位于美國(guó)芝加哥的Stickney污水廠(chǎng)，是世界上最大的二級(jí)處理污水處理廠(chǎng)，當(dāng)年面臨升級(jí)改造，需要增設(shè)除磷工藝的時(shí)候，選擇了生物除磷，并打造了世界上最大的磷回收工廠(chǎng)，成為全球污水資源回收的新標(biāo)桿。在污水處理這行做探路先鋒吃螃蟹未必是件美事。
世界最大的污水廠(chǎng)
芝加哥大區(qū)污水管理局(Metropolitan Water Reclamation District of Greater Chicago - MWRD)運(yùn)行著可能是全國(guó)最出名也是規(guī)模最大的污水處理廠(chǎng)。Stickney再生水廠(chǎng)，位于芝加哥西南部的Cicero，是世界上最大的二級(jí)處理污水廠(chǎng)，同時(shí)也是美國(guó)探索污水資源回收的先鋒代表。
帶著這些名頭，這座污水廠(chǎng)自然也就成了媒體頭條的?？汀Ｗ罱麄冇忠?jiàn)報(bào)了，原因是他們?cè)诹谆厥蘸捅Ｗo(hù)下游水源方面取得的成就獲得了WEF美國(guó)水環(huán)境聯(lián)合會(huì)的“項(xiàng)目卓越大獎(jiǎng)”。
關(guān)于Stickney污水廠(chǎng)如何成為當(dāng)今世界最矚目的資源回收項(xiàng)目之一的故事大家在網(wǎng)上隨便找都能翻出一堆文章來(lái)。2016年的時(shí)候，它采用Ostara的磷回收技術(shù)，以及找來(lái)Black & Veatch做設(shè)計(jì)和建造的工作。如今Stickney污水廠(chǎng)的峰值處理能力529萬(wàn)m3，實(shí)際平均日處理量月270萬(wàn)m3 。MWRD每年能回收生產(chǎn)7500噸的肥料，并以“Crystal Green”命名的品牌推向市場(chǎng)。
Stickney污水廠(chǎng)生產(chǎn)的磷肥料
盡管已經(jīng)取得了這些成績(jī)，MWRD并沒(méi)有停下腳步，他們制定計(jì)劃繼續(xù)改善工藝效率。第一步就是使用Ostara的另一項(xiàng)叫WASSTRIP的技術(shù)。
WASSTRIP是Waste Activated Sludge Stripping to Recover Internal Phosphorus的英文縮寫(xiě)，顧名思義，就是要從剩余污泥中回收磷?！皩ASSTRIP技術(shù)加入到整個(gè)營(yíng)養(yǎng)回收系統(tǒng)后，MWRD可以減少生物除磷的污泥脫水設(shè)備的損壞度，”MWRD的發(fā)言人說(shuō)，“這將減少聚合物在脫水工藝中的使用。WASSTRIP同時(shí)也能改善磷回收工藝的可靠度，回收率能翻倍?！?/span>
WASSTRIP提高污泥脫水性能
經(jīng)驗(yàn)總結(jié)
在這個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)程中，MWRD也獲得了一些關(guān)鍵的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。這些經(jīng)驗(yàn)不僅能夠幫助芝加哥水務(wù)局在未來(lái)的項(xiàng)目中提供決策支持，同時(shí)也值得其他地區(qū)的水務(wù)局學(xué)習(xí)借鑒。
經(jīng)驗(yàn)一
“MWRD選用設(shè)計(jì)-建造的方式交付項(xiàng)目。這對(duì)MWRD來(lái)說(shuō)是一次新的嘗試，這給了他們團(tuán)隊(duì)一次學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，” MWRD的發(fā)言人說(shuō)， “標(biāo)準(zhǔn)的Ostara反應(yīng)器對(duì)Stickney污水廠(chǎng)來(lái)說(shuō)太小了，所以O(shè)stara團(tuán)隊(duì)不得不回到設(shè)計(jì)部，重新設(shè)計(jì)新的反應(yīng)器以匹配Stickney污水廠(chǎng)的規(guī)模?！?/span>
經(jīng)驗(yàn)二
MWRD在鳥(niǎo)糞石問(wèn)題上也得到了不少學(xué)費(fèi)。
“鳥(niǎo)糞石在泵和輸送管道里的積累也給我們提供了學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，”他們的發(fā)言人說(shuō)，“我們正在安裝一個(gè)自動(dòng)化的酸洗系統(tǒng)來(lái)保護(hù)泵機(jī)”
鳥(niǎo)糞石是含有鎂、銨和磷，可以通過(guò)回收成為肥料。解決了Stickney污水廠(chǎng)的鳥(niǎo)糞石問(wèn)題，讓MWRD看到了這工藝在更小規(guī)模的污水廠(chǎng)成功的可能性。
“鳥(niǎo)糞石的去除理應(yīng)具有規(guī)?；哪芰?，能適應(yīng)最大的污水廠(chǎng)，也能用于最小的污水廠(chǎng)，”發(fā)言人補(bǔ)充道，“在污水廠(chǎng)原有占地基礎(chǔ)上通過(guò)回收鳥(niǎo)糞石來(lái)除磷在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上都是可行的。如果僅實(shí)施強(qiáng)化生物除磷 (EBPR)而不包含鳥(niǎo)糞石回收的話(huà)，Stickney污水廠(chǎng)這個(gè)項(xiàng)目要多花7.5億美元。包含鳥(niǎo)糞石回收的EBPR工藝不僅運(yùn)行穩(wěn)定，而且費(fèi)用低很多，還能在其他地方得以復(fù)制?！?/span>
經(jīng)驗(yàn)三
最后，MWRD正著眼于2023年實(shí)現(xiàn)完全能源中和的雄偉目標(biāo)。目前他們正在升級(jí)初沉池，并且在尋找新的技術(shù)提高運(yùn)行效率。另外他們也正在為其回用水尋找工業(yè)客戶(hù)。
“Stickney 再生水廠(chǎng)一直在開(kāi)發(fā)和完善一套穩(wěn)健的資源回收模型，綜合利用回收的能源、水、污泥、磷和其他營(yíng)養(yǎng)物?！?發(fā)言人最后說(shuō)道，“我們正在評(píng)估Stickney污水廠(chǎng)厭氧消化罐的處理潛力，我們考慮接收外來(lái)的餐廚和其他食物有機(jī)質(zhì)，最終幫助我們實(shí)現(xiàn)能量中和的目標(biāo)?！?/span>
盡管MWRD的Stickney污水廠(chǎng)已經(jīng)獲得了美國(guó)全國(guó)的認(rèn)同以及行業(yè)的稱(chēng)贊，他們?nèi)栽诓粩鄬ふ疫M(jìn)步的空間。這些經(jīng)驗(yàn)除了能幫助美國(guó)的污水廠(chǎng)管理人員，也許對(duì)中國(guó)的污水廠(chǎng)管理者也有所啟發(fā)。
鳥(niǎo)糞石法原理
鳥(niǎo)糞石學(xué)名為磷酸銨鎂（MgNH4PO4·6H2O），英文簡(jiǎn)稱(chēng)MAP，白色粉末無(wú)機(jī)晶體礦物，相對(duì)密度1.71。廢水處理中的鳥(niǎo)糞石沉淀法就是將鎂離子加入到含有磷酸鹽和氨氮的污水中，反應(yīng)生成難溶的鳥(niǎo)糞石沉淀，以實(shí)現(xiàn)廢水脫氮除磷的方法。與傳統(tǒng)活性污泥法相比，可以減少約49%的污泥體積，而且對(duì)實(shí)現(xiàn)氨氮資源回收具有重大意義。
在水溶液中，鳥(niǎo)糞石的形成過(guò)程可以用以下三個(gè)化學(xué)方程式來(lái)描述：
鳥(niǎo)糞石的形成受水溶液pH值的影響很大，當(dāng)溶液中Mg2 、NH4 、PO43-的活度積大于鳥(niǎo)糞石的溶度積時(shí)（鳥(niǎo)糞石的溶度積常數(shù)為3.89×10-10~7.08×10-14），會(huì)自發(fā)沉淀生成鳥(niǎo)糞石。（部分內(nèi)容節(jié)選至奧尼卡水處理創(chuàng)新部落，環(huán)保工程師整理）
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