荷兰鹿特丹Dokhaven污水处理厂位于荷兰第二大城市鹿特丹的市中心,是全荷兰唯一一座地下污水处理厂(见图3)。该厂于1977年开始规划,1981年开工建设,1987年11月3日正式启动运行,其设计处理能力为47万人口当量/d,处理后的污水排放口设在海湾。
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活性污泥法
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5 R: b" [4 r# \& [1.3.1污水处理工艺
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该地下污水处理厂的污水处理采用AB工艺,设计流量为9100m3/h(旱季),19000m3/h(雨季)。具体构筑物规格包括:格栅4组,流量7200m3/h,格栅直径1000mm,栅隙直径5mm。
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曝气沉砂池8组,尺寸14m×3.5m×4.33m(L×W×H),停留时间5.4min,总曝气量为925~3850m3/h,吸砂泵为4台,流量30m3/h。
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& L+ a( U. R9 |3 U) EA区好氧曝气池8组,尺寸为39.6m×3.5m×4.32m(L×W×H),停留时间为15min,污泥负荷为3kgBOD/(kgMLSS˙d),总曝气量为4900~21800m3/h,混合浓度为1.5~2kgMLSS/m3。
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中沉池8组,尺寸为60.5m×13.1m×2.6m(L×W×H),停留时间为50min,表面负荷为3m3/(m2˙h),链条刮板机16台,泵16台,流量为190~630m3/h,剩余污泥调理罐容积为38m3。
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% p6 B0 C }! Q3 G4 @. `, U+ J+ UB区好氧曝气池4组,尺寸27.2m×27.2m×4m(L×W×H),停留时间为50min,污泥负荷为0.15kgBOD/(kgMLSS˙d),表曝机16组,混合浓度为3kgMLSS/m3。
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终沉池8组,尺寸为83.1m×17.2m×2.5m(L×W×H),停留时间为120min,最大允许流量为14250m3/h,表面负荷为1.25m3/(m2˙h),链条刮板机16台,污泥回流泵流量为310~710m3/h,剩余污泥调理罐容积为35m3。
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* F1 V6 i8 c/ ?/ W1.3.2污泥处理工艺
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主流段产生的污泥输送到600m外的污泥处理厂进行厌氧消化,消化温度为33℃,停留时间为30d,消化后的污泥进入调质罐,加入絮凝剂进行最终脱水,设有2台离心脱水机,每台离心机处理能力为40m3/h。离心脱水后,污泥含固率为30%,储存在2个储罐中,等待外运后焚烧,污泥产量为2万t/年(6000tDS/年)。
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2 能源形式:污泥 厌氧消化
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SHARON工艺最初应用于荷兰鹿特丹Dokhaven污水处理厂的改造工程。Dokhaven污水处理厂始建于1979年,1987年开始运行。由于地表可用面积的限制以及周围已经存在大量居民住宅,污水处理构筑物不得不选择全地下式结构,这为扩建改造带来困难。该厂采用AB工艺,承担着470000人口当量的污水处理任务。尽管这种工艺适用于BOD的去除和氨的硝化,但硝化曝气池的反硝化效果较差,主要原因是缺乏电子供体(有机物质)。
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4 E# ^, h2 A; `2 Y1 C进入反应池的除了市政污水外还包括污泥消化上清液(消化液)。虽然消化液仅占进水总量的1%,但其所含的氨氮负荷却占了总进水氮负荷的15%(氨氮最高可达1500mg/L)。因此,如果去除这部分氨氮,不让其回流至AB系统中,那么污水处理厂的总氮排放量就可以大幅度下降。由于消化液具有高氨低碳的特点,温度一般在28度;以上,这些都为SHARON工艺的实施创造了良好的条件。1998年,Dleft工业大学直接将SHARON工艺从实验室规模(105L)放大到生产性规模(1500m3),改造后的Dokhaven污水处理厂的工艺流程如图1所示。
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3 D7 D+ Z1 I9 [8 @/ S7 M1 SSHARON工艺在Dokhaven污水处理厂取得成功后,又被推广应用于荷兰Utrecht污水处理厂,处理对象同样为污泥消化上清液。为了评价SHARON工艺在提升除氮效率方面所起的作用,Kempen等[6]归纳整理了两个污水处理厂的运行数据,并绘制了氮素平衡关系图(见图2、图3)。
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为了方便讨论,图中数据做了修正,对于Dokhaven污水处理厂100相当于4074kgN/d,Utrecht污水处理厂中100相当于2965kgN/d。由于改造期间两个污水处理厂的总氮负荷大约增长了6%,因此图2和图3中改造后的进水均为106mg/L。理论上,将高浓度氨富集后进行旁路处理可以提升污水处理厂的处理效率,但图2 Dokhaven污水处理厂1995~2001年氮素平衡关系其更适合应用于以下三种情况:
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+ V3 O- i5 C7 K6 p2 }3 k q$ K3 T污水处理厂曝气能力有限,硝化能力难以提高;
8 T6 O% R5 f1 T5 a! c& `, {由于碳源或厌氧区容积不足,使得反硝化能力受限;
% r: ]+ Q7 a) B- A, @降温引起好氧泥龄下降,使得硝化能力削弱。
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7 _9 x! T0 b4 v: k2 Q$ c) x在这个评价分析中,Dokhaven污水处理厂代表了曝气能力和反硝化能力受限,Utrecht污水处理厂代表反硝化能力受限。
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如图2所示,引入SHARON工艺后,消化回流液总氮含量从50下降到41,进而降低了工艺的TKN负荷,使得最终出水中氨氮含量由15下降到8,降幅接近50%。这个结果表明,由于曝气能力受限而不能降解的氨氮,可以借助SHARON工艺的旁路处理去除。但是,此时出水氨氮浓度依然是比较高的(约3mg/L),为了降低出水浓度,需要从B段中分出部分池容用于好氧曝气,这削弱了B段的反硝化能力,体现为出水NO3-N含量从49增加到53。
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S- |; F) C7 o/ A$ I6 h在2001年增加了出水至A段的回流,才使TN去除率增加到50%以上。如图3所示,Utrecht污水处理厂与Dokhaven污水处理厂的流程区别在于:
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增加了出水至A段的回流;
0 L* S, t( X$ ], `除了本厂的剩余污泥外,还负责处理其他污水处理厂的污泥,其含氮量约占进水总氮的14%。污水处理厂改造后,出水TKN没有明显下降,但是NO-3;
& x/ O+ {" h' E5 t! {0 NN含量从24下降到15,降幅约40%,这表明在曝气能力已能满足硝化要求的情况下,引入SHARON工艺可促进反硝化的进行,提高总氮去除率(从65%上升至76%),这使得Utrecht污水处理厂最终出水中总氮含量下降到10mg/L以下。
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从以上两段分析可以看到,采用SHARON工艺对消化液进行旁路处理,的确可以提升污水厂的总氮处理效率,并且当硝化或反硝化能力不足时均可考虑采用。如果保持污水厂处理效率不变,引入SHARON工艺也可相应减少曝气量、缩小厌氧反硝化池的容积。由于污泥消化液温度较高,气温对其影响不大,因此该工艺也可以补偿冬季时由降温引起的脱氮效率下降。
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