精制聚合氯化鋁鐵PAFC生產廠家打造下一代污水廠的厭氧工藝

　　精制聚合氯化鋁鐵PAFC生產廠家打造下一代污水廠的厭氧工藝

　　精制聚合氯化鋁鐵PAFC廠家打造下一代污水廠的厭氧。未來的污水處理廠是不是不再需要曝氣?未來的污水處理依然需要曝氣設備，但不用現在那么多了。盡管世界各地的污水廠基本都采用活性污泥法，無論它如何具備靈活性，也不能否認它的一個缺點，就是非常消耗能源。污水處理技術是有可能發生重大改變的，這個變化過程終將使污水處理實現能量盈余和最大化的資源回

　　一、英國的2030大計

　　當然，要使這個愿景成真，需要付出實踐。在英國伯明翰旁邊的一個小鎮Redditch上，有一座叫Spernal的污水廠，最近它成為了污水處理界的明星，因為Severn Trent公司選擇在這個污水廠進行多項創新工藝的中試甚至是大規模測試。

　　Spernal污水廠進行的這些項目，其實是Severn Trent公司兌現其“三重碳承諾”(“Triple Carbon Pledge”)的實踐，所謂的三重承諾指在2030年前實現凈零排放、100%的可再生能源回收和100%的電力自給。

　　為何一間水務公司要給自己下這樣的"戰書"呢?這是因為英國的水務公司聯合制定一個充滿雄心壯志的目標，就是要在2030年實現凈零碳排放。

　　英國的Net Zero 2030大計 |

　　掐指一算，2030年已經不遠了。在Vale看來，要在2030年前實現凈零排放以及污水的循環回用，必須要有技術的創新。他說：“為了實現這個承諾，Spernal污水廠已經成為各種創新技術和工藝的試驗床了。”

　　Spernal污水廠的實景 |

　　二、好氧轉厭氧?

　　據統計，歐洲有約22000座污水廠。歐洲每年的電耗有1%用于運行這些污水廠。

　　1%聽起來感覺不多，但換種算法你就不這么認為了——Vale先生介紹說，Severn Trent每年在活性污泥法的曝氣能耗就要花費約1500萬英鎊。在他看來，就是花了一大筆錢往一個混凝土池里吹泡泡。

　　他一直在想：如何才能讓污水廠實現能量盈余?

　　在他看來，其中一個可能就是讓污水處理工藝從傳統高能耗的有氧處理轉向厭氧處理。

　　Spernal污水廠的厭氧工藝路線圖 |

　　三、厭氧MBR

　　厭氧膜生物反應器(AnMBR)是在Spernal污水廠測試的工藝之一。這里的測試被譽為歐洲最大的AnMBR案例。

　　Spernal污水廠鳥瞰圖 |

　　從1990年代初開始，AnMBR工藝首先出現在工業廢水領域。AnMBRs (Anaerobic membrane bioreactor)， 顧名思義，就是結合了厭氧消化和膜技術，在實現優質出水的同時，回收污水里的能量。

　　AnMBR旨在取代紅色虛線框內的經典活性污泥工藝

　　之前行業一般認為AnMBR更適于處理高濃度廢水(有人認為進水COD需高于5000 mg/L)，而不合適于處理低濃度廢水。它適合處理的工業污水包括了乳制品廠、啤酒廠、肉類加工廠、食品加工廠和生物燃料廠等等。

　　但因為使用厭氧工藝可以大大降低用于曝氣的能耗，以及減少污泥產量和污泥處理的成本，正因如此，Severn Trent公司想考察AnMBR處理城市污水的表現潛力。

　　AnMBR系統渲染圖 |

　　如上圖所示，這套AnMBR系統主要有三部分組成：

　　UASB厭氧反應器

　　•技術供應商Waterleau

　　•首個模塊化UASB

　　•3個20尺集裝箱疊加而成

　　•包含顆粒污泥和三相分離器

　　•出水進入超濾膜組件

　　•沼氣傳到集氣袋

　　超濾膜單元

　　•技術供應商SFC/Trant

　　•由2個20尺集裝箱組成

　　•去除UASB出水的固體

　　•出水進入膜接觸單元進行脫氣

　　膜接觸脫氣單元

　　•技術供應商3M (Membrane)

　　•去除水中的溶解甲烷

　　•甲烷被送去集氣單元

　　•出水進入離子交換營養回收單元

　　AnMBR系統流程圖 |

　　這個系統由Severn Trent公司和Cranfield大學共同開發，他們要研究厭氧處理如何能夠適應像英國這樣的低溫多變的天氣。

　　他們選中WATERLEAU的UASB的原因是看中后者的模塊化設計，能更加靈活地進行預制件。其實他們早在2019年就建造了多流試驗床，由于新冠疫情影響，這套系統被延遲到今年2月投產。

　　Waterleau的顆粒污泥

　　UASB中試反應器

　　四、營養回收

　　除了AnMBR常規水處理單元，Severn Trent公司在測試離子交換系統進行氮磷回收的表現。目前他們有一個10m³/天的反應器，有四個單元組成，包括了：

　　脫氮柱

　　•70L的沸石，接觸時間10-30min

　　•出水氨氮>5mg/L后沸石需再生

　　•用NaCl或者KCl再生

　　除磷柱

　　•35L的混合陰離子樹脂

　　•接觸時間5-15min

　　•出水磷>2-3mg/L后需要再生

　　•用NaOH進行再生

　　氮回收

　　•使用氨氣汽提或膜法分別生產濃度為3-5%的氨溶液或硫酸銨。再生劑被重復使用

　　磷回收

　　•加入氫氧化鈣到再生劑中，生成磷酸鈣沉淀

　　離子交換反應器-中試 |

　　氮回收的沸石(左), 嵌入納米粒子的離子交換材料用于磷回收(右)

　　五、運行表現

　　因為這個系統還沒正式投產，他們目前只有UASB中試的運行數據，具體表現如下：

　　可以看到，這套模擬了Spernal大型系統的AnMBR系統系統的進水COD和BOD是比較低的，這使得UASB的運行變得很有挑戰性， 畢竟厭氧反應一般需要較高的有機負荷。

　　可惜目前數據就這么多，因為MBR池的測試因為疫情的原因也被推遲了。另外他們雖然也有初步的甲烷產量數據，但他們認為目前的數據還不足以下任何結論。但總的來說，跟預期的目標還有一段距離。

　　六、農業聯盟

　　除了對工藝性能進行優化，項目組還需要為回收的營養物尋找市場買家。目前來看，Severn Trent已經找到本地的買家了。

　　他們專門成立了一個農場聯絡小組，與該地區成熟的農業社區進行溝通。經厭氧消化后的污泥將被回收作土地利用，他們也會向當地的農民及時告知Severn Trent的最新研發進展。

　　“要發展循環經濟，從一開始就需要將終端用戶、農民和水務部門拉到一起進行對話，” Vale先生表示， “我們想搞清農民的需求，而不是我們可以生產什么。但可以肯定的是，當地農民已經意識到低碳農業的好處，而一些新資源(污水)可以幫助他們實現這一目標。”

　　Spernal污水廠AnMBR系統的儲氣池

　　七、資源回收創新中心

　　值得一提的是，除了AnMBR，還有其他幾個創新水處理工藝在Spernal污水廠進行著測試，包括了基于DAF工藝的強化預處理、MABR工藝的中試、活性載體濕地除磷等。

　　這些項目都由Severn Trent的R2IC工作組統籌管理。R2IC是資源回收創新中心的縮寫(Resource Recovery Innocation Center)，它是英國目前最大的污水創新測試基地，目的是尋求零排放的水處理技術。

　　另外，Spernal的AnMBR項目也屬于NextGen十個示范項目之一。NextGen是一個歐盟地平線2020 (HORIZON 2020)資助的項目，其目標是通過10個示范項目，推動水循環方案的市場化。項目于2018年7月啟動，為期四年，總預算達1138萬歐元。

　　Christos Makropoulos是雅典國立技術大學的教授，同時也是荷蘭KWR的首席科學家，后者是NextGen項目的牽頭單位。他認為像Spernal這樣的污水廠，完全有潛力成為當地的資源中心，不過前提是要解決一些來自法律法規的挑戰，背后是供應鏈的問題。他希望到2030年，能看到每個成員國都有一個這樣的示范污水廠，并成為數字時代新的商業模式。

　　但千里之行，始于足下，要實現碳中和，還是要從眼前的一座座污水廠做起。

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