世界知名污水處理廠

1、IWA污水資源回收匯編報告優(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90年代，Strass污水處理廠就開始關注如何能在滿足工廠運行之外實現(xiàn)產(chǎn)能。其合理性是由于污水中蘊含的能量遠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%其運行所需的能量，到2005年，工廠實現(xiàn)了能源自給和額外產(chǎn)能。污水處理廠位于奧地利Strass Valley，服務于31個社區(qū)，每年可為6萬到25萬人口提供污水處理服務。服務人口數(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計時就已被納入考量。Str

2、ass污水處理廠采取了一系列措施來實現(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9萬到20萬人口當量的平均處理能力。A段可以去除55%-65%的有機物負荷，污泥停留時間少于半天。B段的污泥停留時間約為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間，并且如果需要，所有的活性污泥池都可以進行有效曝氣。這種工藝可以保證有機質(zhì)最大程度地進入污泥消化系統(tǒng)。剩余污泥被濃縮，厭氧消化和脫水。通過這種方式產(chǎn)生的出水通常都有很高的氮負荷。Strass污水處理廠的一個獨到之處是其從2004年開始在側流中利用DEMON工藝去除氨氮。系統(tǒng)利用厭氧氨氧化菌，分

3、兩步進行處理。第一步是通過氧化作用將氨氮轉化成亞硝酸鹽，第二步是通過厭氧氨氧化反應，利用亞硝酸將剩余的氨氮氧化。工藝還含有結合硝化和厭氧氨氧化過程的序批式反應器(SBRs)，在兩年半的時間內(nèi)，該工藝分三個階段被放大應用。除了可以降低硝化反應的能源需求，采用DEMON工藝的轉化過程能夠使大部分的進水有機物負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工藝和側流除氮工藝，在熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)單元中采用全新發(fā)動機可以提高使用效率和電機效率，這也是是實現(xiàn)產(chǎn)能的重要因素。新機組可以達到38%的生物沼氣-電

4、能轉化率。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注于單一資源的回收，但是也有一些處理廠在一開始就通過綜合方法來回收多種資源。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，有機肥料和生物沼氣。這個項目是通過多家企業(yè)機構的合作實現(xiàn)的。主要的執(zhí)行公司是Billund VandA/S公司和威立雅水技術公司(Veolia Water Technologies)旗下的Krger A/S公司。其他合作伙伴包括丹麥環(huán)境部

5、和丹麥水科技發(fā)展基金(VTU)。丹麥政府和VTU為項目提供了1500萬丹麥克朗。項目的前期設計是在2013年秋天進行籌備的，2014年8月開始了實際施工。工廠對丹麥Grineted污水處理廠進行了升級改造，預期在2017年3月投入運行。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質(zhì)。因為有機質(zhì)來自于污水處理，這兩條處理線將協(xié)同工作。有機垃圾從農(nóng)場，居民和工廠中收集而來，包括飯店，屠宰場，餐飲中心和商店;而糞便是由農(nóng)業(yè)收集而來。Billund 生物精煉廠每年會處理4200噸從污水處理廠產(chǎn)生的有機垃圾和污泥，總處理能力為7萬人口當量?；旌狭瞬煌瑏碓吹挠袡C垃圾

6、可以使處理效率更高。有機垃圾會被運到能源工廠(energy factory)，而生活污水將被輸送到污水處理廠進行處理。出水的水質(zhì)符合丹麥和歐盟法規(guī)標準，并將被補給到一條處理廠附近的河里。處理過程中產(chǎn)生的污泥將繼續(xù)在生物精煉廠中進行額外處理。能源工廠被認為是項目運行的核心。工廠采用的工藝結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%。這項技術名為Exelys，Bilund生物精煉廠是最早大規(guī)模應用該技術的工廠之一。Exelys技術是對厭氧消化工藝的強化，可以處理不同類型的有機物，工業(yè)和生活污泥，以及處理油脂。Exelys技術是一種連續(xù)式熱水解工藝，可以降低成本和能耗。Exelys

7、技術和傳統(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技術和威立雅的專利裝置Digestion-Lysis-Digestion (DLD)結合使用。在用Exelys技術進行處理之前，工廠對有機廢物進行了預消化和脫水，這種做法可以減低能耗，同時使產(chǎn)能最大化。下圖展示了脫水污泥連續(xù)地被泵壓入反應器管道中。在反應器中注入蒸汽將污泥加熱。污泥持續(xù)在反應器中流動時處于壓力和高溫之下。在進入第二級消化器之前，通過加水，經(jīng)過水解的污泥隨后在熱交換器中冷卻下來。整個過程的末端產(chǎn)品是生物沼氣，它將被轉化成電力和熱能銷售給

8、公共社區(qū)供暖系統(tǒng)和當?shù)叵M者，包括工廠，農(nóng)場和居民?，F(xiàn)在，有700戶家庭的電力是他們自己的有機垃圾經(jīng)處理后生產(chǎn)的，而這個數(shù)字在未來預計還會上升。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)超過了其在處理垃圾和污水時的耗能。除了前面提到的一些技術，Billund生物精煉廠還利用厭氧氨氧化菌把機物中的氮轉化成氮氣。通過在移動床生物膜反應器(MBBR) 上使用Anita Mox 工藝來處理氨氮負荷很高的離心機排放水;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過程中被結合使用。整個過程的氨氮去除率可以達到80%以上。除了生物沼氣

9、，Billund生物精煉廠的另一個末端產(chǎn)品是含有生物固廢和污泥中營養(yǎng)物質(zhì)的有機肥料。工廠還在進一步探索生產(chǎn)有機塑料的可能性。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用生物燃料。除了在資源回收方面進行整體考慮，綜和全面的方法對運行操作也是至關重要的。通過持續(xù)的運行和維護來達到了最佳表現(xiàn)。利用智能軟件系統(tǒng)STAR Utility Solutions來對整個生產(chǎn)和管理過程進行監(jiān)管。這個智能軟件系統(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品的使用，并且可以優(yōu)化產(chǎn)能。丹麥政府預測Billund生物精煉廠將在國內(nèi)和國際上開啟資源回收的新階段。Billund生物精煉廠已經(jīng)獲得

10、了很多認可，其中一項是2014年由全球水峰會(Global Water Summit)頒發(fā)的年度水回用項目大獎(Water Reuse Project of the Year)。和很多其他項目一樣，Billund生物精煉廠也離不開相關方的協(xié)同合作。生物精煉廠處理的有機垃圾一部分是從居民中收集而來的，這就需要人們對他們的垃圾進行合理分類。精煉廠也從當?shù)氐闹饕I(yè)收集垃圾，因此也和相關工廠開展了合作。Billund生物精煉廠在項目運營中考慮使各相關方的利益需求，希望能夠?qū)崿F(xiàn)共贏。此外，Billund生物精煉廠也邀請學術部門的加入，歡迎博士后到工廠開展研究工作。在法規(guī)和政策方面，Billund生物精

11、煉廠將滿足所有當?shù)卦O立的標準，而這些標準和相關的丹麥國家法規(guī)相比更為嚴格。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)品是鳥糞石化肥。除了對技術的應用，污水處理廠廣泛的合作伙伴關系也值得關注。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)污水均分別有預處理。排放水來自一家污水處理廠，而污水則來自Aviko公司的馬鈴薯加工廠。Aviko是當今世界第四大馬鈴薯加工企業(yè)，其每年會加工120萬噸馬鈴薯。從馬鈴薯加工廠產(chǎn)生的污水含有蛋白質(zhì)，淀粉和相當于16萬人口當量的的磷。特別是馬

12、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，能夠建立兩個獨立的處理廠進行污水處理是最節(jié)約成本和能源的方式。這種模式是通過荷蘭水理事會(Waterboard)和其經(jīng)營污水處理廠的下屬公司W(wǎng)aterstromen BV之間的公私合作(PPP)來實現(xiàn)的。工廠由帕克公司(Paques)設計，工程建設于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反應器處理過的馬鈴薯加工廠污水出水混合后進入PhospaqTM反應器，。馬鈴薯加工廠從1982年就開始應用UASB技術，這一技術可以通過厭氧反應去除污水中大部分的有機物。但出水中仍含有大量的磷和氨氮，它們將分別通過

13、PhospaqTM技術和一步厭氧氨氧化技術被去除。PhospaqTM技術可以去除80%的磷，而厭氧氨氧化技術的氨氮去除率可以達到90%。這是世界上第一次將PhospaqTM技術和厭氧氨氧化技術結合應用到運行項目中。美國奧蘭治水務處項目將回用水間接用于飲用水的一個典型案例是美國奧蘭治縣水務處(Orange County Water District，OCWD)。根據(jù)加州議會法案，奧蘭治縣水務處1933年建立，旨在管理和保護奧蘭治的地下水流域?，F(xiàn)在服務當?shù)?30萬人口。當?shù)氐叵滤a給主要來自附近的Santa Ana River河，科多拉多河等河流也是重要的引水來源。從項目開展以來，奧蘭治的地下水的

14、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，水務處(OCWD)開發(fā)出了地下水補給系統(tǒng)(Groundwater Replenishment System，GWRS)。這一系統(tǒng)于2008年1月開始運行，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)過處理過的污水回灌到地下含水層中，之后再進一步被用于周邊地區(qū)居民的飲用水供應。這一系統(tǒng)每天可以生產(chǎn)25.6萬立方米凈化水，和其他水源一起為奧蘭治縣的地下水補給，同時還可以滿足北部和中部60萬居民的用水需求。除了深度

15、處理系統(tǒng)外，工程還設有一條連接各個流域補給處理設備的管線以及一道防止海水入侵的屏障(圖1)。地下水補給系統(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處和衛(wèi)生處的項目中。地下水補給系統(tǒng)的一個好處是其在防止海水入侵方面的作用。隨著流域中越來越多的水被使用，海水入侵的風險也越來越大。地下水補給系統(tǒng)每天生產(chǎn)的26.5萬立方米水中有11.4萬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，通過礫石和砂床進行過濾，之后再注入到主要的飲用水供應含水層中。地下水之后會通過水泵被輸入到400多個井中，為城市，當?shù)氐乃畡展竞推渌脩艄┧?。?015年地下水補給系統(tǒng)的總產(chǎn)水量達

16、到37.9萬立方米/每天。城市和用戶對水量，水質(zhì)和自然生態(tài)保護的需求促使了奧蘭治供水和地下水補給系統(tǒng)的形成和發(fā)展。地下水補給系統(tǒng)項目很好地體現(xiàn)了美國加州在對地下水補給和回用工程的監(jiān)控和運行方面不斷更新的法規(guī)政策。在計劃擴建之前，項目相關人員已經(jīng)對當?shù)氐姆ㄒ?guī)政策進行了分析研究，以確保升級改造的相關需求能夠得以實現(xiàn)。例如，在地下水力停留時間和單元過程監(jiān)控方面要求的變化可能會影響地下水補給系統(tǒng)的運行，因此需要持續(xù)地對系統(tǒng)進行檢查，以確保其符合當?shù)胤ㄒ?guī)要求。事實上，地下水補給系統(tǒng)出產(chǎn)水的水質(zhì)已經(jīng)超過了加州和聯(lián)邦的飲用水標準。在社會層面，水務處為獲得公眾對水項目的支持作出了巨大努力。地下水補給系統(tǒng)項目在2010年接待了約4千名市民前來參觀，并為對項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目能夠取得成功的關鍵因素之一。對水回用積極意義的公共宣傳早在地下水補給項目設計開始前的1997年就已經(jīng)開始。由10人組成的水務處董事會是通過市民選舉產(chǎn)生的，公眾因此可以在不同層面上參與到有關項目的決策當中。奧蘭治水務處項目和地下水補