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厂区布局
厂区布局方面Daigger博士建议使用模块化的方法,如下图所示,一开始该厂包含格栅、进水泵、初沉池、传统活性污泥生物处理。然后这个系统经历了四个阶段的扩容,但依然留有空间进行脱氮除磷和进一步的三级处理,如中水回用等。一些会产生臭气和需要经常维护的处理单元就安排在方便出入的入口附近。另外各工序之间应该设有混合点,保证进入下一个工序的进料是统一稳定的,这能对系统进行更好的整体控制。
▲ 模块化设计的WRRF布局示意图
另外,下图展示的是一些WRRFs应对扩建的方法。主要的思路对于处理系统的脊骨(backbone),例如管道等留有充足空间。而两侧的工艺池采用标准化设计,这样能在有需要的时候更灵活对单个某个单元进行改造。
新技术和技术选择
能源自给污水厂一般的工艺包括了初沉处理+高负荷活性污泥/滴滤池生物处理来使主流能耗最小化,另一方面就是对初沉池和二沉池的污泥进行厌氧消化,回收的沼气通过CHP热电联产来满足厂区的供电需求。这对出水要求不是那么严格的地区来说,COD、BOD5和TSS等指标能达标一般是没有问题的。但出水标准的提高,尤其包括了氮磷的去除指标的加入,使得大家偏向使用低负荷活性污泥系统,相应增加了污泥好氧稳定化的能耗。这减少了二级剩余污泥的产量,沼气的产量也少了,生物处理的能耗却提高了,使得WRRFs要向外购买更多能源。
这些因素使得大家重新对例如AB工艺等进行碳捕获的工艺产生兴趣,另外就是自养厌氧氨氧化的脱氮工艺能与其结合,产生出更多的技术选择,尽管哪项具体技术最可靠和实惠的方法仍不明朗。此外大家对磷回收兴趣的增加,而不是简单的除磷,同样影响着工艺的选择。CEPT化学强化初沉池是碳源捕获的其中一个方法,这同时能去除大量的磷,但是因为这些磷是以化学方式去除的,所以却导致其很难进行后续回收。
高负荷生物处理系统(包括悬浮和生物膜系统)和非硝化的生物除磷工艺是另外两个碳捕获选择。这两种选择的脱氮工艺都可以有下游的厌氧氨氧化处理完成。
另一个选择是主流厌氧处理,结合生物脱氮除磷或者生物脱氮+化学除磷。Daigger博士把上述的技术选择总结为下表:
▲ 表4. 碳捕获和脱氮除磷工艺选择
对于这些技术的利弊,可能还需要未来几年时间才能摸清,而相应的支持技术也在不断演变。对此,Daigger博士再次强调在决策上应该将这些因素跟污水厂的布局结合着来综合考虑。
总结
污水处理目标、出水标准和技术都在不断演变,这要求WRRF在设计上要更具灵活性来适应这些持续的变化。
WRRF的厂房布局和工艺反应池的设计不应该仅限于现在的处理要求和技术,而是应该具有应对未来政策要求和技术的包容性。这在技术上实可行的。用Buildingblock的思维来设计布局是一个可行的方法来面对处理能力、处理要求和有机物处理升级的变化,还有就是在美学和环境上的考虑。只有能帮助污水厂应对变化的设计规划,才是通往未来水资源回收厂的正道。
参考资料
Glen Daigger, Flexibility and adaptability: Essential elements of the WRRF of the future, Water Practice & Technology. March 2017, 12 (1) 156-165; DOI: 10.2166/wpt.2017.019
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