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第二部分
能源
奥地利Strass污水处理厂因在能源自给方面取得的成功而名声大噪,早在20世纪90年代,Strass污水处理厂就开始关注如何能在满足工厂运行之外实现产能。其合理性是由于污水中蕴含的能量远高于处理污水所需的能耗。在1996年,Strass污水处理厂已经可以生产50%其运行所需的能量,到2005年,工厂实现了能源自给和额外产能。污水处理厂位于奥地利Strass Valley,服务于31个社区,每年可为6万到25万人口提供污水处理服务。服务人口数量的变化是由于旅游季高峰的出现,但这一因素在工厂的最初设计时就已被纳入考量。
Strass污水处理厂采取了一系列措施来实现能源自给,采用两段生物系统的AB工艺就是其中之一。根据季节的不同,该系统每周有9万到20万人口当量的平均处理能力。A段可以去除55%-65%的有机物负荷,污泥停留时间少于半天。B段的污泥停留时间约为10天,这样可以去除80%的氮。在线的氨氮分析器控制着曝气量和曝气时间,并且如果需要,所有的活性污泥池都可以进行有效曝气。这种工艺可以保证有机质最大程度地进入污泥消化系统。
剩余污泥被浓缩,厌氧消化和脱水。通过这种方式产生的出水通常都有很高的氮负荷。Strass污水处理厂的一个独到之处是其从2004年开始在侧流中利用DEMON工艺去除氨氮。系统利用厌氧氨氧化菌,分两步进行处理。第一步是通过氧化作用将氨氮转化成亚硝酸盐,第二步是通过厌氧氨氧化反应,利用亚硝酸将剩余的氨氮氧化。工艺还含有结合硝化和厌氧氨氧化过程的序批式反应器(SBRs),在两年半的时间内,该工艺分三个阶段被放大应用。除了可以降低硝化反应的能源需求,采用DEMON工艺的转化过程能够使大部分的进水有机物负荷在消化器中被用于生成生物沼气,而不是在反硝化作用中被消耗。并且和其前工艺相比, DEMON工艺的一大不同之处在于它不需要额外添加碳源。
除了AB工艺和侧流除氮工艺,在热电联产(CHP)单元中采用全新发动机可以提高使用效率和电机效率,这也是是实现产能的重要因素。新机组可以达到38%的生物沼气-电能转化率。一系列的工艺组合大大地提高了能源自给的比例。
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厌氧氨氧化(Anammox)技术作为近年来新兴的自养脱氮工艺,具有无需外加碳源、低污泥产量、低能耗等优势。文中总结了厌氧氨氧化应用于主流污水处理工艺时面临的困难挑战,分析了厌氧氨氧化处理污水的最新研究进展,阐述了厌氧氨氧化菌(AnAOB)的截留、硝酸盐氧化菌(NOB)的抑制、有机物的不利影响等问题的具体
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过去十多年的研究,世界各地的科研团队都在研究主流短程脱氮工艺工程化的可能性。2020年9月1日,美国环保署EPA给美国水研究基金会(WRF)、哥伦比亚大学、华盛顿水司(DCWater)、弗吉尼亚州的HRSD卫生局(HamptonRoadsSanitationDepartment)、乔治华盛顿大学、西北大学的联合团队拨款999670美元,目标是在污水主流线中,为厌氧氨氧化菌提供更多的亚硝酸盐,为快速短程脱氮工艺的全面应用铺平道路。
厌氧氨氧化技术(anammox)是20世纪90年代由荷兰代尔夫特大学开发的一种新型自养生物脱氮工艺,与传统脱氮技术相比,自养型厌氧氨氧化工艺被认为是一种更高效、节能的废水处理方法,其在厌氧或缺氧条件下以NO2--N为电子受体,利用厌氧氨氧化细菌(anaerobicammoniaoxidationbacteria,AnAOB)将氨氮直接氧化为氮气。在节约了硝化反应曝气能源的基础上,还无需外加碳源,且由于AnAOB属自养型微生物,生长缓慢,因此,可大大减少工艺的污泥产量。
随着我国经济的快速发展和城市化进程的加快,国家统计局在全国统计年鉴(2020)发布报道,2019年全国垃圾无害化处理量为869875吨/日,其中卫生填埋和焚烧各占比42.2%和52.5%。垃圾焚烧发电技术由于能够快速实现垃圾减量化、资源化和无害化,已超过填埋法成为我国主要的垃圾无害化处理方式。垃圾焚烧前需堆酵5~7天,以使垃圾熟化并沥出水分,从而提高垃圾的热值和燃烧稳定性,垃圾中原有的水分、垃圾发酵产生水分及外来水分(降雨)共同形成了垃圾焚烧厂渗沥液。这种垃圾焚烧厂渗沥液是一种高氨氮高有机物废水,其水质成分复杂,含有多种有毒有害有机物和金属离子;渗沥液中
厌氧氨氧化(Anammox)工艺因无需外加有机碳源,污泥产量低,运行成本低、脱氮效率高等优点,适用于处理低碳氮比的高氨氮废水。而实际废水中含有浓度和种类不同的有机物,通常认为有机物的存在会对厌氧氨氧化菌产生负面影响。此外,厌氧氨氧化污泥颗粒化可以最大程度持留微生物量,强化功能菌的增殖,并在一定程度上缓解环境变化导致的脱氮效率下降,是解决这一问题的有效途径。然而如何通过提高厌氧氨氧化颗粒污泥自身的性能,提高厌氧氨氧化系统的抗有机物干扰能力显得尤为必要。
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