清控環保陳家軻:抓住汙水深度處理最後的風口——總氮的深度去除

2020-12-01 中國水網

蘇州清控環保科技有限公司(以下簡稱「清控環保」)成立於2017年，是一家專注於水汙染物深度去除的企業。其聯合清華大學與江南大學共同研發的「無碳源高效除總氮技術」在總氮廢水處理處於國際領先水平。在2019(第十七屆)水業戰略論壇上，清控環保董事長陳家軻針對目前汙水處理的發展態勢，介紹了清控環保提出的新解決方案——無碳源除總氮技術。

陳家軻

縱觀汙水處理技術的發展史，汙染物治理趨勢在20世紀50年代發生了一大轉變：在此之前，從1881年的生物膜法到1950年的完全混合式活性汙泥法，都是以解決COD問題為核心，而從20世紀50年代起，水體富營養化，總氮和總磷成為主要的處理訴求。以美國汙水處理的五級分級標準為例，1至5級標準中，生化需氧量(BOD)與固體懸浮物(SS)指標是相同的，但是總氮(TN)與總磷(TP)的標準趨於嚴格，五級標準情形下，總氮需低於2mg/L，總磷需低於0.02mg/L。

而在國內，汙水排放標準也日趨嚴格，總氮的深度處理成為了水汙染處理的大趨勢。2002年，《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》 (GB 18918-2002)生效，汙水處理標準以一級B為主，總氮的排放標準為20 mg/L;2006年，國家提出重點流域水質要提升至一級A標準，總氮排放標準提高至15mg/L;2007年，太湖流域開展一級A提標改造，一、二級水質總氮要求提高至10 mg/L ，其它級別總氮要求提高至12mg/L;2015年原環保部發布《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》(意見徵求稿)，提出特別排放限值;2012年起，以北京為代表的部分城市開始Ⅳ類水提標改造，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定總氮含量要維持在10mg/L以下，而生態環境較為敏感脆弱的地方，例如滇池，要求2020年達到Ⅳ類水標準，水質總氮則要低於1.5mg/L。

回顧上述歷程可發現，國內汙水處理標準發展趨勢逐漸從解決汙染物控制問題為主發展到以提高處理後汙水與環境相容性，減輕地表水負擔為主要目標。對水汙染治理領域的設計與技術從業者而言，愈加嚴格的排放標準成為了一項嚴峻的挑戰。

巨大挑戰之下，難題也應運而生。

陳家軻列舉了某市政汙水廠的例子，該汙水廠的進水總氮在3-50 mg/L之間，理想狀態下的出水總氮為10-15 mg/L，冬季可能會面臨總氮超過15 mg/L的情況，幾乎無法達到特別排放限值規定的10mg/L以下。

對此，陳家軻分析道，現在許多汙水處理都採用了A2/O工藝，A2/O工藝的本質邏輯是利用異養菌去除雜物，但是利用異養菌脫氮有兩大缺陷：首先，異養菌對各類汙染物都有去除效果，沒有專一性，無法深度去除;其次，碳源難以把控。脫氮過程中，碳源不足會導致脫氮除磷效率低，碳源過多則會造成COD超標。

A2/O工藝流程

清控環保目前業務主要分為六大板塊，總氮深度去除技術是其中之一。面對汙水處理脫氮難題，陳家軻介紹了清控環保提出的新型解決方案——硫自養反硝化脫氮工藝。

據陳家軻介紹，最早追溯到1977年，科學家發現硫可以用於脫氮，但這項技術並沒有被重視，因為A2/O工藝在很長時間內可以滿足當時的脫氮需求。硫自養工藝有一個特點：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類水標準不是問題。

與傳統反硝化深床濾池工藝相比，硫自養反硝化工藝有三大優勢：

1. 成本較低。硫自養反硝化工藝的投資成本價格在350-450元/噸左右，運營成本也低於傳統反硝化工藝。

2. 深度脫氮效果好。硫自養反硝化工藝的極限脫氮效果可以低於1.5mg/L，總氮負荷可以達到1-2kg/m3·d，根據一些專家的測試，總氮負荷極限甚至可以達到4kg/m3·d。

3. 停留時間短，硫自養反硝化工藝停留時間小於4小時。

根據清控環保的實驗數據顯示，進水氮濃度為300mg/L的工業廢水經過二級串聯反應，氮濃度可以基本下降到0mg/L的水平。陳家軻透露，目前清控環保也開始了對市政廢水的追蹤，經過一年的研發，進水氮濃度在6-16mg/L的市政廢水經過30分鐘左右的停留時間，總氮可以維持在4mg/L以下，如果將停留時間延長至1.5小時，總氮可穩定在2mg/L以下。

陳家軻介紹道，清控環保起初推出了硫自養反硝化工藝1.0，但是由於硫自養1.0工藝存在填充床初次投資成本高、硫顆粒反應面積小、反應器易堵塞等缺陷。基於此，經過研發換代，清控環保推出了硫自養2.0工藝，將原來的填充床形式升級為膨脹床形式，以硫粉代替硫顆粒，反應速度進一步提高。陳家軻透露：「硫自養2.0工藝在工業汙水處理中取得了不錯的效果：在汙水處理量為80t/d的制網廠案例數據中，進水總氮在30-50mg/L的汙水，出水總氮可以穩定在2-4mg/L;在汙水處理量為150t/d的電子廠中，進水總氮在60-70mg/L的汙水，出水總氮可以穩定在4-5mg/L。」

硫自養脫硝態氮工藝流程圖

最後，陳家軻預測未來提標改造的最佳脫氮除磷技術路線很可能是高密度沉澱池，標準工藝包是硫自養脫氮塔與磁混凝工藝的組合，通過這種技術路線，將達到極高的除氮除磷標準，實現極佳的出水水質。

更多嘉賓精彩觀點詳見：

【專題報導】2019（第十七屆）水業戰略論壇

編輯：汪茵

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