能源自给型自养脱氮新工艺及其机理研究

Through the development of an energy self-sufficiency autotrophic nitrogen wastewater treatment process, to achieve energy-saving city sewage treatment efficiency, low carbon operation. The development and utilization of the city sewage treatment technology and sewage self energy was researched. In this study, shortcut nitrification - anaerobic ammonia oxidation technology was used in the city sewage treatment. The synergy between ammonia oxidizing bacteria, anaerobic ammonia oxidation bacteria, bacteria and other bacteria was explored. The anaerobic ammonia oxidation bacteria low ammonia wastewater treatment engineering training system in-depth study, and the control strategy of city sewage stable realize half of shortcut nitrification and denitrification was established. The shortcut nitrification - anaerobic ammonia oxidation treatment of city sewage (low ammonia wastewater) new technology and its control strategy was formatted. In addition, during the research process, the application of sewage source heat pump technology in energy saving of wastewater treatment process. Reduce the use of energy and the external energy in the wastewater treatment process. The research has important significance for energy-saving sewage treatment technology, efficient operation, and reducing the air pollution etc.

通过开发一种能源自给型自养脱氮污水处理新工艺，从城市污水处理技术的革新和污水自身能源的开发利用两方面入手，实现城市污水处理的节能高效、低碳运行。本研究将短程硝化-厌氧氨氧化技术应用于城市污水处理，通过分子生物学手段，探索氨氧化菌、厌氧氨氧化菌、发酵菌等多种菌群之间的协同作用，通过优势菌群筛选、生境控制等方面的摸索，对厌氧氨氧化菌处理低氨废水的工程化培育体系进行深入研究，建立城市污水实现半短程硝化控制策略。对厌氧氨氧化自养脱氮技术进一步创新性研究和应用，形成短程硝化-厌氧氨氧化处理城市污水（低氨废水）新技术及其策略平台。此外，本课题研究过程中，将污水热泵技术应用于新式节能污水处理工艺中，高效利用城市污水中蕴含的大量清洁能源，降低污水处理能耗，减少外部能源的使用，从而相应降低COX、NOX、SOX及粉尘污染物的产生量，降低污水处理所产生的二次污染，对污水处理工艺的节能减排具有重要的现实意义。

本项目将污水热泵与ANAMMOX这一节能污水处理工艺相结合，减少了外加能源的消耗，又可充分利用污水自身的清洁能源，具有显著的社会和经济效益。目前，该工艺已取得了一系列的研究结果：.(1) 以城市污水为研究对象，确定了厌氧氨氧化菌的快速培养和富集的模式为好氧曝气、下向流硝化过程向厌氧氨氧化过程转化和下向流完全厌氧氨氧化的三阶段运行模式，可快速实现NH4+-N和NO2--N去除率均达到90%以上的高效厌氧氨氧化反应器。并考察了温度、IC、反冲洗等边界条件和NO2--N、TOC等抑制因素对厌氧氨氧化菌的活性状态的影响，确定了工程化培育的最佳工艺参数；.(2) 以城市污水为研究对象，通过控制不同边界条件（pH、DO和温度）和运行方式（曝气和挂膜），确定了短程硝化快速启动和稳定运行的关键控制参数。并考察了pH和温度的对好氧氨氧化菌的活性状态的影响，确定了工程化培育的最佳工艺参数；.(3) 建立了亚硝化及硝化过程、厌氧氨氧化过程的面向生物脱氮过程动力学模型，能够准确的模拟从启动到稳定运行的变化趋势。考察了不同运行条件（DO、HRT、SRT）下短程硝化与厌氧氨氧化的稳定性及其不同耦合方式的优劣，建立了可靠的城市污水短程硝化-ANAMMOX的控制策略。.(4)通过质量和能量守衡关系式，建立了污水源热泵系统的静态仿真模型，通过模型求解，从理论上揭示出该系统的静态热力特性；调入建筑物冷负荷或热负荷、运行初始时刻冷冻水和冷却水的进口温度，即可通过仿真软件计算出污水源热泵系统的典型部件进出口制冷剂、污水、中介水物性参数及系统热能和功量参数、COP、IPLV等。.(5)与传统硝化反硝化脱氮技术相比，短程硝化—厌氧氨氧化新型脱氮技术可以节省57.7%的曝气量和100%的碳源需求，同时污泥减量达到72.4%，是一种高效节能降耗的脱氮工艺。.本项目按要求完成了考核指标，取得了以下研究成果：.(1) 发表论文3篇，包括1篇SCI和2篇中文核心；.(2) 专利授权2项，其中发明专利1项，实用新型专利1项。