读史 | 厌氧氨氧化技术在美国的成功 竟源于一次登山偶遇的偷听？

现代污水处理工艺诞生至今，大概有100年左右的时间了。Blue Plains建于20世纪30年代，至今已有约80多年历史。它的发展就是现代污水处理的发展缩影：在最初，污水处理只需要去除COD。到了20世纪70年代，人们意识到氮和磷的处理更加关键。这些营养物会导致水体的富营养化。

从2000年起，Blue Plains的污水处理过程不仅能除去其中的碳和磷，还能同时除去氮，并且利用砂滤池和氯化杀菌进一步提高出水质量，从而使得处理后的水基本上已经达到饮用水的标准。“Blue Plains位于波托马克河(Potomac River)的最佳位置，在这里有时你甚至可以看到秃鹰。”Murphy笑着说。尽管如此，波托马克河依然存在着环境问题。

受污染的水体

不仅是波托马克河，波托马克河最终流向的切萨皮克湾也存在着严重的水质问题。营养物污染导致了严重缺氧的“死亡区”的出现，这些营养物有约60%来自农业肥料的使用。Anacostia是华盛顿特区的第二大河流，它的情况比波托马克河和切萨皮克湾更糟糕。

Sudhir Murthy的妻子Maureen O'Shaughnessy是弗吉尼亚州Alexandria卫生局的清洁河道部的主任，因此波托马克河和ASA污水厂的水质是她关心的事情。

她的办公室位于一幢整洁的砖式建筑中。“办公楼和污水厂的风格是相匹配的，”O'Shaughnessy说。但要确保该地区的水质安全，显然还是污水厂的工艺更重要：他们配置的热交换器节省了能耗开支，对各种材料制定回收计划，曝气池也加盖除臭，废气也会经生物滤池处理后排放。

Maureen O'Shaughnessy 监督她负责的ASA污水厂

厌氧氨氧化的后起之秀

"降低能耗、污泥减量和水质的改善是目前污水处理面临的挑战，尤其是脱氮工作。”Murthy 和 O'Shaughnessy对此认识一致。脱氮是污水处理成本最高的部分：首先硝化需要大功率鼓风机泵氧，而反硝化工艺需要外加碳源。另外污泥硝化产生的高氨氮消化液也是导致脱氮成本高企的因素之一。

这些高氨氮废水正是Murthy夫妇当时开始寻找新工艺技术的原因，也因为这样，他们开始了和奥地利人Berhard Wett的合作。

谈到他们的初次见面，Murphy不仅开怀大笑，他说他们是在山上见的。“不然你还会在哪里碰到奥地利人?”Murphy打趣说，“当时在摩洛哥有一个会议，会后大家组织了爬阿特拉斯山(Atlas)的活动。当我爬得上气不接下气的时候，旁边一个又高又瘦的男子毫不费劲地从我身旁走过，还跟旁边几个人讨论一个新的脱氮工艺。他们说这工艺刚实施没多久。”

起初Murphy没把Wett的话太当一回，原因按Murphy的话说，竟然是因为Wett是他遇过的最不起眼、最谦逊的那种人。但此后，经过几轮邮件的沟通之后，Murphy开始逐渐意识到DEMON工艺的潜力——无需外加碳源，仅需传统脱氮工艺曝气量的40%!在当时的Murphy看来，几乎就是一项黑科技。

话说荷兰这个弹丸小国向来都是污水界的创新巨人，他们早在2000年就在鹿特丹建造了第一个全尺寸的anammox工程应用。两年之后，Bernhard Wett在奥地利冬季旅游地区Zillertal的Strass污水厂也启用了这种技术。2005年，Strass污水厂成为首个最终实现满负荷运行的Anammox系统。最近，Wett的团队甚至“打败”了来自荷兰的厌氧氨氧化技术领先者Paques，赢得了荷兰Apeldoorn污水厂的侧流Anammox工程的设计合同，后者可是全球最大的anammox工程案例。

Murphy博士对DEMON工艺的兴趣日渐浓厚，最终在2005年，他决定亲自去一趟因斯布鲁克跟Wett见面。到了2007年，他又带上美国纽约市环保局的一些科学家再去一趟奥地利。专者们都对在奥地利看到的anammox反应器印象深刻，很快他们就跟Wett博士订了两个中试系统，从奥地利运到美国开始测试。两个实验都取得了成功。2009年3月，Murthy和O'Shaughnessy决定让Wett在O'Shaughnessy负责的ASA污水厂设计一个全尺寸的anammox反应系统。

他们请了BOKU大学的Norbert Weissenbacher博士对厌氧氨氧化排放的潜在气体一氧化二氮进行检测。该气体是一种比CO2的强度高300倍的气体，因此必须对此气体的排放情况进行研究。最终研究显示DEMON工艺的N2O排放符合他们的要求。

污水是一种资源

当时在欧美，节能和资源回收的理念得到越来越多的关注。ASA污水厂已经从污泥中回收沼气变废(water)为电(watts)。这些沼气可以覆盖原来25%的能耗开销，主要用于办公室供暖、热水供应，以及对剩余污泥做巴氏灭菌，可成为A级污泥，也就是美国EPA认证的最优质的污泥级别。 这些生物固体可以用于土地利用，并在园艺供货店销售。Blue Plains污水厂的污泥管理则有所不同，他们加入石灰来消毒。当地的农民很喜欢这些免费产品，尤其当天肥料价格高涨。但Blue Plains污水厂也有所改变，开始对污泥作厌氧消化：6个卵型消化罐正在兴建中，将于2014年投产运行。届时沼气将通过热电联产CHP设备转化成电和热能，可以进一步降低能耗开支。

这个项目反映了行业的观念变化。不久之前美国人还觉得能源价格就像印度和中国的人工那样便宜——一种可以在全球经济有竞争力的廉价资源。但最近，劳伦斯伯克利国家实验室的环境科学家Rich Brown在众议院做的听证会指出：污水厂消耗了我们日常市政总能耗的1-3%，而微孔曝气、新型泵机和风机等技术投资可以节省10-30%的能耗。WERF已经将Strass污水厂树为他们数据库的标杆案例。

美国和奥地利

美国和奥地利的用水习惯有何差异?Murthy认为一个主要差别是美国的人均用水量比欧洲人高50%。但他也说要具体问题具体分析，因为各地的地理情况差别很大，例如美国干燥的南部和水资源充足的东北部情况很不相同;其次欧洲也没有什么单一通用的供水和污水处理方案。

不过在污水处理方面，奥地利一般不设砂滤池和消毒的深度处理工序。“有时处于安全要求会对饮用水投氯，”Wett说，“但对污水厂来说不常见。”

更多的差别可以在于法规方面：在奥地利，每座污水厂的出水都要符合相应标准。美国的方法是做风险评估——例如特定大小的水体能承受多少污染。Blue Plains污水厂和ASA污水厂位于的切萨皮克湾区流域人口密集，因此两个污水厂执行的标准比奥地利的更严格。Wett认为美国的方法其实更加先进和富有智慧，因为它更加灵活和有弹性。但Murphy就觉得奥地利的方法更好：“在奥地利人们对污水问题的关注意识更高。2008年国际水协会水大会就在维也纳举行，当时的前奥地利总理Alfred Gusenbauer参加了开幕式。你没法想象美国总统会参加这样的水会议。”

后记

话说十年之后的今天，Murphy博士已经离开了DC Water，新成立了自己的咨询公司NEWport，据说是想和Wett博士一起专注新兴低能耗的污水处理技术的推广。

“信任”是小编在这段奥地利和美国的友情里读出的关键词。对于污水处理这个“保守”的行业，信任的建立尤为关键，这需要经得住时间的考验。奥尼卡在全球积累100多个花园式污水厂业绩，也是我们的工程师用日夜的努力，和客户逐渐建立信任的一个过程。

新年伊始，小编希望通过分享厌氧氨氧化工程化之路上的小轶事，给奋斗在污水处理创新前线的同行说一声：“加油!”

参考资料

01.https://ostaustria.org/author-index/w/wirthensohn-thomas

02.https://ostaustria.org/209-categories-all/magazine/volume-21-april-10-2009/feature-articles/4015-turning-waste-into-watts-producing-and-reducing-energy-in-us-wastewater-treatment-with-austrian-kn

03.http://www.aaees.org/e3scompetition/2013honor-environmentalsustainability.php

04.https://www.dcwater.com/wastewater-treatment

05.http://newportwater.tech/

延伸阅读：

荷兰历时三年的低温主流厌氧氨氧化中试 最后结果如何了?

俞汉青：厌氧氨氧化废水处理技术发展和应用启示(上)

俞汉青：厌氧氨氧化废水处理技术发展和应用启示(下)

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