在污水里建了一支 “特種部隊”去凈水，同濟攻克高氨氮廢水脫氮難題丨新科普
“我們培育了一支‘源于污水、潔凈此水’的‘特種部隊’，讓它去潔凈污水，成功解決了高氨氮廢水脫氮這一世界性難題。”同濟大學環境科學與工程學院王亞宜告訴記者。這是什么特種部隊？原來，這是王亞宜教授團隊承擔完成的“高氨氮廢水厭氧氨氧化脫氮關鍵技術創新與應用”項目，該項目獲得了2020年度上海市技術發明獎一等獎。
眾所周知，氨氮廢水來源甚廣且排放量大，如化肥、焦化、石化、制藥、食品、垃圾填埋場等均產生大量高濃度氨氮廢水。大量氨氮廢水排入水體不僅引起水體營養化、造成水體黑臭，而且將增加給水處理的難度和成本，甚至對人群及生物產生毒害作用。
我國高氨氮廢水的氮含量高達400萬噸/年，占工業廢水氮含量的70%以上。同時，高氨氮廢水種類繁多，水質復雜，是水污染治理的焦點問題之一。因此，加大高氨氮廢水脫氮力度，是打贏“碧水攻堅戰”的關鍵任務。但高氨氮廢水氨氮濃度高、組分復雜，環境危害大，處理難度高，采用傳統脫氮工藝流程長，藥劑投加量大，處理能耗高，運行維護難，二次污染嚴重。因此，高氨氮廢水脫氮是污水處理領域的世界性難題，亟須開發低耗高效的脫氮新技術。
基于厭氧氨氧化菌定向培育理論的規模化培育技術。（來源：同濟大學）
荷蘭工程師吉伊斯·庫寧（gijs kuenen）1999年發現，屬于浮霉菌門的厭氧氨氧化菌可在無須碳源的條件下將氨氮轉化為氮氣。從此，對可在厭氧環境下“氧化”氨氮的厭氧氨氧化菌的探索利用漸成熱門話題。“但是，由于存在厭氧氨氧化菌富集難、反應器啟動慢，加上運行不穩定等技術瓶頸，厭氧氨氧化技術在高氨氮廢水領域的工程應用化道路十分難走。”王亞宜介紹。
王亞宜說，低碳時代的污水處理要把環境友好放在首位，因此尋找合適的武器十分重要。利用污水的高濃度氨氮特點，因水就材，從污水中培育一支低碳除氮“特種部隊”來，讓它在消滅“敵人”的同時，自身不斷發展壯大。經過反復論證、遴選，團隊得出厭氧氨氧化菌的高效選育具有理論上的可行性后，就開始了十多年的攻堅克難，潛心在污水中做錦繡文章。
“這就好比在污泥中設法培養了一支‘特種部隊’，去打另一支頑固不化的武裝力量——污水中高濃度氨氮。”王亞宜形象地解釋說，經過精心鍛造，這支特種部隊最后成了海軍陸戰隊。”
的確，十多年來，王亞宜教授團隊邁過了一道道坎兒、拿下一個個關隘，最終形成了擁有完全自主知識產權的厭氧氨氧化原創性技術體系。首創了厭氧氨氧化菌種規模化培育和脫氮功能菌群優化協作調控技術，開展了以厭氧氨氧化顆粒污泥反應器為核心的高氨氮廢水深度脫氮工程應用，首次成功解決了熱水解污泥消化液和垃圾滲瀝液處理的國際性難題。
項目組從理論創新、技術發明、設備研制、到工程應用，取得系列創新性成果。（來源：同濟大學）
王亞宜介紹，團隊發明了厭氧氨氧化菌快速定向選育與高豐度富集技術，實現了菌種規模化培育。該技術實現了厭氧氨氧化菌定向高效選育與動態膜高豐度富集，馴化周期縮短4倍；首創厭氧氨氧化顆粒快速形成及增強技術，顆粒化程度超過95%，強度提升2倍以上，實現厭氧氨氧化菌種的快速規模化培育。
同時，團隊還發明了多菌群協作優化的脫氮功能菌群調控技術，攻克了厭氧氨氧化快速啟動和穩定運行難題。團隊首創的aob（氨氧化細菌）淘汰nob（亞硝酸鹽氧化菌）半短程硝化調控技術，使亞硝酸鹽積累率高達90%以上；發明了溶解氧控制下的菌群優勢共生技術，自主研發了新一代一體化厭氧氨氧化顆粒污泥反應器，大大提高了總氮去除效率。
此外，經過數十年的努力，王亞宜團隊構建了以厭氧氨氧化顆粒污泥反應器為核心的高效深度脫氮工藝系統，并成功應用于熱水解污泥消化液和垃圾滲濾液等的脫氮處理，總氮去除率大于93%，且比傳統方法降低40%-50%的運行費用，大幅提升了我國高氨氮廢水的處理水平。
據悉，這一綠色生態項目成果已成功應用于蘇州、長沙、秦皇島、聯化科技山東平原基地、聯化科技鹽城基地、安徽昊源、陜西精益化工等多地的污泥消化液、垃圾滲濾液和煤化工等高氨氮廢水處理工程，應用總規模達6300噸/天，氮排放量減少2447噸/年，碳源節省100%，電耗節省50%。近三年直接經濟效益新增產值23055萬元，新增利潤5168.3萬元，新增稅收775萬元。
與此相適應，團隊共申請專利31項，其中授權發明專利23項；發表論文135篇，其中高水平論文81篇（他引2441次），專著2部。“項目成果顯著提升了我國高氨氮廢水處理技術水平，促進了污水處理與資源化的技術進步，整體達到國際先進水平。”業內專家評價說。
欄目主編：徐瑞哲
本文作者：李蕾 程國政
文字編輯：李蕾
題圖來源：同濟大學
上海市科學技術獎獲獎成果（2020年度）⑤ | 王亞宜團隊：在污水里建了一支 “特種部隊”去凈水
來源：新聞中心 時間：2021-07-05 瀏覽：2100
近日，我校環境科學與工程學院王亞宜教授團隊承擔完成的項目獲得2020年度上海市技術發明獎一等獎，項目名為“高氨氮廢水厭氧氨氧化脫氮關鍵技術創新與應用”。“我們培育了一支‘源于污水、潔凈此水’的‘特種部隊’，讓它去潔凈污水，成功解決了高氨氮廢水脫氮這一世界性難題。”王亞宜告訴記者。
我國高氨氮廢水的氮含量高達400萬噸/年，占工業廢水氮含量的70%以上。同時，高氨氮廢水種類繁多，水質復雜，是水污染治理的焦點問題之一。因此，加大高氨氮廢水脫氮力度，是打贏“碧水攻堅戰”的關鍵任務。但高氨氮廢水氨氮濃度高、組分復雜，環境危害大，處理難度高，采用傳統脫氮工藝流程長，藥劑投加量大，處理能耗高，運行維護難，二次污染嚴重。因此，高氨氮廢水脫氮是污水處理領域的世界性難題，亟需開發低耗高效的脫氮新技術。
荷蘭工程師吉伊斯·庫寧（Gijs Kuenen）1999年發現，屬于浮霉菌門的厭氧氨氧化菌可在無需碳源的條件下將氨氮轉化為氮氣。從此，對可在厭氧環境下“氧化”氨氮的厭氧氨氧化菌的探索利用漸成熱門話題。“但是，由于存在厭氧氨氧化菌富集難、反應器啟動慢，加上運行不穩定等技術瓶頸，厭氧氨氧化技術在高氨氮廢水領域的工程應用化道路十分難走。”王亞宜介紹。
王亞宜說，低碳時代的污水處理要把環境友好放在首位，因此尋找合適的武器十分重要。利用污水的高濃度氨氮特點，因水就材，從污水中培育一支低碳除氮“特種部隊”來，讓它在消滅“敵人”的同時，自身不斷發展壯大。經過反復論證、遴選，團隊得出厭氧氨氧化菌的高效選育具有理論上的可行性后，就開始了十多年的攻堅克難，潛心在污水中做錦繡文章。
“王老師，感覺您這項技術挺有意思：像是在污泥中設法培養了一支特種部隊，去打另一支頑固不化的武裝（污水中高濃度氨氮）。按照您的技術路線，這支特種部隊經過精心鍛造，最后成了海軍陸戰隊。”記者把自己的理解告訴王亞宜。
“您的理解是對的，我們就是這個思路。”王亞宜說，十多年來，團隊邁過了一道道坎兒、拿下一個個關隘，最終形成了擁有完全自主知識產權的厭氧氨氧化原創性技術體系。首創了厭氧氨氧化菌種規模化培育和脫氮功能菌群優化協作調控技術，開展了以厭氧氨氧化顆粒污泥反應器為核心的高氨氮廢水深度脫氮工程應用，首次成功解決了熱水解污泥消化液和垃圾滲瀝液處理的國際性難題。
圖1 基于厭氧氨氧化菌定向培育理論的規模化培育技術
王亞宜介紹，團隊發明了厭氧氨氧化菌快速定向選育與高豐度富集技術，實現了菌種規模化培育。該技術實現了厭氧氨氧化菌定向高效選育與動態膜高豐度富集，馴化周期縮短4倍；首創厭氧氨氧化顆粒快速形成及增強技術，顆粒化程度超過95%，強度提升2倍以上，實現厭氧氨氧化菌種的快速規模化培育。
發明了多菌群協作優化的脫氮功能菌群調控技術，攻克了厭氧氨氧化快速啟動和穩定運行難題。團隊首創的AOB（氨氧化細菌）淘汰NOB（亞硝酸鹽氧化菌）半短程硝化調控技術，使亞硝酸鹽積累率高達90%以上；發明了溶解氧控制下的菌群優勢共生技術，自主研發了新一代一體化厭氧氨氧化顆粒污泥反應器，大大提高了總氮去除效率。
構建了以厭氧氨氧化為核心的深度脫氮工藝體系并實現工程應用。團隊構建了以厭氧氨氧化顆粒污泥反應器為核心的高效深度脫氮工藝系統，并成功應用于熱水解污泥消化液和垃圾滲濾液等的脫氮處理，總氮去除率大于93%，且比傳統方法降低40%~50%的運行費用，大幅提升了我國高氨氮廢水的處理水平。
圖2 項目組歷經十余年產學研合作技術攻關，從理論創新、技術發明、設備研制、到工程應用，取得系列創新性成果
據悉，這一綠色生態項目成果已成功應用于蘇州、長沙、秦皇島、聯化科技山東平原基地、聯化科技鹽城基地、安徽昊源、陜西精益化工等多地的污泥消化液、垃圾滲濾液和煤化工等高氨氮廢水處理工程，應用總規模達6300噸/天，氮排放量減少2447噸/年，碳源節省100%，電耗節省50%。近三年直接經濟效益新增產值23055萬元，新增利潤5168.3萬元，新增稅收775萬元。
與此相適應，團隊共申請專利31項，其中授權發明專利23項；發表論文135篇，其中高水平論文81篇（他引2441次），專著2部。“項目成果顯著提升了我國高氨氮廢水處理技術水平，促進了污水處理與資源化的技術進步，整體達到國際先進水平。”業內專家評價說。（程國政）
