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氨氮超标?你应该知道这些!

4月10日16时25分,清源环保公益微博发布消息称,山东省重点监控企业自行监测信息公开平台上显示,诸城市昌城镇污水处理厂,其总排口氨氮2021.04.10疑似超标排放。  4月10日20时32分,诸城市环境保护局在此条微博内回复称,经查,该公司在线监控设备超标原因为该公司2号风机于4月9日22:00时电机轴承损坏,曝气量下降,氨氮处理不彻底,导致数据超标。经紧急抢修后,故障排除,出水氨氮于4月10日16时稳定达标。  氨氮超标?你应该知道这些!   一、硝化反应影响因素   1、污泥负荷F/M和泥龄SRT   生物硝化属低负荷工艺,F/M一般都在0.15kgBOD/(kgMLVSS·d)以下。负荷越低,硝化进行得越充分,NH3-N向NO3—-N转化的效率就越高。有时为了使出水NH3-N非常低,甚至采用F/M为0.05kgBOD/(kgMLVSS·d)的超低负荷。   与低负荷相对应,生物硝化系统的泥龄SRT一般较长,这主要是因为硝化细菌增殖速度较慢,世代期长,如果不保证足够长的SRT,硝化细菌就培养不起来,也就得不到硝化效果。实际运行中,SRT控制在多少,取决于温度等因素。但一般情况下,要得到理想的硝化效果,SRT至少应在15d以上。   2、回流比R与水力停留时间T   生物硝化系统的回流比一般较传统活性污泥工艺大。这主要是因为生物硝化系统的活性污泥混合液中已含有大量的硝酸盐,如果回流比太小,活性污泥在二沉池的停留时间就较长,容易产生反硝化,导致污泥上浮。   生物硝化系统曝气池的水力停留时间Ta一般也较传统活性污泥工艺长,至少应在8h之上。这主要是因为硝化速率较有机污染物的去除速率低得多,因而需要更长的反应时间。   3、溶解氧DO   硝化工艺混合液的DO应控制在2.0mg/L,一般在2.0~3.0mg/L之间。当DO小于2.0mg/L时,硝化将受到抑制;当DO小于1.0mg/L时,硝化将受到完全抑制并趋于停止。生物硝化系统需维持高浓度DO,其原因是多方面的。首先,硝化细菌为专性好氧菌,无氧时即停止生命活动,不像分解有机物的细菌那样,大多数为兼性菌。其次,硝化细菌的摄氧速率较分解有机物的细菌低得多,如果不保持充足的氧量,硝化细菌将“争夺”不到所需要的氧。另外,绝大多数硝化细菌包埋在污泥絮体内,只有保持混合液中较高的溶解氧浓度,才能将溶解“挤入”絮体内,便于硝化菌摄取。   一般情况下,将每克NH3-N转化成NO3-N约需氧4.57g,对于典型的城市污水,生物硝化系统的实际供氧量一般较传统活性污泥工艺高50%以上,具体取决于进水中的TKN浓度。   4、硝化速率   生物硝化系统一个专门的工艺参数是硝化速率,系指单位重量的活性污泥每天转化的氨氮量,一般用NR表示,单位一般为gNH3-N/(gMLVSS·d)。NR值的大小取决于活性污泥中硝化细菌所占的比例,温度等很多因素,典型值为0.02gNH3-N/(gMLVSS·d),即每克活性污泥每天大约能将0.02gNH3-N转化成NO3—-N。   5、BOD5/TKN对硝化的影响   TKN系指水中有机氮与氨氮之和。入流污水中BOD5与TKN之比是影响硝化效果的一个重要因素。BOD5/TKN越大,活性污泥中硝化细菌所占的比例越小,硝化速率NR也就越小,在同样运行条件下硝化效率就越低;反之,BOD5/TKN越小,硝化效率越高。典型城市污水的BOD5/TKN大约为5-6,此时活性污泥中硝化细菌的比例约为5%;如果污水的BOD5/TKN增至9,则硝化菌比例将降至3%;如果BOD5/TKN减至3,则硝化细菌的比例可高达9%。其次,BOD5/TKN变小时,由于硝化细菌比例增大,部分会脱离污泥絮体而处于游离状态,在二沉池内不易沉淀,导致出水混浊。综上所述,BOD5/TKN太小时,虽硝化效率提高,但出水清澈度下降;而BOD5/TKN太大时,虽清澈度提高,但硝化效率下降。因而,对某一生物硝化系统来说,存在一个最佳BOD5/TKN值。很多处理厂的运行实践发现,BOD5/TKN值最佳范围为2~3。   6、pH和碱度对硝化的影响   硝化细菌对pH反应很敏感,在PH为8~9的范围内,其生物活性最强,当PH<6.0或>9.6时,硝化菌的生物活性将受到抑制并趋于停止。在生物硝化系统中,应尽量控制混合液的pH大于7.0,当pH<7.0时,硝化速率将明显下降。当pH<6.5时,则必须向污水中加碱。   混合液pH下降的原因可能有两个,一是进水中有强酸排入,导致入流污水pH降低,因而混合液的pH也随之降低。如果无强酸排入,正常的城市污水应该是偏碱性的,即pH一般都大于7.0,此时混合液的pH则主要取决于入流污水中碱度的大小。由硝化反应方程可看出,随着NH3-N被转化成NO3-N,会产生出部分矿化酸度H+,这部分酸度将消耗部分碱度,每克NH3-N转化为NO3-N约消耗7.14g碱度(以CaCO3计)。因而当污水中的碱度不足而TKN负荷又较高时,便会耗尽污水中的碱度,使混合液pH降低至7.0以下,使硝化速率降低或受到抑制。   7、有毒物质对硝化的影响   某些重金属离子、络合阴离子、氰化物以及一些有机物质会干扰或破坏硝化细菌的正常生理活动。当这些物质在污水中的浓度较高,便会抑制生物硝化的正常运行。例如,当铅离子大于0.5mg/L、酚大于5.6mg/L、硫脲大于0.076mg/L时,硝化均会受到抑制。有趣的是,当NH3-N浓度大于200mg/L时,也会对硝化过程产生抑制,但城市污水中一般不会有如此高的NH3-N浓度。  8、温度对硝化的影响   硝化细菌对温度的变化也很敏感。在5~35℃的范围内,硝化细菌能进行正常的生理代谢活动,并随温度的升高,生物活性增大。在30℃左右,其生物活性增至最大,而在低于5℃时,其生理活动会完全停止。在生物硝化系统的运行管理中,当污水温度在16℃之上时,采用8~10d的泥龄即可;但当温度低于10℃时,应将泥龄SRT增至12~20d。   二、影响硝化细菌生长和硝化效率的化学物质   1、无机氮类化合物   1)主要是游离氨(FA):游离氨的抑制作用对2类硝化细菌是不同的,对亚硝酸菌,FA的抑制质量度范围是10一150mg/L,而对硝酸菌,这个范围仅仅为0.1一1.0mg/L。   2)游离态的亚硝酸:在水中亚硝酸根以游离态和离子态两种形式存在。游离态的亚硝酸是硝化细菌的主要基质,同时也是亚硝酸盐氧化菌的抑制剂。游离态的亚硝酸对氨氧化细菌、亚硝酸盐氧化菌的生长、繁殖均具有一定的毒性,游离态的亚硝酸对亚硝酸细菌的抑制浓度为0.06mgN/L,对硝酸细菌也有抑制作用,抑制浓度为2.8mgN/L。相对于亚硝化细菌,硝化细菌有更强的适应性。   2、消毒剂   1)氯酸盐:开始抑制浓度(以氯酸钾为例)约为0.001一0.01mmol/L(约为0.1225-1.225mg/L);完全抑制浓度以ClO3-浓度计为1一10mmol/L时,硝化菌被完全抑制。   2)亚氯酸盐:亚氯酸盐浓度为3mmol/L时,硝酸菌能完全被抑制。   3、(重)金属类   当水中受到Cr、Cd、Cu、Zn、Pb、Ag、As等重金属污染过高时,硝化作用会受到抑制,其原因可能是重金属对硝化过程中的酶活性产生影响,从而影响硝化细菌的转录等正常的生理过程,导致硝化菌硝化效率下降甚至死亡。   有学者Hg主要表现为抑制生物大分子如蛋白质和核酸的合成,致突变效应,停止细胞分裂,抑制生物氧化及运动性。Pb可造成细胞膜损伤,破坏营养物质的运输。Cd致突变效应,导致DNA链断裂。高浓度Mn干扰细胞对Mg(Ⅱ)的运输。铜离子螯合巯基,干扰细胞蛋白质或酶的结合;六价铬通过细胞膜的硫酸盐通道进入细胞,细胞质内六价铬还原成三价铬时产生的氧化应激,造成蛋白质和DNA损伤。部分重金属对硝化的抑制作用效果大致如下:EC50:半数效应浓度,引起受试对象50%个体产生一种特定效应的药物剂量。   IC50:半数抑制浓度,一种药物能将细胞生长、病毒复制等抑制50%所需的浓度。   4、苯酚   苯酚对硝化有抑制作用,该抑制属非竞争性抑制,是可逆的。苯酚2,4-二氯酚共存时产生叠加抑制效应。多位学者研究均表明,苯酚对硝化反应的半数抑制率,即IC50约为20mg/L。   5、硝化抑制剂   在农业上,通常会在氮肥中施加硝化抑制剂,以抑制肥料中的氮元素硝化损失肥效,这些硝化抑制剂对硝化过程均有明显的抑制作用,主要有:ATC(4-氨基-1,2,4-三唑)、叠氮化钾、2-氯-6-(三氯甲基)吡啶、2-氨基-4-氯-9-甲基吡啶、磺胺噻唑、双氰胺、硫脲-N-2,5-二氯苯丁二酰胺、4-氨基-1,2,3-三唑盐酸盐、脒基硫脲等。   这些物质一般属于含硫化合物、N杂环化合物、双氰胺类化合物。这些物质由于其本身特殊的化学结构,在硝化过程中影响氨单加氧酶(AMO)的氧化过程,从而会对硝化过程产生影响。在农业上一般使用这些硝化抑制剂时,投加量约为总氮量的0.1%—1%,就可以对硝化过程产生明显的抑制作用。   三、硝化系统异常问题的分析与排除   现象一:硝化系统混合液的pH降低,硝化效率下降,出水NH3-N浓度升高。   其原因及解决对策如下:   ①碱度不足。检查二沉池出水中的碱度,如果小于20mg/L,则可判定系碱度不足所致,应进行碱度核算,确定投碱量。   ②入流污水中的酸性废水排放。检查入流污水的pH,如果太低,可说明有酸性废水排入,可采取石灰中和处理等临时措施,并同时加强上游污染源管理。   现象二:混合液pH值正常,但硝化效率下降,出水NH3-N浓度升高。   其原因及解决对策如下:   ①供氧不足。检查混合液的DO值是否小于2mg/L,如果DO太低,可增加曝气量。   ②温度太低。检查入流污水或混合液的温度是否明显降低,影响了硝化效果。解决对策可以有增加投运曝气池数量或提高混合液浓度MLVSS。   ③入流TKN负荷太高。检查入流污水中的TKN浓度是否升高。如果升高,则应增加投运曝气池数量或者提高曝气池的MLVSS,并同时增大曝气量。   ④硝化菌数量不足。首先检查是否排泥过量,如果排泥量太大,则减少排泥量;其次检查是否由于某种原因导致二沉池飘泥,造成污泥流失,并采取控制对策。如果非以上两个原因,则检查是否入流污水的BOD5/TKN太大,使MLVSS中硝化菌比例降低。可以增大初沉池停留时间,降低BOD5/TKN值。   现象三:活性污泥沉降速度太慢。   其原因及解决对策如下:   ①污泥中毒。检查活性污泥的耗氧速率SOUR及硝化速率NR是否降低。如果降低了太多,则确认污泥中毒,应寻找污水中毒物来源,强化上游污染源管理。   ②污泥膨胀。   现象四:二沉出水混浊并携带针状絮体。   其原因及解决对策如下:   ①二沉出水混浊系由于活性污泥中硝化细菌比例太高所致,可适当提高BOD5/TKN值,但以不影响硝化效果为宜。   ②由于生物硝化系低负荷或超低负荷工艺,活性污泥沉降速度太快,不能有效地捕集一些游离细小絮体,因此出水中携带针絮是不可避免的。控制针絮的有效措施是增大排泥,降低SRT,但这势必影响硝化效果,使出水NH3-N超标。实际运行中,应首先权衡解决针絮问题重要还是保持高效硝化重要,再采取运行控制措施。   6)分析测量与记录   除传统活性污泥工艺的检测项目以外,生物硝化系统还应增加以下项目:   ①TKN:包括进水和出水的TKN值。应做混合样,每天至少1次。   ②NO-3-N:主要测二沉池出水的NO-3-N,应做混合样,每天至少1次。   ③pH:每天数次测定混合液出流pH,并根据工艺控制需要随时检测。   ④碱度:包括入流污水的总碱度和二沉出水的总碱度,做混合样,每天至少1次。   ⑤NR:定期测混合液的硝化速率NR。每周1次,或根据工艺调控需要,随时测量。   四、实际操作中导致硝化系统失调的案例   1、有机物导致的氨氮超标   笔者运营过CN比小于3的高氨氮污水,因脱氮工艺要求CN比在4~6,所以需要投加碳源来提高反硝化

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环保行业发展趋势分析

                作为一个产业逐渐成形,环保企业已逐步迈入产业集团化形态。环保企业已逐步迈入产业集团化形态。     1.0时代:单体业务时代     –在环保行业发展的初期,环保企业主要通过单一业务盈利,处于整个行业价值链条的某一个单独环节,如水务企业主要做污水处理或者供水     2.0时代:复合商业模式和多元发展时代     –商业模式相对复杂,业务结构也由过去的单体业务模式向纵向延伸,产业化集团模式开始萌芽和发展,盈利模式也相对多样化,常见的形态是从单一投资商向工程建设板块延伸,形成投建运完整的盈利链条     3.0时代:产融结合的集团化时代     –开始尝试借助金融力量来解决投资资金问题,典型的做法就是成立产业基金,由主体企业出资少部分作为劣后,其他资金由GP负责募集–环保产业形态丰富多样,逐步跨出传统环保行业范畴,进入金融领域     各大产业生产过程力求环保达标,产业方纷纷主动进入环保产业。     2015年史上最严新环保法实施,严重环境违法行为将被判刑,随着环保政策密集出台、环保标准不断趋严,To-B(工业)市场未来仍有良好发展机会,与To-G(市政)市场一并成为环保产业的两块蛋糕     越来越多的传统产业巨头正在向节能环保领域转型,目前128家央企中选择进入环保领域作为战略布局的央企已达到30家左右(实业类央企为主),其中进入水处理领域的央企最多     新进入者环保业务转型或者业务拓展的策略     –依托设计院、研究院及原有小规模的环保项目公司,成立专门的环保公司     –深度挖掘内部市场,往往要求下属各级分子公司将环保业务全部交给内部公司–发挥资本优势,并购整合合适的公司,逐步开拓领域,突破自身瓶颈过去,企业进入环保市场,多数是以某一个细分领域作为切入点,而从细分领域的专业治理向环保问题的综合解决方案服务商转换的趋势愈加明显。过去,企业进入环保市场,多数是以某一个细分领域作为切入点,即解决环保问题中个别单一问题。     作为行业的核心推动力量以及最大的市场需求主体,地方政府初期对待环境治理问题的态度就是“头痛医头、脚痛医脚”,重点解决局部的、严重的环境问题,市场需求引导效果明显,催生了大量细分领域的龙头企业     对于一个区域内的整体环境问题的解决缺乏顶层设计,污染问题并没有很好地解决     未来的一个新趋势将是从细分领域的专业治理向环保问题的系统化或综合化解决方案转换     系统化解决方案是针对某一区域或某一个城市环境问题的总体解决方案     –在顶层,用绿色产业解决经济发展过程中的环境问题     –在中间层,用资源循环的方式解决污染问题–在底层,用处理的方式解决无法循环利用的问题–顶层的系统化解决方案推进缓慢,但中间层与底层结合的半系统化解决方案是可实现的,中技术研发、内部协调、外部资源整合等能力,都将成为半系统化解决方案的必备能力     部分实力雄厚的央企正在尝试朝着系统化解决方向前进     各类环保企业由装备制造商、细分领域专业化系统解决方案提供商,向全国性和区域环境综合服务集团发展,进一步向环境综合服务集团发展。金融资本不断向环保产业渗透,环保企业借助金融资本的力量不断发展壮大。金融资本与环保行业深度结合并推动行业发展,金融资本渗透环保产业主要有以下几种模式。     借贷模式:这种模式最常见也是最传统的,比如银行贷款,主要参与机构包括银行、信托、资管公司等。这类机构以固定收益模式为环保项目提供各类贷款支持,从中获取利息     基金投资模式:这种模式目前较为流行,又可以分为直投项目和投资企业。前者是指,基金将资本直接投向具体落地的环保项目,比如PPP基金。后者是指,基金将资本投向那些优质环保企业,企业再对资本进行支配,比如环保类VC/PE基金     产业投资模式:也可称为产融结合模式,金融资本凭借自身优势,直接打造对应的产业形态,对所投入的产业实现绝对控股并直接经营,主要靠产业长周期运营获利     环保企业借助金融资本发展壮大,主要通过以下几种途径     产业基金模式:这种模式中,环保企业通常与专业的基金管理机构合作,环保企业作为LP(有限合伙人),专业基金管理机构(环保企业也可以自己成立基金管理机构)作为GP(普通合伙人),通过环保企业的担保、出资、劣后等各种形式形成杠杆,加强环保企业的资金利用效率,扩大企业投资能力,或者并购其他企业获得更好的技术、市场、人才等     融资租赁模式:主要设备通过租赁方式获得,企业在投资阶段可以减少大量资金的一次性支出     再融资模式:利用现有项目进行再融资,成为快速回笼资金的另一种选择;常见的回笼资金的模式是通过ABS(资产抵押证券)将项目未来特许经营期内的收益证券化     全国范围内竞争热度呈区域化特征,领先的环保企业均形成了区域化布局。环保行业与经济发展程度密切相关,也和我国“先污染后治理”的发展模式息息相关,经济越发达的地区,污染相对就越严重,环保市场启动得也越早。再加上经济发达地区的政府支付能力强,节能环保行业投资分险较低。总体上看,我国环保产业发展明显呈现出从东向西、从南向北逐步演进的区域化特征     东部、南部等发达区域经济发展整体良好,环保产业发达,商业模式成熟,政府以及公众也高度重视环境保护,因此,在这些区域内环保企业要想拓展业务,面临的竞争将更为激烈,需要全面考虑金融、技术、建设周期、运营成本、管理模式等各项综合因素     西部、北部等欠发达地区的环保产业市场化程度较低,虽然环保企业面临的竞争压力较小,但往往出现行业巨头与夫妻店共同竞争一个环保项目的局面     环保企业的区域化竞争策略     领先的环保企业均形成了区域化布局,比如水务领域的北控水务在山东、江浙、安徽、云贵、辽宁等地区,首创股份在湖南、江苏、山东等地区,光大国际在江浙、山东等地区,中国环保在河北、山东、江浙、河南等地区,均布局了大量项目     从全国布局的领先环保企业项目分布集中形成优势区域的基本特点来看,江浙、山东等地区经济较为发达,人口基数较大,是行业领先企业的首选拓展区域,与全国环保产业发展的区域化演进形态几乎保持一致性     国强民弱是在我国市场背景下的一个相对通用的现象,且此趋势中短期内将继续延续。在传统水务行业、生活垃圾焚烧等主要市场上一直呈现出国强民弱的形态。     一是环保主力市场来自政府采购的各类环保服务,国有企业的股东背景具备天然优势;     二是环保企业“投建运”的模,需要大量的资金保障,而国企在资金获取渠道、获取体量和资金成本等方面都有明显优势。     混合所有制带来合作共赢。环保公司尤其是水务工程类公司大股东质押率较高,出现流动性危机;2018年下半年开始,国资大举入股民营环保上市公司,助力环保行业流动性风险解除。     环保国有企业正在谋求混改以更好地发挥企业优势,进而快速占领市场高地。在业务层面,国企民企深度合作,充分发挥彼此优势;根据双方在产业链的优势以及对长短期收益、现金流的偏好,在项目落地过程中设计对应的商业模式,达成各自的商业目的,实现合作共赢     2018年下半年开始,国资大举入股民营环保上市公司,助力环保行业流动性风险解除我国环保行业进入环境效果为核心的转型期,合同环境服务模式是趋势,目前该模式处于试点阶段     “以结果导向的环境服务”为交付标的物的综合环境服务市场,包含了企业-政府(B-G)、企业-企业(B-B)、企业-用户(B-C)三类细分市场,目前B-G和B-B市场是重点。企业-政府(B-G)市场有市政污水处理、污泥处理、固废处理、环境修复与管理,它的实质是政府环境服务外包采购。企业-企业(B-B)市场有烟气脱硫的合同减排、污水集中处理、固废集中处理、合同能源管理等等,它的实质是企业环境责任的外包及服务购买     合同环境服务的特点是环境服务提供商不但要提供左边方框内的全流程服务,而且服务的收益水平取决于项目的环境效益     随着环保行业竞争加剧,技术优势成为环保企业可持续发展的关键。市场竞争从资本运作转变为更为综合的管理能力提升,最终发展要看技术与研发能力。     行业初始阶段是资本竞争,环保问题须尽快解决,且市场空间大,环保标准不高,这个阶段行业竞争不激烈,投资属性强烈     随着行业发展,管理重要性凸显,市场空间萎缩,竞争越来越激烈,单点竞争逐步转向全面竞争     当行业发展充分,技术将成为决定性因素,市场格局初定,企业要么凭借过硬技术占领剩下的高难度市场,要么凭借技术创新开辟出新的市场空间     随时环保企业逐步向综合解决方案服务商转变,对于企业的技术集成能力的要求越来越高。综合解决方案服务商要求企业自身构建或者整合与协同技术专利及工艺包资源,把各个已有的技术专利及工艺包单项有机地组合起来、融会贯通,打造综合的技术集成能力。

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