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1、IWA污水资源回收汇编报告优秀案例(2)-奥地利Strass污水处理厂能源奥地利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。Str
2、ass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
3、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
4、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棕色锥形斗是旋流分离器，是DEMON工艺用于分离厌氧氨氧化菌。麦的Billund生物精炼厂(BioRefinery)综合性资源回收一些处理厂关注于单一资源的回收，但是也有一些处理厂在一开始就通过综合方法来回收多种资源。比如位于丹麦的Billund生物精炼厂(BioRefinery)，可以生产三种产品：清洁水，有机肥料和生物沼气。这个项目是通过多家企业机构的合作实现的。主要的执行公司是Billund VandA/S公司和威立雅水技术公司(Veolia Water Technologies)旗下的Krger A/S公司。其他合作伙伴包括丹麦环境部
5、和丹麦水科技发展基金(VTU)。丹麦政府和VTU为项目提供了1500万丹麦克朗。项目的前期设计是在2013年秋天进行筹备的，2014年8月开始了实际施工。工厂对丹麦Grineted污水处理厂进行了升级改造，预期在2017年3月投入运行。Billund 生物精炼厂有两条不同的处理线，一条用于处理污水，一条用于处理生物有机质。因为有机质来自于污水处理，这两条处理线将协同工作。有机垃圾从农场，居民和工厂中收集而来，包括饭店，屠宰场，餐饮中心和商店;而粪便是由农业收集而来。Billund 生物精炼厂每年会处理4200吨从污水处理厂产生的有机垃圾和污泥，总处理能力为7万人口当量。混合了不同来源的有机垃圾
6、可以使处理效率更高。有机垃圾会被运到能源工厂(energy factory)，而生活污水将被输送到污水处理厂进行处理。出水的水质符合丹麦和欧盟法规标准，并将被补给到一条处理厂附近的河里。处理过程中产生的污泥将继续在生物精炼厂中进行额外处理。能源工厂被认为是项目运行的核心。工厂采用的工艺结合了热水解和厌氧消化，可以使生物沼气的产量提高30%-50%。这项技术名为Exelys，Bilund生物精炼厂是最早大规模应用该技术的工厂之一。Exelys技术是对厌氧消化工艺的强化，可以处理不同类型的有机物，工业和生活污泥，以及处理油脂。Exelys技术是一种连续式热水解工艺，可以降低成本和能耗。Exelys
7、技术和传统的序批式热水解工艺一样有效，但是能耗却更低，可以在厌氧消化系统中有效地增加生物沼气产量和分解污泥。Billund生物精炼厂把Exelys技术和威立雅的专利装置Digestion-Lysis-Digestion (DLD)结合使用。在用Exelys技术进行处理之前，工厂对有机废物进行了预消化和脱水，这种做法可以减低能耗，同时使产能最大化。下图展示了脱水污泥连续地被泵压入反应器管道中。在反应器中注入蒸汽将污泥加热。污泥持续在反应器中流动时处于压力和高温之下。在进入第二级消化器之前，通过加水，经过水解的污泥随后在热交换器中冷却下来。整个过程的末端产品是生物沼气，它将被转化成电力和热能销售给
8、公共社区供暖系统和当地消费者，包括工厂，农场和居民。现在，有700户家庭的电力是他们自己的有机垃圾经处理后生产的，而这个数字在未来预计还会上升。DLD装置被证明可以增加50%的生物沼气和电力产量，减少30%的最终污泥产生量。工厂的产能已经超过了其在处理垃圾和污水时的耗能。除了前面提到的一些技术，Billund生物精炼厂还利用厌氧氨氧化菌把机物中的氮转化成氮气。通过在移动床生物膜反应器(MBBR) 上使用Anita Mox 工艺来处理氨氮负荷很高的离心机排放水;利用传统的亚硝酸盐生成菌和特定的厌氧氨氧化菌，好氧和厌氧工艺在这个过程中被结合使用。整个过程的氨氮去除率可以达到80%以上。除了生物沼气
9、，Billund生物精炼厂的另一个末端产品是含有生物固废和污泥中营养物质的有机肥料。工厂还在进一步探索生产有机塑料的可能性。另外一种发展方向是将产生的甲烷和氢气用于制造燃料电池和车用生物燃料。除了在资源回收方面进行整体考虑，综和全面的方法对运行操作也是至关重要的。通过持续的运行和维护来达到了最佳表现。利用智能软件系统STAR Utility Solutions来对整个生产和管理过程进行监管。这个智能软件系统可以确保工程采用最优方式处理污水，尽可能地减少能源和化学品的使用，并且可以优化产能。丹麦政府预测Billund生物精炼厂将在国内和国际上开启资源回收的新阶段。Billund生物精炼厂已经获得
10、了很多认可，其中一项是2014年由全球水峰会(Global Water Summit)颁发的年度水回用项目大奖(Water Reuse Project of the Year)。和很多其他项目一样，Billund生物精炼厂也离不开相关方的协同合作。生物精炼厂处理的有机垃圾一部分是从居民中收集而来的，这就需要人们对他们的垃圾进行合理分类。精炼厂也从当地的主要工业收集垃圾，因此也和相关工厂开展了合作。Billund生物精炼厂在项目运营中考虑使各相关方的利益需求，希望能够实现共赢。此外，Billund生物精炼厂也邀请学术部门的加入，欢迎博士后到工厂开展研究工作。在法规和政策方面，Billund生物精
11、炼厂将满足所有当地设立的标准，而这些标准和相关的丹麦国家法规相比更为严格。荷兰Olburgen污水处理厂位于荷兰Olburgen的一家污水处理厂是资源回收方面的成功范例。工厂的末端产品是鸟粪石化肥。除了对技术的应用，污水处理厂广泛的合作伙伴关系也值得关注。Olburgen污水处理厂主要处理附近工厂产生的排放水和工业污水。在排放到下游污水处理厂之前，排放水和工业污水均分别有预处理。排放水来自一家污水处理厂，而污水则来自Aviko公司的马铃薯加工厂。Aviko是当今世界第四大马铃薯加工企业，其每年会加工120万吨马铃薯。从马铃薯加工厂产生的污水含有蛋白质，淀粉和相当于16万人口当量的的磷。特别是马
12、铃薯皮中含有大量可以被回收的磷酸盐。和传统的处理工艺相比，能够建立两个独立的处理厂进行污水处理是最节约成本和能源的方式。这种模式是通过荷兰水理事会(Waterboard)和其经营污水处理厂的下属公司Waterstromen BV之间的公私合作(PPP)来实现的。工厂由帕克公司(Paques)设计，工程建设于2006年完工。下图显示了处理流程。Olburgen污水厂的排放水与经UASB反应器处理过的马铃薯加工厂污水出水混合后进入PhospaqTM反应器，。马铃薯加工厂从1982年就开始应用UASB技术，这一技术可以通过厌氧反应去除污水中大部分的有机物。但出水中仍含有大量的磷和氨氮，它们将分别通过
13、PhospaqTM技术和一步厌氧氨氧化技术被去除。PhospaqTM技术可以去除80%的磷，而厌氧氨氧化技术的氨氮去除率可以达到90%。这是世界上第一次将PhospaqTM技术和厌氧氨氧化技术结合应用到运行项目中。美国奥兰治水务处项目将回用水间接用于饮用水的一个典型案例是美国奥兰治县水务处(Orange County Water District，OCWD)。根据加州议会法案，奥兰治县水务处1933年建立，旨在管理和保护奥兰治的地下水流域。现在服务当地230万人口。当地地下水补给主要来自附近的Santa Ana River河，科多拉多河等河流也是重要的引水来源。从项目开展以来，奥兰治的地下水的
14、流量增加了两倍多。图1显示了该区域的总体情况。图1同奥兰治县卫生处(Orange County Sanitation District，OCSD)合作，水务处(OCWD)开发出了地下水补给系统(Groundwater Replenishment System，GWRS)。这一系统于2008年1月开始运行，是现在世界上最大的回用水间接用于饮用水的污水净化系统。系统采用深度处理工艺，将经过处理过的污水回灌到地下含水层中，之后再进一步被用于周边地区居民的饮用水供应。这一系统每天可以生产25.6万立方米净化水，和其他水源一起为奥兰治县的地下水补给，同时还可以满足北部和中部60万居民的用水需求。除了深度
15、处理系统外，工程还设有一条连接各个流域补给处理设备的管线以及一道防止海水入侵的屏障(图1)。地下水补给系统的第一阶段工程投入了4.8亿美元，这些资金被平均分配到水务处和卫生处的项目中。地下水补给系统的一个好处是其在防止海水入侵方面的作用。随着流域中越来越多的水被使用，海水入侵的风险也越来越大。地下水补给系统每天生产的26.5万立方米水中有11.4万立方米被注入井中成为防止海水入侵的屏障;而其余的水被输送到渗滤池中，通过砾石和砂床进行过滤，之后再注入到主要的饮用水供应含水层中。地下水之后会通过水泵被输入到400多个井中，为城市，当地的水务公司和其他用户供水。到2015年地下水补给系统的总产水量达
16、到37.9万立方米/每天。城市和用户对水量，水质和自然生态保护的需求促使了奥兰治供水和地下水补给系统的形成和发展。地下水补给系统项目很好地体现了美国加州在对地下水补给和回用工程的监控和运行方面不断更新的法规政策。在计划扩建之前，项目相关人员已经对当地的法规政策进行了分析研究，以确保升级改造的相关需求能够得以实现。例如，在地下水力停留时间和单元过程监控方面要求的变化可能会影响地下水补给系统的运行，因此需要持续地对系统进行检查，以确保其符合当地法规要求。事实上，地下水补给系统出产水的水质已经超过了加州和联邦的饮用水标准。在社会层面，水务处为获得公众对水项目的支持作出了巨大努力。地下水补给系统项目在2010年接待了约4千名市民前来参观，并为对项目感兴趣的人们提供了讲解。社区的大力支持是这
