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荷兰Mark教授苏州专题讲座现场实录

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学社技术 发表于 2019-9-2 11:13 | 显示全部楼层 打印 上一主题 下一主题
谈到污水处理,我们有必要回顾一下历史,其实,关于水系统已经有几千年的历史。水系统大家都很清楚,无外乎就是供水,也就是我们的饮用水,经过我们人使用以后冲厕也好,家用也好,最后排放到排水系统之中,排水系统再把污水处理干净后排放水体等等。很多人期望现在供排水系统能有一个重大变革,但就我个人来看,既然这样一个系统已经存在了几千年,所谓大的变革应该不会出现,应该还是目前这样一种模式。
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6 v+ h7 M8 K7 r. N( H! E  n5 Z这个是阿姆斯特丹,是早在60年前的境况。那时,阿姆斯特丹运河污染非常严重。经过大概一代人的时间,现在阿姆斯特丹河流状况已经有了很大的改观,现在人们可以下去游泳,水质得到了很大的改善。( Y7 N. @% e3 }8 C; o2tech.cn

: F/ F/ k! j! l1 m大家看看这两张图,上世纪六七十年代荷兰河流、地表水中的氮、磷等营养物含量是非常高的,主要是因为那时河流受到了非常严重的污染。在三四十年前,荷兰政府开始要求把河流、地表水中的氮、磷浓度逐渐降低。经过三四十年的努力,氮、磷已经下降了很多,但是,还远远没有达到河流被人类污染之前的背景值。当然,这个还需要经过我们这一代人的努力。总之,现在荷兰河流、地表水已经有了明显的改观。
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& w" [- b1 K9 R0 K4 k, c4 V我们看下这张片子,在欧洲水体环境实际上已经有了很大的改观。但是,在世界其他一些地方污染依然非常严峻,主要是由于人口增长、财富聚集的结果,比如说,中国现在正面临着雾霾,黑臭水体的困扰。另外,人口增长以及对财富的追求,必然导致自然资源日益匮乏,同时,也引起了全球气候的变化。这些状况,肯定和我们人类可持续发展的目标是相悖的,所以,我们在这方面肯定还有很多工作要继续去做,仍需尽很大的努力去加以解决。& i, `" |5 {7 c9 B" Z% W2tech.cn
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从这张片子上大家可以看到,人类需要对社会需求要做一些回应。比如说,从政治角度国际上已开始提及“蓝色经济”;蓝色经济在百度上可搜到很多,但在我们的媒体上还罕有提及,我们还在强调绿色经济或绿色发展。我对蓝色经济的释义就是循环经济,怎么样能够保护我们生存的地球,怎么样能让物质循环。我今天不想讲这些政治性话题,我只是从一个工程的角度来解读一下,作为我们工程师在污水处理方面所应该做的事情,我们能够做哪些事情。
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这张片子,我们可以来看一下。污水处理未来的发展趋势,肯定是追求所谓的水质标准不断提高,比如说,我们国家的提标改造,达到一级B、一级A标准等等,将来标准还会更高。比如说,现在总氮为10mg N/L,将来5、3、1 mg N/L都是有可能的,这是从提标改造角度来考虑问题。对水管理部门来说,他们只是关心水处理,怎么样把水按照政府的规定,达标处理后排放,很少去考虑资源回收问题。其实,在整个处理过程中,确实存在着很多的资源回收问题。比如说,水要回用,这是我们所强调的。其实,水中还存在有大量的能量,可以考虑回收能量。此外,水里面还有更多的其它资源。过去,我们把污水作为废物进行处理,现在应该从回收的角度去考虑。在这样一种技术发展过程中,需要注意几点:一是处理污水的同时要注重资源回收,首要是低成本回收。但是,如果仅仅强调回收资源而忽视出水水质那也不行。比如说,有机物(COD)捕捉可用作转化能量,但是,本来中国的污水碳源就低,那么拿走低碳源,氮、磷去除肯定会受到影响。二是要有好的水质,三是占地要少。这几方面都是今后技术发展需要考虑的问题。
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关于未来污水处理发展的技术走向这个话题,我现在给大家举一个例子,例如,好氧颗粒污泥技术。这个技术将我上面讲的几个强调都涵盖了:水质好、成本低、占地少。# x5 {, j: O& V6 z3 F* a2tech.cn
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谈到活性污泥,我们有必要回顾一下污水生物处理的历史。1880年生物膜技术就已经出现,1914年活性污泥法也出现了。上个世纪70年代,Lettinga教授等率先研发成功了厌氧颗粒污泥技术(UASB)。我们后来研究发现,颗粒污泥现象并不仅仅是厌氧反应的专利,在好氧等很多情况下亦可以形成。因此,我们开展了好氧颗粒污泥技术的研究。这种技术非常简单,比如说,可以SBR方式运行,就一个池子,它的污泥浓度很高,导致占地很小,沉淀速度也非常之快,并不需要二沉池泥水分离。这种技术非常容易实现,而且能量消耗也很低,可以同时实现有机物、氮和磷的去除与回收。一句话,这种技术优点很多。0 @7 }' ]7 ?$ {1 u, P2tech.cn
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好氧颗粒污泥技术的出现结束了二沉池的时代,也就是说,在活性污泥法发明一百年之后,好氧颗粒污泥技术结束了二沉池的时代。在好氧颗粒污泥自身反应池内便可实现泥、水分离,而且非常有效。今后二沉池这个功能可以不再需要,完全可以用好氧颗粒污泥取代传统曝气池再加二沉池的做法。6 H1 R9 Y3 ^: m8 R) \" W2tech.cn

7 q. n6 T8 X) X9 }$ s7 m这张片子显示了我们对好氧颗粒污泥的研发过程,我们发表的文章已展示了一些东西。这个技术看起来好像非常复杂,我今天也不去想过多展开去讲。一句话,好氧颗粒污泥在很多人眼里它属于微生物学研究范畴,需要一定的基础理论支撑,实际上,它跟微生物学没有太大关系!好氧颗粒污泥成功与否主要取决于工程技术,也就是你怎么样去设计适合它形成的反应池,还与反应池进水、出水方式有关,这是工程师的事,跟微生物学家没有太大关系!
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5 [& G3 c; p2 Q- q$ @4 _" j+ M, q从这张片子中也可以看出来,很多人认为好氧颗粒污泥不稳定,首先形成不容易,稳定性不好!大家从片子中可以看到,不是这么回事儿!只要工艺设计对头,一旦形成好氧颗粒污泥,它会很稳定地运行。所谓不稳定的运行主要是你的工艺设计不到位,也就是说,对微观上的工艺条件你没有把握周全。大家可以看右上角的图,那个就是好氧颗粒污泥的图像。好的好氧颗粒污泥就像小米煮熟以后的状况,这就是好氧颗粒污泥的外形。
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0 y* `2 g: g* w* u) u- V+ _# G- F我们看下这张片子,好氧颗粒污泥的运行原理,大家看就是这样的,三阶段间歇运行:充水、曝气、排水,一个池子或一个罐子,很简单。氧颗粒污泥排水很特别,从底部进水,在充水过程中,上端的净化水自然就被顶了出去(出水)。另外,2/3时间需要曝气,1/3时间停止曝气,差不多和SBR一样的运行模式,可以实现COD、氮、磷同时去除。现在已经被荷兰DHV公司工程化,取名“取了一个名字叫Nereda。
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2 ?# P; s  h* R# Y( G好氧颗粒污泥反应器通过进水流速来控制好氧颗粒污泥的形成,大家不用担心可能会同时存在我们传统曝气池中的那种絮凝体(活性污泥),因为进水流速完全可以把没有形成颗粒污泥的絮状污泥逐渐“冲”(washout)出反应器。这样,时间一长,反应器内剩下的全部是颗粒状污泥。传统二沉池,我们设计水的停留时间(HRT)大概是1.5~2个小时,对颗粒状污泥沉淀来说,2分钟就能完成,非常快。  
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请大家看这张片子。到目前为止,Nereda在全球范围内已有30多例工程应用实例。在荷兰,已有五、六座在运行了,包括欧洲或其他地方,葡萄牙、英国、爱尔兰、南非、澳大利亚、巴西等都有工程应用实例。就是说,它应用的范围、规模和处理能力都在不断地提高。特别是,英国多年来在污水处理方面没有投资;英国比较保守,都是传统的东西;它现在要对过去老污水处理厂进行改造,所以,政府在考虑用一点什么新的东西。英国现在也在考虑在他们的污水处理厂升级改造时采用好氧颗粒污泥技术(讲座第二天即看到英国签订两个Nereda项目)。
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这是在荷兰的一个污水处理厂升级改造的实例。这个厂子以前采用A/B法,现在升级改造以后采用Nereda工艺,大概一半进水进入Nereda。从这个图上可以看出,后半部分是老的A/B工艺,现在建的这两个东西,好氧颗粒污泥的两个反应器,承担了50%的处理水量,后面一大堆还是老的A/B工艺,处理另一半污水。大家从空间占地看一下省了多少占地,一目了然。更重要的是,它的能耗大大降低,比原来降低了50%。另外,它出水的水质相当稳定,方方面面都要比原来A/B法要好。  
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/ K! {6 o4 T" D, ?# |; g# M! {这张图给大家显示了好氧颗粒污泥反应器内一天的水质和溶解氧变化过程。一般来讲,好氧颗粒污泥反应器大概有5、6米高,在反应器上端存在一个在线溶解氧、氮、磷在线测定仪,黄线表示的是溶解氧,黄线高表示开始进水,进水黄线往下走表示进水停止了,进水停止以后马上曝气,溶解氧便开始升上来,溶解氧升高后意味着硝化过程开始出现,同时,硝酸氮也开始产生。比较氨氮和硝酸氮的比值,会发现硝酸氮比氨氮要低,这是因为在这个过程当中同时出现硝化和反硝化现象(SND),所以一部分硝酸氮已经反硝化掉了。下一回合出现了所谓生物除磷等现象。总而言之,这样一个系统对氮、磷去除效果也是非常好的。
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这是今年巴西奥运会之前,为奥运村建的Nereda项目,左上角为6个颗粒污泥反应器,全部处理水量为8.6万m3/d,服务人口近50万人。这是整个建设的过程,当时媒体也有报道。当时这个厂还在建设过程当中,在奥运会开幕前7天才完工。) c* A6 Z- q/ y5 O( T: W2 T2tech.cn

& Z# R2 z8 S: P: h$ l接下来是关于能耗的效率,还有能量产生的问题。关于能耗方面,曝气、回流等占到整个污水处理运行能耗的50%~60%。在能量生产方面,传统厌氧消化能够产生甲烷。另外,为了降低对碳源的使用,我们可以采用厌氧氨氧化(ANAMMOX)技术对氮进行去除,这样能够产生节省更多的有机能源,供我们转化能源(甲烷)使用。+ O9 o/ I+ p4 P+ L' @2tech.cn

- C& N# w5 x$ d# w* k& x关于能量产生方面,污水处理本身一方面是利用自身剩余污泥,同时还可以把外源有机固体废弃物(如,厨余垃圾)引入污泥厌氧消化进行共消化而产生能源(甲烷)。此外,还可以考虑在污水处理前端,不是把COD从水里去除,而是把它分离出来后进行厌氧消化。传统反硝化需要碳源,没有碳源怎么办?那么,这时氮的去除就可以采用厌氧氨氧化这样的技术。有人说会说,那磷怎么办?磷可以回收!' y$ p+ T: l3 S0 t& V4 [4 |2tech.cn
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精彩评论1

 楼主| 学社技术 发表于 2019-9-18 13:39 | 显示全部楼层

荷兰Delft大学Mark谈热点技术话题

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当今享誉世界的污水处理大师,荷兰Delft大学Mark Van Loosdrecht,2016年10月19日,参加《中国给水排水》第13届年会,为中国同行奉献了一场异彩纷呈的学术盛宴,更是就目前中国同行广泛关注和热议的热点技术话题,如主流厌氧氨氧化技术、好氧颗粒污泥技术的未来工程化应用前景、污水中资源回收等问题,进行了交流和澄清!5 x9 a3 O- `' G1 M' ?) t2tech.cn
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一、关于好氧颗粒污泥:5 K0 w  `! w# T( b- A( N+ }2tech.cn
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好氧颗粒污泥工程性能很好,在全球己有30个好氧颗粒污泥工程应用,荷兰的项目运行的都很好!
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( S5 B, D. M! o9 r6 j* {二、关于主流Anammox/ t# F1 w( M5 F2tech.cn
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主流Anammox未来具有很大应用潜力,但目前尚停留在研究阶段,世界上还无一工程应用实例,且研究仍需一段时間。实际应用中的主要挑战,需要工艺前端对BOD捕捉干净,这是难题。# X( u  Q3 _* b' z2tech.cn

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三、技术路线的追溯% ?, i$ L! r& R7 b( K2 K1 N) g2tech.cn

3 N" A) ]6 ?6 Y2 K- i, {$ V目前国际上关于可持续污水处理工艺技术的研究方兴未艾,关注碳中和、能耗自给、资源回收等技术研究。实际上,跟踪或者追溯Mark的研究,你会发现,早在1997年,近20年之前,Mark团队在《Water Science & Technology · december 1997》发表过一篇文章,已经很完整的给出了当时他圈定的未来污水处理发展技术路线图:
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" h: j, M% u- ^* x& G% |  n2 T& j你会发现,20年前他提出的技术路线,跟今天大家还在关注的主流未来污水厂技术路线完全一致,就是工艺分两段,第一段实现碳源的捕捉,就是“污泥增量”,厌氧消化用于甲烷化;后续采用Biofilm形式的主流厌氧氨氧化技术路线。在侧流消化液处理,也是采用了Anammox,此工艺路线,和我们今天国内外很多团队或者专家们近两年提出的技术路线完全一致。; M5 c) `6 _( d0 X: B! q2tech.cn

* I) ]4 w9 N( ~; t  q其实,我们今天还在研究阶段的技术路线,Mark早在1997年的深秋,已经进行了完整的诠释!时至今日,科学家们对此技术路线的研究和还乐此不疲,但还是停留在实验室阶段,最大规模地不过是中试系统。
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