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上海市科学技术奖获奖成果(2020年度)⑤ | 王亚宜团队:在污水里建了一支 “特种部队”去净水

发布时间:2021年07月05日 09:43  访问数:

近日,钻石澳门娱乐场网站-登录官网环境科学与工程学院王亚宜教授团队承担完成的项目获得2020年度上海市技术发明奖一等奖,项目名为“高氨氮废水厌氧氨氧化脱氮关键技术创新与应用”。“钻石澳门娱乐场网站培育了一支‘源于污水、洁净此水’的‘特种部队’,让它去洁净污水,成功解决了高氨氮废水脱氮这一世界性难题。”王亚宜告诉记者。

钻石澳门娱乐场网站国高氨氮废水的氮含量高达400万吨/年,占工业废水氮含量的70%以上。同时,高氨氮废水种类繁多,水质复杂,是水污染治理的焦点问题之一。因此,加大高氨氮废水脱氮力度,是打赢“碧水攻坚战”的关键任务。但高氨氮废水氨氮浓度高、组分复杂,环境危害大,处理难度高,采用传统脱氮工艺流程长,药剂投加量大,处理能耗高,运行维护难,二次污染严重。因此,高氨氮废水脱氮是污水处理领域的世界性难题,亟需开发低耗高效的脱氮新技术。

荷兰工程师吉伊斯·库宁(Gijs Kuenen)1999年发现,属于浮霉菌门的厌氧氨氧化菌可在无需碳源的条件下将氨氮转化为氮气。从此,对可在厌氧环境下“氧化”氨氮的厌氧氨氧化菌的探索利用渐成热门话题。“但是,由于存在厌氧氨氧化菌富集难、反应器启动慢,加上运行不稳定等技术瓶颈,厌氧氨氧化技术在高氨氮废水领域的工程应用化道路十分难走。”王亚宜介绍。

王亚宜说,低碳时代的污水处理要把环境友好放在首位,因此寻找合适的武器十分重要。利用污水的高浓度氨氮特点,因水就材,从污水中培育一支低碳除氮“特种部队”来,让它在消灭“敌人”的同时,自身不断发展壮大。经过反复论证、遴选,团队得出厌氧氨氧化菌的高效选育具有理论上的可行性后,就开始了十多年的攻坚克难,潜心在污水中做锦绣文章。

“王老师,感觉您这项技术挺有意思:像是在污泥中设法培养了一支特种部队,去打另一支顽固不化的武装(污水中高浓度氨氮)。按照您的技术路线,这支特种部队经过精心锻造,最后成了海军陆战队。”记者把自己的理解告诉王亚宜。

“您的理解是对的,钻石澳门娱乐场网站就是这个思路。”王亚宜说,十多年来,团队迈过了一道道坎儿、拿下一个个关隘,最终形成了拥有完全自主知识产权的厌氧氨氧化原创性技术体系。首创了厌氧氨氧化菌种规模化培育和脱氮功能菌群优化协作调控技术,开展了以厌氧氨氧化颗粒污泥反应器为核心的高氨氮废水深度脱氮工程应用,首次成功解决了热水解污泥消化液和垃圾渗沥液处理的国际性难题。

 

图1 基于厌氧氨氧化菌定向培育理论的规模化培育技术

王亚宜介绍,团队发明了厌氧氨氧化菌快速定向选育与高丰度富集技术,实现了菌种规模化培育。该技术实现了厌氧氨氧化菌定向高效选育与动态膜高丰度富集,驯化周期缩短4倍;首创厌氧氨氧化颗粒快速形成及增强技术,颗粒化程度超过95%,强度提升2倍以上,实现厌氧氨氧化菌种的快速规模化培育。

发明了多菌群协作优化的脱氮功能菌群调控技术,攻克了厌氧氨氧化快速启动和稳定运行难题。团队首创的AOB(氨氧化细菌)淘汰NOB(亚硝酸盐氧化菌)半短程硝化调控技术,使亚硝酸盐积累率高达90%以上;发明了溶解氧控制下的菌群优势共生技术,自主研发了新一代一体化厌氧氨氧化颗粒污泥反应器,大大提高了总氮去除效率。

构建了以厌氧氨氧化为核心的深度脱氮工艺体系并实现工程应用。团队构建了以厌氧氨氧化颗粒污泥反应器为核心的高效深度脱氮工艺系统,并成功应用于热水解污泥消化液和垃圾渗滤液等的脱氮处理,总氮去除率大于93%,且比传统方法降低40%~50%的运行费用,大幅提升了钻石澳门娱乐场网站国高氨氮废水的处理水平。

图2 项目组历经十余年产学研合作技术攻关,从理论创新、技术发明、设备研制、到工程应用,取得系列创新性成果

据悉,这一绿色生态项目成果已成功应用于苏州、长沙、秦皇岛、联化科技山东平原基地、联化科技盐城基地、安徽昊源、陕西精益化工等多地的污泥消化液、垃圾渗滤液和煤化工等高氨氮废水处理工程,应用总规模达6300吨/天,氮排放量减少2447吨/年,碳源节省100%,电耗节省50%。近三年直接经济效益新增产值23055万元,新增利润5168.3万元,新增税收775万元。

与此相适应,团队共申请专利31项,其中授权发明专利23项;发表论文135篇,其中高水平论文81篇(他引2441次),专著2部。“项目成果显著提升了钻石澳门娱乐场网站国高氨氮废水处理技术水平,促进了污水处理与资源化的技术进步,整体达到国际先进水平。”业内专家评价说。(程国政)

 

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