荷蘭歷時(shí)三年的低溫主流厭氧氨氧化中試，最后結果如何了?
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(chǎng)和研究機構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的項目，目標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)的結題報告。小編將帶大家介紹一下該項目的概況。
CENIRELTA-低溫主流脫氮技術(shù)報告
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項目：當時(shí)上述的幾個(gè)機構在荷蘭鹿特丹的Dokhaven污水廠(chǎng)進(jìn)行了小試，并通過(guò)了初步的驗證。在這基礎上，他們進(jìn)行CENIRELTA這個(gè)中試示范項目，并想借助這個(gè)項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(chǎng)概況
Dokhaven地下污水廠(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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)行自養脫氮。污水廠(chǎng)的處理能力約為560000人口當量。
盡管該污水廠(chǎng)一直對脫氮工藝進(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，但荷蘭要求其標準要低于10mg/L。水委會(huì )Hollandse Delta的內部評估顯示，由于該污水廠(chǎng)的空間限制(地下式污水廠(chǎng))，傳統的技術(shù)無(wú)法滿(mǎn)足日后的出水標準。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，氧化成氮氣。因此它也被稱(chēng)作PN/A工藝。
在這過(guò)程中，大約89%的無(wú)機氮都將被轉化產(chǎn)生氮氣，另外11%的無(wú)機氮被轉化為硝酸鹽氮，與傳統硝化反硝化工藝相比，厭氧氨氧化工藝有著(zhù)巨大的技術(shù)優(yōu)勢，其曝氣能耗只有傳統工藝的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)量也遠低于傳統脫氮工藝，這將顯著(zhù)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%應用于城市污水處理廠(chǎng)。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(chǎng)被認為是世界首個(gè)側流anammox的工程應用。
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中為anammox菌創(chuàng )造合適的生存條件是目前需要解決的挑戰，包括了anammox和AOB菌的富集，以及NOB菌的抑制等。
運行簡(jiǎn)介
CENIRELTA項目組在Dokhaven污水廠(chǎng)里搭建了一個(gè)4m3的中式反應器，進(jìn)料是該污水廠(chǎng)的A段出水。這套反應系統的關(guān)鍵在于那些所謂的顆?；钚晕勰?，它們里邊富含AOB菌和Anammox菌，兩者共同作用實(shí)現污水脫氮。這種平行對照的方式可以更好地和現有工藝作對比。整個(gè)系統總運行時(shí)間為3年半。
結果評估
CENIRELTA是荷蘭有一個(gè)公私合營(yíng)創(chuàng )新項目的典范：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;Paques是技術(shù)開(kāi)發(fā)和供應商，目標是幫助該技術(shù)實(shí)現商業(yè)應用;和STOWA則為項目分享來(lái)自其他水委會(huì )的經(jīng)驗，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)為項目提供理論支持和小試研究的實(shí)驗室設備支持。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)項目的成果之一。
下表是項目的成果一覽。報告顯示，CENIRELTA在脫氮、能耗和成本上都顯示了優(yōu)勢，尤其是它確實(shí)比現有技術(shù)更加便宜和更具可持續發(fā)展性，但目前而言低溫厭氧氨氧化的長(cháng)期穩定性還不能讓人滿(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(cháng)期運行足夠的穩定性，因此在短期不會(huì )應用到Dokhaven污水廠(chǎng)。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)異養菌種的影響;c)反應器的設計。
基于積極的經(jīng)濟分析和經(jīng)驗證的脫氮效率，Paques公司計劃在未來(lái)幾年在其歐洲以外的地區繼續該技術(shù)的研發(fā)工作。在獲得更多經(jīng)驗之后，他們希望能重回歐洲開(kāi)展新的項目，因為目前主流厭氧氨氧化似乎在溫暖地區更容易實(shí)現，而且進(jìn)水也最好不要受到強烈降雨的影響(稀釋)，因此一些雨污分流的地區是理想的選擇。
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