荷蘭歷時(shí)三年的低溫主流厭氧氨氧化中試，最后結(jié)果如何了?
在過(guò)去十多年里，厭氧氨氧化工藝已被證實(shí)可以在相對(duì)溫暖的溫度下處理高濃度的氨氮廢水(30-35℃，>1000 NH4-N mg/L)。同時(shí)，世界各地的污水廠和研究機(jī)構(gòu)也在探索將該工藝用于處理低溫低氨氮濃度的市政污水的可能性。
荷蘭水應(yīng)用研究基金會(huì)STOWA、荷蘭Paques，荷蘭水委會(huì)Waterschap Hollandse Delta在2013年至2016年期間，在歐盟Life+的資助下，聯(lián)合開(kāi)展了一個(gè)名為CENIRELTA的項(xiàng)目，目標(biāo)是研究低成本的低溫主流厭氧氨氧化技術(shù)的可行性。2017年，STOWA在其官網(wǎng)上發(fā)布了一份87頁(yè)的以荷蘭語(yǔ)編寫(xiě)的結(jié)題報(bào)告。小編將帶大家介紹一下該項(xiàng)目的概況。
CENIRELTA-低溫主流脫氮技術(shù)報(bào)告
CENIRELTA即低溫厭氧氨氧化菌的低成本污水脫氮處理。它其實(shí)是2012年的可行性研究的后續(xù)項(xiàng)目：當(dāng)時(shí)上述的幾個(gè)機(jī)構(gòu)在荷蘭鹿特丹的Dokhaven污水廠進(jìn)行了小試，并通過(guò)了初步的驗(yàn)證。在這基礎(chǔ)上，他們進(jìn)行CENIRELTA這個(gè)中試示范項(xiàng)目，并想借助這個(gè)項(xiàng)目向荷蘭其他水委會(huì)傳播交流主流厭氧氨氧化工藝。
Dokhaven污水廠概況
Dokhaven地下污水廠位于鹿特丹市中心新馬斯河畔(Nieuw Maas)，距離中心火車(chē)站只有4公里。該廠污水處理采用AB工藝，主流段產(chǎn)生的污泥輸送到600米外的Sluisjesdijk污泥處理廠進(jìn)行厭氧消化，生成的沼氣用于熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)，消化液采用了Paques公司的SHARON+ANAMMOX工藝進(jìn)行自養(yǎng)脫氮。污水廠的處理能力約為560000人口當(dāng)量。
盡管該污水廠一直對(duì)脫氮工藝進(jìn)行優(yōu)化，但總的去除率一直在60%左右徘徊，出水總氮的年平均值為15-20mg/L，但荷蘭要求其標(biāo)準(zhǔn)要低于10mg/L。水委會(huì)Hollandse Delta的內(nèi)部評(píng)估顯示，由于該污水廠的空間限制(地下式污水廠)，傳統(tǒng)的技術(shù)無(wú)法滿(mǎn)足日后的出水標(biāo)準(zhǔn)。在這樣的背景之下，他們選擇了主流厭氧氨氧化作為重點(diǎn)的考察對(duì)象。
Anammox原理
厭氧氨氧化的發(fā)生進(jìn)程主要分為兩大步：“第一個(gè)過(guò)程是部分亞硝化(Partial Nitritation)，在這個(gè)過(guò)程中只有大約55%的氨氮需要轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮;第二個(gè)過(guò)程是厭氧氨氧化(Anammox)，氨氮在厭氧條件下，被亞硝酸氮作為電子受體，氧化成氮?dú)?。因此它也被稱(chēng)作PN/A工藝。
在這過(guò)程中，大約89%的無(wú)機(jī)氮都將被轉(zhuǎn)化產(chǎn)生氮?dú)?，另?1%的無(wú)機(jī)氮被轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮，與傳統(tǒng)硝化反硝化工藝相比，厭氧氨氧化工藝有著巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，其曝氣能耗只有傳統(tǒng)工藝的55-60%;該工藝幾乎無(wú)需碳源，如果為了去除硝酸鹽產(chǎn)物需要在厭氧氨氧化過(guò)程中投加碳源，其投加量也比傳統(tǒng)工藝中碳源投加量降低90%;厭氧氨氧化工藝可以減少45%堿度消耗量。同時(shí)，厭氧氨氧化工藝的污泥產(chǎn)量也遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)脫氮工藝，這將顯著降低剩余污泥的處理和處置成本。
經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，截止到2014年，全球已經(jīng)有超過(guò)100座厭氧氨氧化工程，其中75%應(yīng)用于城市污水處理廠。但這些工程主要用于污泥消化液的高溫高濃度氨氮廢水處理(35 ℃，NH4-N> 1.000 mg/L)，而Dokhaven污水廠被認(rèn)為是世界首個(gè)側(cè)流anammox的工程應(yīng)用。
如今工程界都將目光投到主流厭氧氨氧化上。市政污水的氨氮濃度約為15-50mg/L，水溫為8-25℃。面對(duì)這樣的條件，anammox菌的活性一般會(huì)下降。在主流污水處理系統(tǒng)中為anammox菌創(chuàng)造合適的生存條件是目前需要解決的挑戰(zhàn)，包括了anammox和AOB菌的富集，以及NOB菌的抑制等。
運(yùn)行簡(jiǎn)介
CENIRELTA項(xiàng)目組在Dokhaven污水廠里搭建了一個(gè)4m3的中式反應(yīng)器，進(jìn)料是該污水廠的A段出水。這套反應(yīng)系統(tǒng)的關(guān)鍵在于那些所謂的顆?；钚晕勰啵鼈兝镞吀缓珹OB菌和Anammox菌，兩者共同作用實(shí)現(xiàn)污水脫氮。這種平行對(duì)照的方式可以更好地和現(xiàn)有工藝作對(duì)比。整個(gè)系統(tǒng)總運(yùn)行時(shí)間為3年半。
結(jié)果評(píng)估
CENIRELTA是荷蘭有一個(gè)公私合營(yíng)創(chuàng)新項(xiàng)目的典范：Hollandse Delta水委會(huì)參與投資、研發(fā)，并為技術(shù)的工程化提供了一個(gè)實(shí)踐平臺(tái);Paques是技術(shù)開(kāi)發(fā)和供應(yīng)商，目標(biāo)是幫助該技術(shù)實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用;和STOWA則為項(xiàng)目分享來(lái)自其他水委會(huì)的經(jīng)驗(yàn)，也幫助創(chuàng)新技術(shù)的傳播;另外代爾夫特理工大學(xué)(TU Delft)為項(xiàng)目提供理論支持和小試研究的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備支持。小編在此前的《主流厭氧氨氧化發(fā)展史：污水生物脫氮3.0時(shí)代何時(shí)到來(lái)?》提到TU Delft的Maaike Hoekstra博士的畢業(yè)論文，其實(shí)就是這個(gè)項(xiàng)目的成果之一。
下表是項(xiàng)目的成果一覽。報(bào)告顯示，CENIRELTA在脫氮、能耗和成本上都顯示了優(yōu)勢(shì)，尤其是它確實(shí)比現(xiàn)有技術(shù)更加便宜和更具可持續(xù)發(fā)展性，但目前而言低溫厭氧氨氧化的長(zhǎng)期穩(wěn)定性還不能讓人滿(mǎn)意。
未來(lái)展望
盡管出很多喜人的潛力，但另一方面，CENIRELTA無(wú)法展示出長(zhǎng)期運(yùn)行足夠的穩(wěn)定性，因此在短期不會(huì)應(yīng)用到Dokhaven污水廠。有很多問(wèn)題尚待解決，例如：a)降低A段出水水質(zhì)的干擾;b)異養(yǎng)菌種的影響;c)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)。
基于積極的經(jīng)濟(jì)分析和經(jīng)驗(yàn)證的脫氮效率，Paques公司計(jì)劃在未來(lái)幾年在其歐洲以外的地區(qū)繼續(xù)該技術(shù)的研發(fā)工作。在獲得更多經(jīng)驗(yàn)之后，他們希望能重回歐洲開(kāi)展新的項(xiàng)目，因?yàn)槟壳爸髁鲄捬醢毖趸坪踉跍嘏貐^(qū)更容易實(shí)現(xiàn)，而且進(jìn)水也最好不要受到強(qiáng)烈降雨的影響(稀釋)，因此一些雨污分流的地區(qū)是理想的選擇。
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