃時28天，消化後汙泥體積為600 m³/d(含水率96%)，熟汙泥調節池為900m³。

6)離心機2套，處理量為40m³/h。

7)脫水熟汙泥貯存罐2個，體積為150m³；停放時間為2.5 d；H=14 m。

8) SHARON反應器1組；Ф19.5 m,H=5.75 m，流量為550m³/d，水力停留時間為3 d，好氧停留時間為24 h，溫度為35 ℃，pH為7～7.2，溶解氧濃度為1.5 mg/L。

9) ANAMMOX反應器1組；Ф2.2 m,H=18 m(V=70 m3)，流量為550m³/d，水力停留時間為3 h，設計負荷為800 kgN/d，溫度為35 ℃，pH為 7.5。

SHARON反應器使一半的氨氮氧化至亞硝酸氮（無需控制pH），剩餘一半氨氮與轉化而來的亞硝酸氮（進水總氨氮的一半）剛好形成1∶1 ANAMMOX所需的摩爾關係，使氨氮和亞硝酸氮自養直接轉化為氮氣。與傳統的硝化/反硝化過程相比，SHARON/ANAMMOX過程可使運行費用減少90%，CO2排放量減少88%，不產生N2O有害氣體，無需有機物，不產生剩餘汙泥，節省佔地50%，具有顯著的可持續性與經濟效益特點。


圖顯示了氣體循環ANAMMOX反應塔現場實物圖片（利用一廢棄濃縮池改建而成）。經SHARON/ANAMMOX對汙泥消化液單獨進行脫氮處理可使整個處理廠出水氮濃度下降至少5 mgN/L，與原始設計相比出水剛好能滿足未來出水標準。


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