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前沿关注 [动态]荷兰未来污水处理新框架NEWs及其实践 [复制链接]

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京东
基于可持续污水处理理念,荷兰2008年制定出未来污水处理的NEWs框架,即未来污水处理厂将是营养物(Nutrient)、能源(Energy)与再生水(Water)的制造工厂。# K  O: f: f8 }8 x
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荷兰的应用水研究基金会（STOWA）在2010年的报告中指出，荷兰的污水处理厂有望在2030年从污水处理厂，转型为能源、原料厂。( s' P. T/ C8 t0 Y2 n7 V7 W

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) H; L" W5 ^: t' a3 }0 w- t8 {; q' ^营养物工厂. M# h% V3 \. p' u) B  D

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( R% L# z/ x. {8 u* W8 A0 H(1)污水中的营养物质,特别是磷在处理过程中可有效回收,以最大限度延缓磷资源的匿乏速度。这便是营养物工厂的内涵.7 f: E% y( {2 W5 T2 L

+ |2 g. g& I- m0 ^2 D2 Y(2)有机物为能量的载体,转化后可用于弥补运行能耗,实现硖中和运行目的;污水本身所含热量交可通过水源热泵转换出大量热/冷能不仅可贡献于碳中和运行,还能向社会输出热/冷量。这就是能源工厂的内容。8 p9 E9 N2 B8 l
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(3)有机物及营养物回收完成后,完成了传统污水处理的主要目标,剩下的资源则是再生水,作为副产品随之产生。所谓再生水工厂即是如此.
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! w. m9 y  j9 i* y! W5 Q) ]3 L能源工厂2 b7 l6 ~9 q3 U1 y# r, n# j

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) G( @. j+ @$ o5 d- v* K原污水经沉砂池去除无机砂砾后,主要靠生物固磷(强化生物除磷,EBPR)将污水中磷富集于污泥中沉淀回收;处理水达标排放/回用;富磷污泥厌氧消化产CH4后脱水干化,主要从干污泥焚烧灰点中回收磺,也可氧化上清液产生磷酸盐,该工艺的主要特点是首先将有机物与营养物质分离,分别回收能源与资源。
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3 h6 p5 ?9 O+ b: L" e6 L原污水经格栅、微滤网后截留20%的颗粒有机物;经预沉池再沉淀10~15%的SS(悬浮物);后经AB法A段生物吸附沉淀或厌氧消化(AD)生产CH4;出水再经主流ANAMMOX反应去除氨;最后磷以化学结晶方式回收;再生水在排放之前经水源热泵交换热量供热后排放。& D( `( k9 t3 s

& N  E1 a6 i) a: W) Q5 ]微滤截留有机物、预沉和沉淀池污泥经超临界气化后产生H和CH4它们与厌氧消化产生的CH4一起由燎料电池产电。
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% Z: F9 Y: R; D4 G/ G, i. d4 E该工艺强调首先截留有机物并使之直接超临界气化,剩余溶解性有机物采用厌氧分解产CH4;氨与磷以无碳源需求的ANAMMOX方式以化学结晶方式去除,以最大化有机物转化能源。9 }( `. j$ Y& v

8 W3 a5 \; z; z再生水工厂
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原污水经AB法的A段和膜生物反应器(MBR)处理后,加臭氧(O3)高级氧化(难降解COD)处理,再经接触池、生物活性炭过滤后,30%处理水经反渗透(RO)深度处理获得锅炉补充水甚至是饮用水(20%),10%(间排)的浓液与另外70%(直排)处理水最后排入芦苇湿地或地表水系统。
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该工艺虽可保证获得稳定的水质和水量,但是MBR与RO这样的膜技术能耗极高,需要有充足的剩余污泥提供有机能量(CH4)。否则,实现碳中和运行目标需要利用污水热量(水源热泵)予以弥补。
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! n  {0 h* b! A; H6 {9 m8 L* ?( l以Amersfoort污水厂为例,与其他3个污水处理厂(Soest、Nijkerk与Woudenberg)合作,升级改造后,N污水厂拥有较新的CHP,故初沉污泥仍在该厂单独厌氧消化处理,泻气经CHP产电和热用于该厂、W厂未设初沉池,因而没有初沉污泥。* r: Q# S+ Z1 E5 \9 ~+ `. ]+ m* l
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4个污水处理厂的初沉污泥和二沉污泥(刚提到的两个厂除外)被送往磷分离单元(Wasstrip工艺)池中释放磷后富磷上清液送往Peal反应器回收磷,污泥经浓缩后送往消化池。消化过程中,污泥通过热压水解处理以生产更多沼气,沼气通过CHP发电产热。
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0 d2 V$ M4 {3 O7 u0 D6 N8 p消化污泥脱水上清液进入Peal反应器与来自于Wasstrip池富磷上清液在此实现磷回收。经Peal反应器磷回收后高氨氨污泥上清液通过自养脱氮(DEMON)方式被大部分去除。CHP所产电和热主要用于Amersfoort污水处理厂运行,过刻的电将送往外部电网,余热将在未来用于污泥干化或其他目的。7 x) E' ]2 P" Z2 N4 O- X

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新工艺中主要采用的技术措施:
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(1)污泥热压水解技术(THP):在高温高压下裂解污泥细胞结构以提高沼气产量;
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# M% z9 w5 b: M/ ~' l- @(2)磷回收技术(Wasstrip+Peal):
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& }0 @$ ^* w3 Q$ ]9 N0 EWasstrip工艺是对Peal营养回收技术的理想补充,W工艺在剩余污泥浓缩消化之前将磷和镁从剩余污泥中分离,形成富磷与镁的上清液,并被直接送往Peal反应器。Peal技术用于侧流处理含高磷和氨氨浓度的脱水污泥上清液,主要生成鸟粪石(MgNH4PO4.6H20)产品。Peal技术可以回收上清液中90%以上的磷,鸟粪石颗粒纯度超过99.9%,其颗粒尺寸和硬度都非常适合用作肥料。
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6 a: p; M; P5 b4 H最终,Amersfoort污水厂能源自给率高达130%,产生剩余电量供应社会可满足600个家庭1年使用;4个污水厂总的能源自给率也达到70%;热电联产余热最大限度被回收。4个污水厂进水总磷的42%得以回收并转化为对环境无害的高质肥料;化学药剂使用量将减少50%;污泥脱除31%的水分;投资回收年限为6~7年。0 g, ]9 m) _0 K$ F/ v8 O/ c/ D- g
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; o" H, M* r6 J/ I( ~未来要做的不是将污水处理厂改造为单一的营养物、能源或再生水工厂,而是要尽可能更多地发掘污水资源/能源化潜力,在同一污水处理厂内实现营养物、能源和再生水三位一体的生产厂(NEW5)
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! {5 z( \( Y% h磷回收强调生物除磷与化学磷回收相结合的方式共同实施,污泥转化能源则要求最大化污泥产量,即污泥增量化。' a7 J, _+ _+ l2 C

  C4 o( L5 k+ q" d* I$ o仍需意识到的是,NEWS能否变为现实的根本条件是其产品一一营养物、能源和再生水可否成为下游企业愿意接受的产品,这需要管理人员在技术研发的同时也要积极寻求产品的潜在市场。3 j5 ?. X. C) b' H
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荷兰NEWs磷回收污泥热压水解

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1 条评论

 楼主| 碳中和  韶华一笑间  发表于 2021-3-28 07:28:42 | 显示全部楼层
向能源厂转型
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' E6 P' |- K6 `    为了提升能源的产量，保证最低的能源消耗和最高的能源回收，可以对污水厂以下几个标红的过程进行优化。
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0 z( Y2 z1 R6 {7 y( K# z% Y9 R    荷兰专家们设计出的技术路线范例如下：3 V1 |" C; X) w2 v, a9 M% {2 \
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环保之家3.JPG * ?% \- T6 f6 i; \& K2 l/ U" [

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; ]- r6 \* [1 c" e- u8 a' z  F    其中一些要点：
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-   分离COD而不是通过好氧降解（曝气时优化沼气产量和能源消耗）；
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3 w3 ?% H" ^: Y2 _$ m+ V-   采用低能耗的方式去除氮、磷和残留的COD（脱氨将是重要的工具）；4 h* i. m" d7 O( x
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-   最大限度地回收污泥的热量。+ V/ V- ]3 f2 a$ M) a" k
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8 k6 g% i7 e; Q, i向原料厂转型
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    传统的污水厂视营养物（氮磷等）为污染物而不是资源。当前，随着对资源回收的高度重视，可以在水厂中涂黄的几个过程开展原料回收。
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2 p# C% F# T/ j9 g+ z; N5 o! d. u9 I& {
    专家们为此设计的范例如下：
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