世界知名污水处理厂

IWA污水资源回收汇编报告最佳实践(2)-奥地利Strass污水处理厂能量在能源自给事业上取得成功的奥地利Strass污水处理厂从20世纪90年代开始对如何超越工厂运行实现生产能力表示担忧。因为污水中包含的能量比处理污水所需的能量多得多。1996年，Strass污水处理厂已经生产了运行所需的50%的能源，到2005年为止，工厂实现了能源自给和附加能力。在31个社区工作的污水处理厂每年为6万至25万人提供污水处理服务。服务人口变化的原因是旅游季节的高潮。但是，在工厂早期设计时考虑了这个因素。斯特拉斯污水处理厂采取了一系列措施实现能源自给，使用两个生物系统的AB工艺就是其中之一。根据季节的不同，该系统每周有9万至20万人口当量的平均处理能力。a段可以去除55%-65%的有机物负载，污泥停留时间不到半天。b区污泥停留时间约为10天，可以去除80%的氮。在线氨氮分析器可以控制曝气和曝气时间，必要时在所有活性污泥池中进行有效曝气。该工艺可以确保有机物最大限度地进入污泥消化系统。剩余污泥被浓缩，成为厌氧消化和脱水。这样产生的出水一般具有较高的氮负荷。斯特拉斯污水处理厂的独特之处在于，从2004年开始，利用DEMON工艺从侧向流动中去除氨氮。该系统采用厌氧氨氧化细菌分两步处理。第一步是通过氧化作用将氨氮转化为亚硝酸盐，第二步是通过厌氧氨氧化利用亚硝酸盐氧化剩余的氨氮。工序还包括将硝化和厌氧氨氧化工艺相结合的序列批处理反应器(SBRs)，该工艺在两年半的时间里，通过三个阶段扩大应用。除了可以减少硝化的能量需求外，通过DEMON工艺的转化过程，大部分流入的有机物负载可以用于在灭火器中生成生物沼气，而不是反硝化作用。而且，与之前的工序相比，DEMON工序的主要区别在于不需要添加额外的碳源。除了AB工艺和侧流脱氮工艺外，热电联产(CHP)单元采用新发动机还可以提高利用效率和电机效率，这是实现产能的重要因素。新装置可达到38%的沼气-电转化率。一系列工艺组合大大提高了能源自给率棕色锥形桶是旋流分离器，是用于分离厌氧氨氧化细菌的DEMON工艺。MAC的bill und生物炼制厂(BioRefinery)综合资源回收有些处理设施对回收单个资源感兴趣，但也有一些处理工厂从一开始就用综合方法回收多个资源。像丹麦的Billund BioRefinery这样的地方，可以生产三种产品：干净的水、有机肥料和生物沼气。这个项目是通过多家企业机构的合作完成的。主要执行公司是Billund VandA/S corporation和Veolia Water Technologies的Krger A/S公司。其他合作伙伴包括丹麦环境部和丹麦水技术开发基金(VTU)。丹麦政府和VTU为项目提供了1500万丹麦克朗。项目的早期设计安排在2013年秋季，2014年8月开始了实际工程。丹麦Grineted污水处理厂升级改造的工厂将于2017年3月投入使用。Billund生物精炼厂有两条不同的处理线，一条用于废水处理，另一条用于生物有机物处理。因为有机物来自污水处理，这两条处理线将共同作用。农场、居民和工厂收集的有机废物包括餐厅、屠宰场、餐饮中心、商店；粪便是由农业收集的。比尔联合国生物精炼厂每年处理4200吨污水处理厂产生的有机垃圾和污泥，总处理能力为7万人的人口当量。混合不同来源的有机废料可以提高处理效率。有机废物被运送到能源工厂，生活污水被运送到污水处理厂处理。流出物的水质符合丹麦和欧盟的管制标准，并普及到一家处理工厂附近的河流。处理过程中产生的污泥将继续在生物精炼厂进行进一步处理。能源工厂被认为是项目运行的核心。工厂使用的工艺可以结合热水分解和厌氧消化，将沼气产量提高30%-50%。此技术称为Exelys，是Bilund bioreferencing factory最早大规模应用此技术的工厂之一。Exelys技术加强了可处理不同种类有机物、工业及生活污泥、脂肪的厌氧消化过程。Exelys技术是连续热水分解过程，可降低成本和能耗。Exelys技术与传统的顺序热水分解工艺一样有效，但能耗低，可以在厌氧消化系统中有效提高沼气产量，分解污泥。bill und生物技术与belia的专利设备Digestion-Lysis-Digestion (DLD)结合使用。在使用Exelys技术处理之前，工厂可以预先消化和脱水有机废物，在减少能源消耗的同时最大限度地提高工作效率。下图显示了脱水污泥连续泵入反应堆管道。向反应堆注入蒸汽，加热污泥。污泥在反应器中流动的同时在压力和高温下持续。如果在进入第二次灭火器之前添加水，水解的污泥将在热交换器中冷却。整个过程的结尾是生物沼气，转化为电能和热能，销售给包括工厂、农场、居民在内的公共区域供热系统和当地消费者。现在700户的电力是通过处理他们自己的有机废物来生产的，这个数字将来可能会更高。DLD设备已证明可以将生物沼气和电力产量提高50%，将最终污泥产量减少30%。工厂的生产能力已经超过了处理垃圾和污水时的能量消耗。除了前面提到的一些技术外，比尔联合国生物精炼厂还使用厌氧氨氧化细菌将机器中的氮转化为氮。在移动床生物膜反应器(MBBR)中使用Anita Mox工艺处理氨氮负载较重的离心机排放水；利用传统的亚硝酸盐生成细菌和特定的厌氧氨氧化细菌，在此过程中同时使用好氧和厌氧工艺。整个过程的氨氮去除率可以达到80%以上。除了生物沼气外，Billund生物炼制厂的另一个终端产品是含有生物垃圾和污泥内营养成分的有机肥料。工厂还在进一步探索有机塑料的生产可能性。另一个发展方向是将生成的甲烷和氢气用于燃料电池和车辆用生物燃料制造。综合、全面的方法不仅对资源回收有全面的考虑，而且对运营运营也很重要。持续运营和维护取得了最佳效果。利用智能软件系统STAR Utility Solutions，调节整个生产和管理过程。这个智能软件系统优化了污水处理，最小化了能源和化学物质的使用，优化了生产率。丹麦政府预测，Billund生物精炼厂将在国内和国际上开启资源回收的新阶段。Billund生物精炼厂已经获得了很多认可，其中一个是2014年全球水峰会颁发的年度水再利用项目奖(Water Reuse Project of the Year)。与许多其他项目一样，Billund bioreferencing factory也离不开有关各方的合作。生物炼制所处理的有机垃圾的一部分是从居民那里收集来的，所以人们要合理分类他们的垃圾。炼油厂也与相关工厂合作，因为他们从当地主要产业收取垃圾。Billund biofinishing plant希望在项目运行中考虑每个利益相关者的利益要求，以实现双赢。比尔联合国生物精炼厂也邀请学术部门来博士后进行研究。Billund biofinishing plant在法规和政策方面符合所有地区建立的标准，这些标准和相关丹麦国家法规更加严格。荷兰奥博根污水处理厂荷兰奥伯根的一家污水处理厂是资源回收成功的例子。工厂的终端产品是鸟粪石肥料。污水处理厂广泛的伙伴关系除了应用技术外，还值得关注。奥伯根污水处理厂主要处理附近工厂产生的排放水及产业污水。排放到下游污水处理厂之前，排放水和工业污水各有预处理。排放水来自一家污水处理厂，污水来自Aviko公司的土豆加工厂。Aviko是当今世界第四大土豆加工企业，每年加工120万吨土豆。土豆加工厂生产的污水中含有蛋白质、淀粉、人口16万大糖磷。特别是土豆皮含有大量可回收的磷酸盐。与现有的处理工艺相比，建立两个单独的处理工厂处理污水，是最节约成本和能源的方法。该模式是通过荷兰水理事会(Waterboard)和运营污水处理厂的下属企业Waterstromen BV之间的私人-私人合作(PPP)实现的。工厂由帕克设计，工程于2006年竣工。下图说明了流程流：Olburgen污水处理厂的排放水与UASB反应器处理的土豆加工厂污水混合，进入PhospaqTM反应器。土豆加工厂从1982年开始利用UASB技术，通过厌氧反应，可以去除污水中的大部分有机物。但是水仍然含有大量的磷和氨氮，通过PhospaqTM技术和一步厌氧氨氧化技术分别去除。PhospaqTM技术可以去除80%的磷，而厌氧氨氧化技术可以达到90%的氨氮去除率。这是世界上第一次将PhospaqTM技术与厌氧氨氧化技术结合应用于执行项目。美国奥兰治首都服务项目美国奥兰治县水资源局(Orange County Water District，OCWD)就是饮用水的典型例子。根据加州议会法案，1933年，橙色县自来水厂成立，以管理和保护橘子县的地下水流域。现在服务着230万当地人口。区域地下水补给主要是附近圣安娜河、科多尔多河等河流的重要转换源泉。项目开始以来，奥兰治的地下水流增加了一倍多。图1显示了该区域的总体情况。图1与橙县保健中心(Orange County Sanitation District，OCSD)合作，水服务(OCWD)开发了地下水补给系统(GWRS)。该系统于2008年1月启动，是目前世界上最大的再用水间接使用饮用水的污水净化系统。该系统采用深度处理工艺，将处理过的污水重新充电到地下蓄水层后，进一步专用于周边地区居民的饮用水供应。该系统每天可生产25.6万立方米的净化水，与其他水源一起供应奥兰治县地下水，满足北部和中部60万居民的水需求。该项目不仅包括深度处理系统，还包括连接各流域补给处理设备的管线和防止海水入侵的屏障(图1)。地下水回灌系统的第一阶段工程投入4.8亿美元，平均分配到首都和保健所项目。地下水补给系统的优点之一在于防止海水入侵。随着流域水的使用越来越多，海水入侵的危险也越来越大。地下水补给系统每天生产的26万5000立方米的水作为防止海水入侵的屏障注入到井里。剩下的水通过碎石、沙床等进行过滤，然后注入主要饮用水供应含水层。地下水通过泵流入400多口井，供应给城市、地方自来水公司和其他用户。到2015年为止，地下水回灌系统的生产总值每天达到37.9万立方米。城市和用户对水和水、自然生态保护的要求促进了奥兰治供水和地下水补给系统的形成和发展。地下水回灌系统项目很好地反映了美国加州对地下水回灌和再利用项目的监控和运行中不断更新的法规政策。在计划扩展之前，项目相关人员分析和研究了该地区的法规政策，以确保与升级改造相关的要求得以实现。例如，对地下水力停留时间和单位过程监控要求的变化会影响地下水补给系统的运行，因此，需要不断检查系统，确保其符合当地规定要求。事实上，地下水补给系统生产的水的水质超过了加州联邦的饮用水标准。在社会层面，水管理为获得公众对水项目的支持，做了很多努力。地下水补给系统项目在2010年访问了约4000名市民，向对项目感兴趣的人进行了说明。社区的大力支持是这些水利项目成功的关键因素之一。对水再利用的积极宣传在地下水再充电项目设计开始之前的1997年也开始了。由10人组成的水管理处董事会是通过公民选举创建的，因此公众可以在不同层次参与项目的决策。奥兰治