一、技术成果背景-国家的战略科技需求

p  国家总量控制战略所针对的水体污染物类型

p  有机型污染——导致水体发黑发臭

p  营养盐类污染——导致水环境的富营养化问题

p  国家“十一五”之前总量控制是COD，控源截污强化污水处理，目前基本解决了有机性污染物问题；

p  国家总量控制新战略

p  “十二五”期间污染总量控制从COD转变到对营养盐的控制，提出了氨氮总量控制的国家战略；

p  对敏感性大流域、湖泊、水库（三峡水库）、重点城市等对TN排放提出了新要求——趋向于地表水环境质量标准Ⅳ类水质。

—为了进一步遏制我国地表水环境的富营养化问题！

p  我国十一五重点完成点源控污之后的一类低有机污染水的排放(污水处理厂尾水/农业面源/城市面源等)问题、北方地下水——以硝酸盐氮为主的总氮超标成为我国水环境污染的突出问题。

p  地表水环境功能-城市河流、湖泊-氮素标准？

p  新的排放要求？-差距？

p  地表水环境质量保障

p  北方地下水的硝酸盐污染问题；

二、固相反硝化脱氮技术特色

p  污水处理过程：污染物的最终稳定化

p  传统的污水处理技术：首先是有机物的降解之后，才会发生氨氮的硝化过程，以及进一步的反硝化过程；

p  反硝化过程需要有一定比例的有机碳源才能完成反硝化生物脱氮过程（C/N比3-5:1）。

p  现有污水处理厂的脱氮工艺（A2/O、MBR）

——即使实施内碳源优化利用，也不能达到新提出的水质目标

p  生物脱氮原理

l  硝化：把NH₄^＋氧化成NO₃^-，硝化菌为自养型

l  反硝化：把NO₃^-还原为N₂，反硝化菌大多为异养型

p  技术难点

l  反硝化需要有机物

l  C/N失衡的低污染水，所含有机物无法满足反硝化碳源要求

p  现有技术方案

l  添加液体碳源，如甲醇，乙酸等

p  存在问题

l  系统的稳定运行和维护比较困难

容易造成液体碳源投加不足或者过量

p  必须突破低有机污染水之特征下的生物脱氮的技术瓶颈，而固体碳源反硝化生物脱氮是有效防治水环境氮素污染的前沿技术。

三、研究成果简介

–  3.1 固相碳源开发进展

ü  已开发出一系列新型固体碳源，多达40余种。

ü  固体碳源类型：颗粒态型、无纺布仿真水草型。

–  3.2 基于固相碳源的生物填充床反应器研究

p  通过序批实验对所开发的多系列固相碳源进行脱氮性能评价，筛选出适宜的固体碳源。在此基础上开展适宜固体碳源针对低有机污染水、较高TN等水质特征的生物填充床固相反硝化生物脱氮的工艺参数研究。

p  技术创新点：

p  所开发出一种全新的固相反硝化技术工艺适宜于低有机污染、高氮素排水的污染控制，研究成果是对传统反硝化工艺的进一步提高与创新，能为我国富营养化的氮素污染控制开辟新途径。

p  固相碳源的研发成果，为低污染水地表水环境的原位、易位高效脱氮以及为污水处理厂达到一级A标准的排水（TN≤15mg/L）的深度脱氮技术的工程应用（TN达到地表水Ⅳ类目标）提供了理论依据。

p  潜在的技术应用范围：

p  开发的颗粒固相碳源可直接应用于污水处理厂深度脱氮技术单元；

p  可将固相碳源开发为适宜于地表水环境（湖泊、水库、城市景观水环境等）原位、易位净化技术的脱氮生物载体，如颗粒碳源 、无纺布仿生水草；

p  以固相碳源作为模块化组合填料，可应用于多种生态型的水处理技术工艺，如多级土壤渗滤系统、人工湿地、生物滤床等强化其脱氮的能力，并实现真正意义上的生态型景观化的地表水环境易位处理技术。

–  3.3 基于固相碳源的多级土壤渗滤系统研究

n  SML、PL层填料筛选

n  净化机理-强化脱氮除磷研究

n  MSL空间结构、工艺参数优化

n  微生物群落结构功能解析

–  3.4 基于固相碳源的廊道式生物滤床研究

p  MSL系统存在问题：如何长效保证基于“砖砌”式内部空间结构形成的“好氧-厌氧”环境，维持吸附、矿化、硝化、反硝化、高效固磷等过程的顺利进行？如何保证多级土壤渗滤系统下层或沿水流方向反硝化脱氮的碳源不足导致脱氮效率不高的问题？

p  MSL系统技术改进策略：通过引入新型固相碳源强化固相反硝化生物脱氮的功能，通过多介质材料优化组合强化除磷的作用，突破低污染水的强化脱氮除磷技术，开发改良型多级土壤处理系统生态型景观化的低污染水强化脱氮除磷的技术工艺。

基于固相碳源O/A两级MSL系统处理受污染河水

n  生物滤床技术针对低有机污染、较高氮污染河水，需要在脱氮、防堵塞等方面进行技术改进。

–  3.5 基于固相碳源的工程化应用研究

隐含在新运粮河的“河长林”绿地内，位于昆安公路与积善路之间，紧邻新运粮河，占地面积5736m²，其中技术示范水处理设施占地约1000 m²，水处理规模总量约为2000 m³/d。

微曝气BAF-MSL（碳源A）工艺： 200-400 m³/d

微曝气BAF-MSL（碳源B）工艺： 400-800 m³/d

微曝气BAF-廊道式生物滤床工艺：400-800 m³/d

p  设计原水水质

COD： 20～60/40 mg/L

TN：15-25/20mg/L 

NH₄⁺-N：4-10/8.0 mg/L

TP:0.2-0.8/0.5 mg/L

p  单元工艺参数

BAF单元：气水比3-5:1;HRT0.5-1h

MSL单元： 2m³/m².d

生物滤床：HRT0.5-1h

工程化应用-净化效果

p  BAF+MSL工艺净化效果数据统计分析如右图所示，平均去除率分别为：

ü  COD>35%；

ü  TN>85%；

ü  TP>50%

p  “BAF+廊道式生物滤床” 净化效果数据统计分析如右图所示，平均去除率分别为：

ü  COD>30%；

ü  TN>85%；

ü  TP>50%

四、成果应用展望

p  作为固相碳源反硝化生物脱氮技术的突破，其潜在应用领域非常广泛，也是我国未来国家氮素控制战略的重要技术支撑。该技术可以拓展应用的领域有：

（1）污水处理厂排水的深度脱氮除磷处理；

（2）敏感大流域湖泊入湖河流、农业面源、城市面源低低污染的氮素控制；

（3）城市景观水环境的水质保障工程-富营养化控制问题。

（4）受硝酸盐氮污染的地下水脱氮