上海師范大學一項國際領先的水處理技術通過專家鑒定
2022年6月7日，由上海師范大學與邁奇化學股份有限公司合作承擔的“基于VBBR以NMP生產廢水為碳源的城鎮(zhèn)生活污水深度脫氮工藝”項目通過了由上海市環(huán)境科學學會主持的專家鑒定。
N-甲基吡咯烷酮(N-methyl pyrrolidone, NMP)是鋰電池等生產中必不可少的工業(yè)溶劑。隨著新能源產業(yè)在我國的快速發(fā)展，NMP的需求量不斷增加，相應地生產NMP過程中所產生的廢水量也不斷增加。NMP是一種雜環(huán)化合物，其分子式為C5H9NO。含有NMP的廢水特點是COD和總氮濃度都很高，但可生化性較好。以往針對NMP廢水進行生物處理時，不僅需要大量的動力消耗，同時還浪費了有限的有機碳源。上海師范大學張永明教授團隊在國際上首次通過對NMP生物代謝的電子流分析發(fā)現，若將NMP作為電子供體進行反硝化時，其中79%的電子供體可以用于外源硝酸鹽的還原(圖1)。在理論研究的基礎上，通過實驗室研究發(fā)現，通過厭(缺)氧與好氧交替，可以使外源硝酸鹽得到還原，同時也可以使自身的內源氮素得到去除。
圖1. NMP的電子流分布.
隨后，上海師范大學環(huán)境工程系張永明教授團隊與邁奇化學股份有限公司合作，利用自主研發(fā)的專利技術(ZL2015 1 0510978.7和ZL2019 1 0930412.8)：垂直折流式生物反應器(Vertical Baffled Bioreactor, VBBR, 如圖2所示)，將邁奇化學股份有限公司的NMP廢水作為電子供體，實現了城鎮(zhèn)污水處理廠尾水的深度脫氮，經過處理后的出水總氮濃度低于5 mg/L，且出水COD濃度不會增加。
圖2. 串聯VBBR.
目前許多城市污水處理廠為了提高總氮的去除率，通常采用乙酸鈉或甲醇作為碳源。對于一個日處理10萬噸的城市污水處理廠，如果需多去除5 mgN/L硝酸鹽氮的話，按照COD/N為5計算，每天至少需要投加3750 kg的甲醇或1950 kg的乙酸鈉。相應地每天釋放CO2的量分別是5156 kg或2093 kg的CO2。而如果采用NMP廢水替換這些碳源，則每天減少的CO2排放量相當可觀。
鑒定會專家組由中國工程院院士、美國工程院院士、長江學者獎勵計劃特聘教授和國際歐亞科學院院士等國內外知名學者組成(圖3)。專家組認真聽取了課題組的工作內容和技術匯報，審閱了相關技術資料(圖4)。經質詢和討論，一致認為課題組在國際上首次以串聯耦合的VBBR用于以NMP廢水作為反硝化電子供體進行反硝化，使NMP廢水資源化，實現了城市生活污水的深度脫氮，具有重要的生態(tài)環(huán)境效益，技術成果達到國際領先水平。
圖3.鑒定會海報
圖4.專家在聽取課題組匯報
