Dokhaven地下污水厂位于鹿特丹市中心新马斯河畔(Nieuw Maas),距离中心火车站只有4公里。该厂污水处理采用AB工艺,主流段产生的污泥输送到600米外的Sluisjesdijk污泥处理厂进行厌氧消化,生成的沼气用于热电联产(CHP),消化液采用了Paques公司的SHARON+ANAMMOX工艺进行自养脱氮。污水厂的处理能力约为560000人口当量。) Z9 c( t$ L2 }4 j: p
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尽管该污水厂一直对脱氮工艺进行优化,但总的去除率一直在60%左右徘徊,出水总氮的年平均值为15-20mg/L,但荷兰要求其标准要低于10mg/L。水委会Hollandse Delta的内部评估显示,由于该污水厂的空间限制(地下式污水厂),传统的技术无法满足日后的出水标准。在这样的背景之下,他们选择了主流厌氧氨氧化作为重点的考察对象。, g8 X5 \6 Y8 {( H
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Anammox原理
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厌氧氨氧化的发生进程主要分为两大步:“第一个过程是部分亚硝化(Partial Nitritation),在这个过程中只有大约55%的氨氮需要转化为亚硝酸盐氮;第二个过程是厌氧氨氧化(Anammox),氨氮在厌氧条件下,被亚硝酸氮作为电子受体,氧化成氮气。因此它也被称作PN/A工艺。+ K; g; Z$ }% m: [; F1 ?
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在这过程中,大约89%的无机氮都将被转化产生氮气,另外11%的无机氮被转化为硝酸盐氮,与传统硝化反硝化工艺相比,厌氧氨氧化工艺有着巨大的技术优势,其曝气能耗只有传统工艺的55-60%;该工艺几乎无需碳源,如果为了去除硝酸盐产物需要在厌氧氨氧化过程中投加碳源,其投加量也比传统工艺中碳源投加量降低90%;厌氧氨氧化工艺可以减少45%碱度消耗量。同时,厌氧氨氧化工艺的污泥产量也远低于传统脱氮工艺,这将显著降低剩余污泥的处理和处置成本。
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经过十多年的发展,截止到2014年,全球已经有超过100座厌氧氨氧化工程,其中75%应用于城市污水处理厂。但这些工程主要用于污泥消化液的高温高浓度氨氮废水处理(35 ℃,NH4-N> 1.000 mg/L),而Dokhaven污水厂被认为是世界首个侧流anammox的工程应用。
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如今工程界都将目光投到主流厌氧氨氧化上。市政污水的氨氮浓度约为15-50mg/L,水温为8-25℃。面对这样的条件,anammox菌的活性一般会下降。在主流污水处理系统中为anammox菌创造合适的生存条件是目前需要解决的挑战,包括了anammox和AOB菌的富集,以及NOB菌的抑制等。
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% u* X/ u1 r* ]. Q6 XCENIRELTA项目组在Dokhaven污水厂里搭建了一个4m3的中式反应器,进料是该污水厂的A段出水。这套反应系统的关键在于那些所谓的颗粒活性污泥,它们里边富含AOB菌和Anammox菌,两者共同作用实现污水脱氮。这种平行对照的方式可以更好地和现有工艺作对比。整个系统总运行时间为3年半。
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结果评估
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7 W; ]8 x( P6 j- b4 }0 N* V6 GCENIRELTA是荷兰有一个公私合营创新项目的典范:Hollandse Delta水委会参与投资、研发,并为技术的工程化提供了一个实践平台aques是技术开发和供应商,目标是帮助该技术实现商业应用;和STOWA则为项目分享来自其他水委会的经验,也帮助创新技术的传播;另外代尔夫特理工大学(TU Delft)为项目提供理论支持和小试研究的实验室设备支持。
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P3 Y& _5 y& k, Q下表是项目的成果一览。报告显示,CENIRELTA在脱氮、能耗和成本上都显示了优势,尤其是它确实比现有技术更加便宜和更具可持续发展性,但目前而言低温厌氧氨氧化的长期稳定性还不能让人满意。! P! G$ k$ M" y2 m
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$ R, z! S: Z c. ?9 ~尽管出很多喜人的潜力,但另一方面,CENIRELTA无法展示出长期运行足够的稳定性,因此在短期不会应用到Dokhaven污水厂。有很多问题尚待解决,例如:a)降低A段出水水质的干扰;b)异养菌种的影响;c)反应器的设计。) }9 Y7 z3 Q+ w. q6 E
* v1 L, p# z$ k N$ T2 t' M基于积极的经济分析和经验证的脱氮效率,Paques公司计划在未来几年在其欧洲以外的地区继续该技术的研发工作。在获得更多经验之后,他们希望能重回欧洲开展新的项目,因为目前主流厌氧氨氧化似乎在温暖地区更容易实现,而且进水也最好不要受到强烈降雨的影响(稀释),因此一些雨污分流的地区是理想的选择。5 E. y( f5 ]' \5 G! R* \4 f( r2 B
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