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      近日，北京排水集團建設的國際首座城市污水厭氧氨氧化項目通過技術成果鑒定，成為國際上率 先建成并成功運行的一座典型城市污水厭氧氨氧化工程項目，研究成果達到國際領 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 次實現(xiàn)紅菌工業(yè)化培養(yǎng)、在多種復雜高氨氮廢水中進行紅菌項目的推廣應用之后，又在城市污水處理中率 先建成厭氧氨氧化示范工程。市排水集團表示，下一步將逐步推動“紅菌”技術在污水處理領域的應用。

“紅菌”技術可節(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可提升載體模塊。工作人員搖動搖柄，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帶頭人張樹軍解釋說。

      據(jù)張樹軍介紹，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排入水體中，會導致水體黑臭、水華、赤潮等環(huán)境污染，因此，脫氮是水污染防治的重點和難點?！皞鹘y(tǒng)的生物脫氮工藝，需要多種菌接力棒似的參與，反應途徑很長；而厭氧氨氧化技術（即“紅菌”技術），不僅能夠將原來冗長的脫氮途徑大大縮短，而且無需投加碳源，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，是污水處理領域實現(xiàn)‘雙碳’目標的高科技利器?！睆垬滠娬f，其團隊對于紅菌的研究已經(jīng)歷了17年的“長跑”。

自由研究成果達國際領 先水平

       2006年，北京排水集團就把“紅菌”技術作為1號研發(fā)課題。然而，當時國內只有少數(shù)科學家在進行相關小試和機理研究，基礎研發(fā)和工程化的難度極大。沒有菌種，沒有技術，沒有配套設備，想要獨立研發(fā)紅菌脫氮技術是從零開始?！凹t菌本身很難富集培養(yǎng),當時想向別的單位借‘種’，人家也只是讓我們看看，壓根舍不得,真是‘一粒難求’。”張樹軍回憶說，為盡快掌握紅菌培養(yǎng)方法，張樹軍在簡陋的鐵皮房里爭分奪秒開始了對培養(yǎng)器的pH值、氨氮、總氮等20余項指標的連續(xù)測量，并根據(jù)試驗結果改造培養(yǎng)器，優(yōu)化培養(yǎng)條件。就這樣日復一日，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”只是技術攻關的第一步，從2009年起，集團繼續(xù)加快研發(fā)的腳步，實現(xiàn)了一系列的首 次突破。在國內率 先突破紅菌工程化培養(yǎng)瓶頸，同時首 次實現(xiàn)紅菌工業(yè)化培養(yǎng)，建成全球最大的菌種基地;打造出純中國制造的RENOCAR?紅菌脫氮技術；并獲得“華夏建設科技進步一等獎”，技術成果達到國際領 先水平。

      這之后，北京排水集團開始嘗試在垃圾滲濾液、工業(yè)廢水等多種復雜高氨氮廢水中進行了紅菌技術的推廣應用，并取得了成功,實現(xiàn)了污水“紅菌”脫氮的產(chǎn)業(yè)化跨越。

方莊項目實現(xiàn)長期穩(wěn)定運行

      與上述高氨氮廢水相比，城市污水中的氨氮含量并沒有那么高，實現(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用紅菌脫氮，成為了北京排水集團新的課題。于是，2017年，當國內外在城市污水紅菌脫氮方面的研究仍處于實驗室階段，未見工程案例報道之際，北排在方莊污水廠建設了城市污水紅菌實際工程項目?！俺鞘形鬯坛滔趸€(wěn)定維持”、“低基質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”等國際公認的技術難題一一被攻克?！凹t菌主要吃兩種東西：氨氮和亞硝，在低溫的時為了讓它在載體上能持留、不脫落還能生長，就必須想辦法把它愛吃的送到嘴邊上。池子里‘咕嘟’冒著泡正是通過曝氣的方式將兩種物質送到紅菌的載體上，讓其能吃飽、富集。”張樹軍介紹說，在摸索的過程中是動足了腦筋。像剛開始給紅菌“喂食”時是通過攪拌的方式，但攪拌不充分，“營養(yǎng)”送不到嘴邊，之后才改為曝氣；而紅菌生長的載體也是一改再改：由球狀變成板狀，又變成長出很多翅膀的六邊形，以避免紅菌富集后將表面擋死，污水進不去。

      據(jù)悉，經(jīng)過三個冬季低溫期考驗，目前方莊的項目實現(xiàn)了長期穩(wěn)定運行，出水總氮平均值為4.21mg/L，最 低達0.46 mg/L，遠低于北京市地標B（DB11 890-2012）出水總氮15mg/L的要求。同時，與傳統(tǒng)生物處理工藝相比較，無需外加碳源，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。北京市重大科技項目驗收后評價其為：“國際上率 先建成并成功運行一座典型的城市污水厭氧氨氧化示范工程，研究成果達到國際領 先水平?！?br />

      北京排水集團表示，城市污水“紅菌”技術為我國大規(guī)模的城鎮(zhèn)污水處理廠提供了全新的升級換代技術，具有極大的市場應用前景，開啟了污水處理新紀元，下一步，將積極逐步推動該技術在污水處理領域的應用。

什么是厭氧氨氧化？

      厭氧氨氧化Anammox是在無氧條件下，以氨為電子供體、亞硝酸為電子受體，產(chǎn)生氮氣和硝酸的生物反應。Anammox包括兩個過程：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的比例反應生成氮氣，并把產(chǎn)生的能量以ATP的形式儲存起來；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合成細胞物質，并在這一過程中產(chǎn)生硝酸鹽。厭氧氨氧化菌 (Anaerobic ammonia oxidation bacteria, AnAOB，我們俗稱紅菌) 是厭氧氨氧化的實施者。

NH4++ NO2-= N2+ 2H2O，ΔG=-358kg/mol

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

      在這過程中，大約89%的無機氮都將被轉化產(chǎn)生氮氣，另外11%的無機氮被轉化為硝酸鹽氮，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優(yōu)勢，其曝氣能耗只有傳統(tǒng)工藝的55-60%;該工藝幾乎無需碳源，如果為了去除硝酸鹽產(chǎn)物需要在厭氧氨氧化過程中投加碳源，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，厭氧氨氧化工藝的污泥產(chǎn)量也遠低于傳統(tǒng)脫氮工藝，這將顯著降低剩余污泥的處理和處置成本。




來源 | 北京青年報、環(huán)保工程師