Ø 研发背景
随着城市化进程不断加快、生活污水排放量和富营养化物质增多,湖泊、水库富营养化日益严重。目前各相关部门已要求污水处理厂首先利用生物脱氮除磷,然后才能将污水排入受纳水体,以防污染环境。生物反硝化脱氮是高效的脱氮技术,目前在污水处理领域有着广泛的应用。反硝化脱氮是指在缺氧条件下,以有机碳源作为电子供体、硝态氮作为电子受体,将亚硝氮或硝氮还原为气态氮,实现氮去除的过程,即NO3- →NO2- →N2。
然而,不同外加碳源的反硝化效果亦存在差异,主要体现在反硝化速率上。有学者考察了乙酸、甲醇和葡萄糖等碳源的反硝化效果,但结论不尽一致。由于反硝化菌针对不同碳源的代谢途径不同,产生的能量和细胞产率也不同。如果代谢途径复杂,则反硝化速率将会受到影响;如果细胞产率高,即碳源转化为微生物细胞的比例高,则达到相同反硝化效果时消耗的碳源量相应也多。另外,针对作为碳源的不同基质,微生物对基质的适应情况可能不同,有的基质投加后很快即能被微生物利用,表现出明显的脱氮效果,而其它基质,微生物可能需要较长的适应时间。因此,碳源的成分、品质对优化反硝化过程具有重要意义。下表1 汇总了目前市场上常用的反硝化碳源,其优缺点如下表所示:
表1 市场上常用的反硝化碳源汇总表
| 三水乙酸钠(工业级) | 液体乙酸钠 | 甲醇 | 乙酸 | 葡萄糖 | |
|---|---|---|---|---|---|
| 价格(元/吨) | 3400 | 2300 | 4000 | 3800 | 3200 |
| 含量(%) | 45%~65% | 10%~25% | 99% | 80~95% | 99% |
| 理化性质 | 透明晶体,有弱酸味 | 无色液体,无味 | 无色液体,有异味,易燃,有毒 | 液体,刺激性气味,强腐蚀性 | 白色粉末,无味 |
| COD(mg/L) | 30w~40w | 10w~20w | ≥100w | ≥90w | 80w~90w |
| 存储要求 | 防潮 | 无特殊要求 | 防火防爆措施、泄漏应急措施 | 防火防爆措施、耐腐蚀槽罐 | 防潮 |
| 运输要求 | 无特殊要求 | 无特殊要求 | 要求较高、防暴晒、高温、雨淋 | 需要耐腐蚀槽罐 | 无特殊要求 |
| 优点 | 起效快 | 起效快 | 起效快 | 起效快 | 运输方便 |
| 缺点 | 成本略高,增加污水盐度,易结晶 | 成本高、易析出晶体,提供的 COD 少 | 成本高、属危险管制品 | 成本高、属危险管制品 | 成本高、可能导致污泥膨胀 |
在此背景下,普罗生物研发团队创新性的研制了反硝化脱氮复合碳源产品——高效碳源(Pro-C)。该产品主要是由多糖物质水解发酵后的糖类物质为基础原料,可以完全取代市场上现有的传统外加碳源药剂,确保活性污泥适应性的同时,避免了高成本、低脱氮效率、不达标等风险,大幅度提高了反硝化脱氮效率,降低了污水厂的运营成本。
Ø 产品介绍
高效碳源Pro-C是针对污水处理研发的高效液体碳源,是一种安全性高、非危险性、无毒、绿色、无腐蚀、无挥发、经济型的产品,是市场上具有极高性价比的无害碳源。环境适应力强,活性污泥适应快,启动迅速。
Pro-C以糖类物质为基础原料,并采用普罗促生技术和微碳技术研制而成,具有稳定的COD当量,可广泛应用于污水处理系统中,以解决碳源不足而导致的出水NOx-N偏高问题,提高污水处理系统的反硝化能力,同时对强化生物除磷也有很好的效果。
该产品通常用于缺氧池,反硝化滤池等缺氧区域,也可用于为厌氧反应器或者好氧反应器提供碳源。
Ø Pro-C产品机理
Pro-C之所以能够替代传统的碳源,是因为其高效的碳利用效率及多样性的生化途径。主要体现在以下方面:
高效的碳利用效率
高效碳源为可再生物质发酵而成,绿色环保。Pro-C 作为反硝化碳源,功能性组分丰富,有利于不同菌属的反硝化菌吸收利用,Pro-C 利用效率可达100%。
1、Pro-C中的主要成分为小的极性分子,极易扩散,通过生物膜,吸收效率远大于大的极性分子。
2、Pro-C中的主要成分容易形成DHA-P(二羟基丙酮磷酸)。DHA-P是脱氮除磷的关键物质,相比其它碳源,缩短了这些物质转化成DHA-P的代谢时间,间接的提高了生化系统脱氮除磷的效率。
3、Pro-C在微生物细胞内代谢途径具有多样性。
多样性的生化途径
下表是不同碳源在微生物体内的生化途径及新陈代谢关键步骤:
| 碳源(Carbon Source) | 生化途径(Biochemical pathways) | 新陈代谢关键步骤(Key steps of metabolism) | 涉及的酶(Enzymes involved) |
|---|---|---|---|
| 高效碳源(Pro-C) | 丝氨酸途径/糖酵解/三羧酸循环 | 多样性 | 多样性 |
| 甲醇(Methanol) | 丝氨酸途径/三羧酸循环 | 甲醇→甲醛→丝氨酸途径→乙酰辅酶A→三羧酸循环 | α-酮戊二酸脱氢酶、TCA相关的酶 |
| 乙酸钠(Sodium Acetate) | 三羧酸循环 | 乙酸根→三羧酸循环 | 柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶等 |
| 乙醇(Ethanol) | 三羧酸循环 | 乙醇→乙醛→乙酸→三羧酸循环 | 乙醇脱氢酶、乙醛脱氢酶等 |
Pro-C在细胞体内进行反硝化时作为电子供体,NOx-N为电子受体,其生化途径具有多条途径,不会受到某些途径中关键酶的影响,降低了碳源用于其它代谢途径的损耗。
Pro-C强化生物除磷机理
在厌氧环境下,有机物通过发酵得到乙酸盐和丙酸盐,同时将VFAs转化成PAH,并伴随着正磷盐的释放。其次,厌氧条件下,无论是否有正磷盐的释放,有机大分子都将最终被转化成PAH,Pro-C通过促进聚磷菌和反硝化聚磷菌在厌氧、好氧交替状态下迅速生长,使其好氧吸磷量大大超过厌氧释磷量,即增强微生物对磷的内吸收,并在好氧末端通过对富磷污泥的排放,达到除磷的效果。
Ø Pro-C产品技术参数
| 产品名称 | 检测项目 | 单位 | 技术要求 |
|---|---|---|---|
| 高效碳源Pro-C | 外观 | —— | 黄褐色液体 |
| 密度 | kg/L | 1.0-1.3 | |
| pH | —— | 5-7 | |
| COD值 | mg/L | ≥400,000 | |
| 干物 | % | 30~50 | |
| 总糖 | % | 11.0~20.0 | |
| 乳糖 | % | 0.7~4.5 | |
| 氨氮 | mg/L | <10 | |
| 总氮 | % | <0.01 | |
| 凝固点 | ℃ | -25-0 | |
| 毒理性 | —— | 无毒无害 |
Ø 产品适用范围
Pro-C是具有一定黏度的液态碳源产品,无需新建加药罐体管道,企业可直接投加使用,减少加药成本,简化加药间操作流程。
Pro-C适用于以下工况
| 1、 污水处理生化段快速启动 | 2、 反硝化脱氮 |
|---|---|
| 3、 增强生物除磷(EBPR) | 4、 提高B/C |
| 5、 寒冷天气稳定运行 |
产品特点
| 1、 性价比高、吨水成本低 | 2、 非危化品、易于储存 |
|---|---|
| 3、 投加方便、货到可用 | 4、 凝固点低、低温无忧 |
| 5、 复合配比、多样性强 | 6、 强化活性、快速启动 |
安全性
²无传统化学品如甲醇的易燃性和毒性问题
²与安装易燃液体储存和进料系统相比,可节省投资成本
操作性
² 无需新增配药及储药装置
²产品到达现场直接投加,操作简单、储存方便
稳定性
² 稳定的化学需氧量(COD)值
²在长期储存期间无降解
Ø 使用案例
² 案例一
| 客户名称 | 宁波某大型市政污水处理厂 |
|---|---|
| 处理工艺 | A2O + 二沉池 |
| 处理水量 | 10万 m3/d |
| 使用产品 | 高效碳源 |
| 解决问题 | 1、替代乙酸钠溶液,且不影响周边环境;2、进水总氮20-30mg/L,出水数据满足国家一级排放A标准;3、使用效果不比醋酸钠差;4、不影响工艺参数的调整,不增加操作难度。 |
使用效果(出水总氮、COD均稳定达标)
² 案例二
| 客户名称 | 山东某大型粮油企业 |
|---|---|
| 处理工艺 | 调节池-两级USFB- AO -二沉池 |
| 处理水量 | 二期 6000 m3/d |
| 使用产品 | 高效碳源、反硝化菌 |
| 解决问题 | 1、加强反硝化能力;2、进水总氮200-400mg/L,二沉池出水总氮要求< 70mg/L;3、无需改造。 |
使用效果(出水总氮逐步下降,并保持出水稳定达标)
² 案例三
| 客户名称 | 山东某特种纸企业 |
|---|---|
| 处理工艺 | A2O + 接触氧化池 |
| 处理水量 | 8500 m3/d |
| 使用产品 | 高效碳源 |
| 解决问题 | 1、替代葡萄糖;2、进水总氮30-50mg/L,确保总氮低于15mg/L;3、无需改造;4、减少劳动力成本。 |
使用效果(完全替代葡萄糖,出水总氮明显降低)
| 所用碳源 | 日期 | 总氮(mg/L) | ||
|---|---|---|---|---|
| 进水 | 二沉池 | 二沉出水均值 | ||
| 葡萄糖3 t/d | 10月22日 | 35.6 | 24.5 | 22.0 |
| 10月26日 | 39.0 | 20.1 | ||
| 10月27日 | 40.6 | 21.4 | ||
| 高效碳源1.7 t/d | 10月31日 | 22.8 | 15.4 | 13.6 |
| 11月1日 | 53.9 | 19.8 | ||
| 11月2日 | 40.8 | 13.8 | ||
| 11月14日 | 49.9 | 11.1 | ||
| 11月17日 | 39.2 | 10.3 | ||
| 11月22日 | 36.6 | 11.9 | ||
| 11月25日 | 39.1 | 13.1 |