世界知名污水處理廠

1、IWA污水資源回收匯編報(bào)告優(yōu)秀案例(2)-奧地利Strass污水處理廠能源奧地利Strass污水處理廠因在能源自給方面取得的成功而名聲大噪，早在20世紀(jì)90年代，Strass污水處理廠就開(kāi)始關(guān)注如何能在滿足工廠運(yùn)行之外實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能。其合理性是由于污水中蘊(yùn)含的能量遠(yuǎn)高于處理污水所需的能耗。在1996年，Strass污水處理廠已經(jīng)可以生產(chǎn)50%其運(yùn)行所需的能量，到2005年，工廠實(shí)現(xiàn)了能源自給和額外產(chǎn)能。污水處理廠位于奧地利Strass Valley，服務(wù)于31個(gè)社區(qū)，每年可為6萬(wàn)到25萬(wàn)人口提供污水處理服務(wù)。服務(wù)人口數(shù)量的變化是由于旅游季高峰的出現(xiàn)，但這一因素在工廠的最初設(shè)計(jì)時(shí)就已被納入考量。Str

2、ass污水處理廠采取了一系列措施來(lái)實(shí)現(xiàn)能源自給，采用兩段生物系統(tǒng)的AB工藝就是其中之一。根據(jù)季節(jié)的不同，該系統(tǒng)每周有9萬(wàn)到20萬(wàn)人口當(dāng)量的平均處理能力。A段可以去除55%-65%的有機(jī)物負(fù)荷，污泥停留時(shí)間少于半天。B段的污泥停留時(shí)間約為10天，這樣可以去除80%的氮。在線的氨氮分析器控制著曝氣量和曝氣時(shí)間，并且如果需要，所有的活性污泥池都可以進(jìn)行有效曝氣。這種工藝可以保證有機(jī)質(zhì)最大程度地進(jìn)入污泥消化系統(tǒng)。剩余污泥被濃縮，厭氧消化和脫水。通過(guò)這種方式產(chǎn)生的出水通常都有很高的氮負(fù)荷。Strass污水處理廠的一個(gè)獨(dú)到之處是其從2004年開(kāi)始在側(cè)流中利用DEMON工藝去除氨氮。系統(tǒng)利用厭氧氨氧化菌，分

3、兩步進(jìn)行處理。第一步是通過(guò)氧化作用將氨氮轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽，第二步是通過(guò)厭氧氨氧化反應(yīng)，利用亞硝酸將剩余的氨氮氧化。工藝還含有結(jié)合硝化和厭氧氨氧化過(guò)程的序批式反應(yīng)器(SBRs)，在兩年半的時(shí)間內(nèi)，該工藝分三個(gè)階段被放大應(yīng)用。除了可以降低硝化反應(yīng)的能源需求，采用DEMON工藝的轉(zhuǎn)化過(guò)程能夠使大部分的進(jìn)水有機(jī)物負(fù)荷在消化器中被用于生成生物沼氣，而不是在反硝化作用中被消耗。并且和其前工藝相比， DEMON工藝的一大不同之處在于它不需要額外添加碳源。除了AB工藝和側(cè)流除氮工藝，在熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)單元中采用全新發(fā)動(dòng)機(jī)可以提高使用效率和電機(jī)效率，這也是是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能的重要因素。新機(jī)組可以達(dá)到38%的生物沼氣-電

4、能轉(zhuǎn)化率。一系列的工藝組合大大地提高了能源自給的比例棕色錐形斗是旋流分離器，是DEMON工藝用于分離厭氧氨氧化菌。麥的Billund 生物精煉廠(BioRefinery)綜合性資源回收一些處理廠關(guān)注于單一資源的回收，但是也有一些處理廠在一開(kāi)始就通過(guò)綜合方法來(lái)回收多種資源。比如位于丹麥的Billund 生物精煉廠(BioRefinery)，可以生產(chǎn)三種產(chǎn)品：清潔水，有機(jī)肥料和生物沼氣。這個(gè)項(xiàng)目是通過(guò)多家企業(yè)機(jī)構(gòu)的合作實(shí)現(xiàn)的。主要的執(zhí)行公司是Billund VandA/S公司和威立雅水技術(shù)公司(Veolia Water Technologies)旗下的Krüger A

5、/S公司。其他合作伙伴包括丹麥環(huán)境部和丹麥水科技發(fā)展基金(VTU)。丹麥政府和VTU為項(xiàng)目提供了1500萬(wàn)丹麥克朗。項(xiàng)目的前期設(shè)計(jì)是在2013年秋天進(jìn)行籌備的，2014年8月開(kāi)始了實(shí)際施工。工廠對(duì)丹麥Grineted污水處理廠進(jìn)行了升級(jí)改造，預(yù)期在2017年3月投入運(yùn)行。Billund 生物精煉廠有兩條不同的處理線，一條用于處理污水，一條用于處理生物有機(jī)質(zhì)。因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)來(lái)自于污水處理，這兩條處理線將協(xié)同工作。有機(jī)垃圾從農(nóng)場(chǎng)，居民和工廠中收集而來(lái)，包括飯店，屠宰場(chǎng)，餐飲中心和商店;而糞便是由農(nóng)業(yè)收集而來(lái)。Billund 生物精煉廠每年會(huì)處理4200噸從污水處理廠產(chǎn)生的有機(jī)垃圾和污泥，總處理能力為7

6、萬(wàn)人口當(dāng)量?；旌狭瞬煌瑏?lái)源的有機(jī)垃圾可以使處理效率更高。有機(jī)垃圾會(huì)被運(yùn)到能源工廠(energy factory)，而生活污水將被輸送到污水處理廠進(jìn)行處理。出水的水質(zhì)符合丹麥和歐盟法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，并將被補(bǔ)給到一條處理廠附近的河里。處理過(guò)程中產(chǎn)生的污泥將繼續(xù)在生物精煉廠中進(jìn)行額外處理。能源工廠被認(rèn)為是項(xiàng)目運(yùn)行的核心。工廠采用的工藝結(jié)合了熱水解和厭氧消化，可以使生物沼氣的產(chǎn)量提高30%-50%。這項(xiàng)技術(shù)名為Exelys，Bilund生物精煉廠是最早大規(guī)模應(yīng)用該技術(shù)的工廠之一。Exelys技術(shù)是對(duì)厭氧消化工藝的強(qiáng)化，可以處理不同類(lèi)型的有機(jī)物，工業(yè)和生活污泥，以及處理油脂。Exelys技術(shù)是一種連續(xù)式熱水解工

7、藝，可以降低成本和能耗。Exelys技術(shù)和傳統(tǒng)的序批式熱水解工藝一樣有效，但是能耗卻更低，可以在厭氧消化系統(tǒng)中有效地增加生物沼氣產(chǎn)量和分解污泥。Billund生物精煉廠把Exelys技術(shù)和威立雅的專(zhuān)利裝置Digestion-Lysis-Digestion (DLD)結(jié)合使用。在用Exelys技術(shù)進(jìn)行處理之前，工廠對(duì)有機(jī)廢物進(jìn)行了預(yù)消化和脫水，這種做法可以減低能耗，同時(shí)使產(chǎn)能最大化。下圖展示了脫水污泥連續(xù)地被泵壓入反應(yīng)器管道中。在反應(yīng)器中注入蒸汽將污泥加熱。污泥持續(xù)在反應(yīng)器中流動(dòng)時(shí)處于壓力和高溫之下。在進(jìn)入第二級(jí)消化器之前，通過(guò)加水，經(jīng)過(guò)水解的污泥隨后在熱交換器中冷卻下來(lái)。整個(gè)過(guò)程的末端產(chǎn)品是生

8、物沼氣，它將被轉(zhuǎn)化成電力和熱能銷(xiāo)售給公共社區(qū)供暖系統(tǒng)和當(dāng)?shù)叵M(fèi)者，包括工廠，農(nóng)場(chǎng)和居民。現(xiàn)在，有700戶家庭的電力是他們自己的有機(jī)垃圾經(jīng)處理后生產(chǎn)的，而這個(gè)數(shù)字在未來(lái)預(yù)計(jì)還會(huì)上升。DLD裝置被證明可以增加50%的生物沼氣和電力產(chǎn)量，減少30%的最終污泥產(chǎn)生量。工廠的產(chǎn)能已經(jīng)超過(guò)了其在處理垃圾和污水時(shí)的耗能。除了前面提到的一些技術(shù)，Billund生物精煉廠還利用厭氧氨氧化菌把機(jī)物中的氮轉(zhuǎn)化成氮?dú)?。通過(guò)在移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器(MBBR) 上使用Anita Mox 工藝來(lái)處理氨氮負(fù)荷很高的離心機(jī)排放水;利用傳統(tǒng)的亞硝酸鹽生成菌和特定的厭氧氨氧化菌，好氧和厭氧工藝在這個(gè)過(guò)程中被結(jié)合使用。整個(gè)過(guò)程的氨氮去

9、除率可以達(dá)到80%以上。除了生物沼氣，Billund 生物精煉廠的另一個(gè)末端產(chǎn)品是含有生物固廢和污泥中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的有機(jī)肥料。工廠還在進(jìn)一步探索生產(chǎn)有機(jī)塑料的可能性。另外一種發(fā)展方向是將產(chǎn)生的甲烷和氫氣用于制造燃料電池和車(chē)用生物燃料。除了在資源回收方面進(jìn)行整體考慮，綜和全面的方法對(duì)運(yùn)行操作也是至關(guān)重要的。通過(guò)持續(xù)的運(yùn)行和維護(hù)來(lái)達(dá)到了最佳表現(xiàn)。利用智能軟件系統(tǒng)STAR Utility Solutions來(lái)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)和管理過(guò)程進(jìn)行監(jiān)管。這個(gè)智能軟件系統(tǒng)可以確保工程采用最優(yōu)方式處理污水，盡可能地減少能源和化學(xué)品的使用，并且可以優(yōu)化產(chǎn)能。丹麥政府預(yù)測(cè)Billund生物精煉廠將在國(guó)內(nèi)和國(guó)際上開(kāi)啟資

10、源回收的新階段。Billund生物精煉廠已經(jīng)獲得了很多認(rèn)可，其中一項(xiàng)是2014年由全球水峰會(huì)(Global Water Summit)頒發(fā)的年度水回用項(xiàng)目大獎(jiǎng)(Water Reuse Project of the Year)。和很多其他項(xiàng)目一樣，Billund生物精煉廠也離不開(kāi)相關(guān)方的協(xié)同合作。生物精煉廠處理的有機(jī)垃圾一部分是從居民中收集而來(lái)的，這就需要人們對(duì)他們的垃圾進(jìn)行合理分類(lèi)。精煉廠也從當(dāng)?shù)氐闹饕I(yè)收集垃圾，因此也和相關(guān)工廠開(kāi)展了合作。Billund生物精煉廠在項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)中考慮使各相關(guān)方的利益需求，希望能夠?qū)崿F(xiàn)共贏。此外，Billund生物精煉廠也邀請(qǐng)學(xué)術(shù)部門(mén)的加入，歡迎博士后到工廠開(kāi)展

11、研究工作。在法規(guī)和政策方面，Billund生物精煉廠將滿足所有當(dāng)?shù)卦O(shè)立的標(biāo)準(zhǔn)，而這些標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)的丹麥國(guó)家法規(guī)相比更為嚴(yán)格。荷蘭Olburgen污水處理廠位于荷蘭Olburgen的一家污水處理廠是資源回收方面的成功范例。工廠的末端產(chǎn)品是鳥(niǎo)糞石化肥。除了對(duì)技術(shù)的應(yīng)用，污水處理廠廣泛的合作伙伴關(guān)系也值得關(guān)注。Olburgen污水處理廠主要處理附近工廠產(chǎn)生的排放水和工業(yè)污水。在排放到下游污水處理廠之前，排放水和工業(yè)污水均分別有預(yù)處理。排放水來(lái)自一家污水處理廠，而污水則來(lái)自Aviko公司的馬鈴薯加工廠。Aviko是當(dāng)今世界第四大馬鈴薯加工企業(yè)，其每年會(huì)加工120萬(wàn)噸馬鈴薯。從馬鈴薯加工廠產(chǎn)生的污水含有蛋

12、白質(zhì)，淀粉和相當(dāng)于16萬(wàn)人口當(dāng)量的的磷。特別是馬鈴薯皮中含有大量可以被回收的磷酸鹽。和傳統(tǒng)的處理工藝相比，能夠建立兩個(gè)獨(dú)立的處理廠進(jìn)行污水處理是最節(jié)約成本和能源的方式。這種模式是通過(guò)荷蘭水理事會(huì)(Waterboard)和其經(jīng)營(yíng)污水處理廠的下屬公司W(wǎng)aterstromen BV之間的公私合作(PPP)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。工廠由帕克公司(Paques)設(shè)計(jì)，工程建設(shè)于2006年完工。下圖顯示了處理流程。Olburgen污水廠的排放水與經(jīng)UASB反應(yīng)器處理過(guò)的馬鈴薯加工廠污水出水混合后進(jìn)入PhospaqTM反應(yīng)器，。馬鈴薯加工廠從1982年就開(kāi)始應(yīng)用UASB技術(shù)，這一技術(shù)可以通過(guò)厭氧反應(yīng)去除污水中大部分的有機(jī)

13、物。但出水中仍含有大量的磷和氨氮，它們將分別通過(guò)PhospaqTM技術(shù)和一步厭氧氨氧化技術(shù)被去除。PhospaqTM技術(shù)可以去除80%的磷，而厭氧氨氧化技術(shù)的氨氮去除率可以達(dá)到90%。這是世界上第一次將PhospaqTM技術(shù)和厭氧氨氧化技術(shù)結(jié)合應(yīng)用到運(yùn)行項(xiàng)目中。美國(guó)奧蘭治水務(wù)處項(xiàng)目將回用水間接用于飲用水的一個(gè)典型案例是美國(guó)奧蘭治縣水務(wù)處(Orange County Water District，OCWD)。根據(jù)加州議會(huì)法案，奧蘭治縣水務(wù)處1933年建立，旨在管理和保護(hù)奧蘭治的地下水流域?，F(xiàn)在服務(wù)當(dāng)?shù)?30萬(wàn)人口。當(dāng)?shù)氐叵滤a(bǔ)給主要來(lái)自附近的Santa Ana River河，科多拉多河等河流也是

14、重要的引水來(lái)源。從項(xiàng)目開(kāi)展以來(lái)，奧蘭治的地下水的流量增加了兩倍多。圖1顯示了該區(qū)域的總體情況。  圖1 同奧蘭治縣衛(wèi)生處(Orange County Sanitation District，OCSD)合作，水務(wù)處(OCWD)開(kāi)發(fā)出了地下水補(bǔ)給系統(tǒng)(Groundwater Replenishment System，GWRS)。這一系統(tǒng)于2008年1月開(kāi)始運(yùn)行，是現(xiàn)在世界上最大的回用水間接用于飲用水的污水凈化系統(tǒng)。系統(tǒng)采用深度處理工藝，將經(jīng)過(guò)處理過(guò)的污水回灌到地下含水層中，之后再進(jìn)一步被用于周邊地區(qū)居民的飲用水供應(yīng)。這一系統(tǒng)每天可以生產(chǎn)25.6萬(wàn)立方米凈化水，和其他水

15、源一起為奧蘭治縣的地下水補(bǔ)給，同時(shí)還可以滿足北部和中部60萬(wàn)居民的用水需求。除了深度處理系統(tǒng)外，工程還設(shè)有一條連接各個(gè)流域補(bǔ)給處理設(shè)備的管線以及一道防止海水入侵的屏障(圖1)。地下水補(bǔ)給系統(tǒng)的第一階段工程投入了4.8億美元，這些資金被平均分配到水務(wù)處和衛(wèi)生處的項(xiàng)目中。  地下水補(bǔ)給系統(tǒng)的一個(gè)好處是其在防止海水入侵方面的作用。隨著流域中越來(lái)越多的水被使用，海水入侵的風(fēng)險(xiǎn)也越來(lái)越大。地下水補(bǔ)給系統(tǒng)每天生產(chǎn)的26.5萬(wàn)立方米水中有11.4萬(wàn)立方米被注入井中成為防止海水入侵的屏障;而其余的水被輸送到滲濾池中，通過(guò)礫石和砂床進(jìn)行過(guò)濾，之后再注入到主要的飲用水供應(yīng)含水層中。地下水之后會(huì)

16、通過(guò)水泵被輸入到400多個(gè)井中，為城市，當(dāng)?shù)氐乃畡?wù)公司和其他用戶供水。到2015年地下水補(bǔ)給系統(tǒng)的總產(chǎn)水量達(dá)到37.9萬(wàn)立方米/每天。  城市和用戶對(duì)水量，水質(zhì)和自然生態(tài)保護(hù)的需求促使了奧蘭治供水和地下水補(bǔ)給系統(tǒng)的形成和發(fā)展。地下水補(bǔ)給系統(tǒng)項(xiàng)目很好地體現(xiàn)了美國(guó)加州在對(duì)地下水補(bǔ)給和回用工程的監(jiān)控和運(yùn)行方面不斷更新的法規(guī)政策。在計(jì)劃擴(kuò)建之前，項(xiàng)目相關(guān)人員已經(jīng)對(duì)當(dāng)?shù)氐姆ㄒ?guī)政策進(jìn)行了分析研究，以確保升級(jí)改造的相關(guān)需求能夠得以實(shí)現(xiàn)。例如，在地下水力停留時(shí)間和單元過(guò)程監(jiān)控方面要求的變化可能會(huì)影響地下水補(bǔ)給系統(tǒng)的運(yùn)行，因此需要持續(xù)地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢查，以確保其符合當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)要求。事實(shí)上，地下水補(bǔ)給系統(tǒng)出產(chǎn)水的水質(zhì)已經(jīng)超過(guò)了加州和聯(lián)邦的飲用水標(biāo)準(zhǔn)。 在社會(huì)層面，水務(wù)處為獲得公眾對(duì)水項(xiàng)目的支持作出了巨大努力。地下水補(bǔ)給系統(tǒng)項(xiàng)目在2010年接待了約4千名市民前來(lái)參觀，并為對(duì)項(xiàng)目感興趣的人們提供了講解。社區(qū)的大力支持是這些水項(xiàng)目能夠取得成功的關(guān)鍵因素之一。對(duì)水回用積極意義的公共宣傳早在地下水補(bǔ)給項(xiàng)目設(shè)計(jì)開(kāi)始前的1997年就已經(jīng)開(kāi)始。由10人組成的水務(wù)處董事會(huì)是通過(guò)市民選舉產(chǎn)生的，公眾因此可以在不同層面上參與到有關(guān)項(xiàng)目的決策當(dāng)中。  奧蘭治水務(wù)處項(xiàng)目和