近年來，歐盟在生活污水處理上普遍強調(diào)可持續(xù)發(fā)展模式，對能夠節(jié)省和回收能源和資源的可持續(xù)污水處理工藝的研發(fā)投入很多，柏林的Wassmannsdorf(瓦斯曼多夫)污水處理廠就是其典型。
Wassmannsdorf (瓦斯曼多夫) 污水處理廠是柏林地區(qū)第二大污水處理廠，日處理量為21萬立方米，僅次柏林Ruheleben污水處理廠。
圖｜瓦斯曼多夫污水廠擴建工程現(xiàn)場
該廠主要采用鳥糞石Magnesium- Ammonium- Phosphat (MAP) 沉降工藝實現(xiàn)磷的高效產(chǎn)品化回收。
接下來，我們會給大家詳細介紹這座污水廠的處理流程。
表 | 2016年Wassmansdorf污水處理廠處理標準
1預(yù)處理
首先，周邊的生活污水通過泵站運輸?shù)皆撐鬯幚韽S，并經(jīng)兩根直徑為1.8米的管道被輸送到較高位置的格柵進行機械預(yù)處理。大顆粒塑料、植物等被2cm的粗格柵過濾。之后污水會進入細格柵，污水中醫(yī)藥棉簽、頭發(fā)等小顆粒物質(zhì)會進一步被8mm的細格柵過濾。
圖 | 污水輸送管道
污水中含有的直徑小于2mm固體顆粒沙子會在沉沙池中進行沉降去除。在沉砂池中污水的流速為30 cm/s，在這種速度下所有的沙子能在沉砂池中沉淀。沉砂池池底有推沙裝置，沙子被推入漏斗口沉淀。沙子被泵打到洗沙器中清洗，洗凈的沙子能當(dāng)做建筑材料，用于垃圾填埋上層覆蓋沙使用。
圖 | 細紗清洗設(shè)備
未經(jīng)生化處理的污水中包含了浮油和污泥，這些都包含了大量的能量。污水在預(yù)處理池能做到油污分離。預(yù)處理池液面上有刮油器，所有的浮油被收集后和污泥混合進入發(fā)酵罐用于發(fā)酵制沼氣。
圖 | 預(yù)處理池
2生物處理
A2O反應(yīng)池分三個模塊：厭氧池、缺氧池和好氧池。污水經(jīng)長時間流動后溶解氧含量很低，在厭氧反應(yīng)池中與淤泥混合。在這里有機物被氨化，磷被游離釋放。
圖 | 厭氧池
隨后會進入缺氧池，好氧池中的污水（含硝酸根）回流在該缺氧池中反硝化脫氮，由于缺氧池中含有大量的有機物，這也保證了反硝化能很好地進行。
圖 | 缺氧池
在好氧池中污水經(jīng)充分曝氣，污水中的有機物濃度在有氧過程中能被更大限度的降低。同時污水中的磷能被大量轉(zhuǎn)移到淤泥中。為保證出水的磷含量達標，在好氧池末端投入絮凝劑祛除剩余超標磷。
經(jīng)A2O工藝處理過的污水已經(jīng)清澈透明，有很好的指標。污水經(jīng)沉淀池靜置后與淤泥分離。淤泥被收集到儲存塔用于發(fā)酵制沼氣，污水達到排放標準進入河流。
圖 | 曝氣池
3污泥處理
該污水處理廠年污泥生成量為19,600噸。廠內(nèi)有三臺離心機用于剩余污泥脫水處理，五臺離心機用于發(fā)酵污泥的脫水。污泥（生物質(zhì)含量1.22%）添加絮凝劑后（0.73克/克生物質(zhì)）離心脫水（能耗1.5千瓦時/立方米）最終達到生物質(zhì)含量6.95%。離心過程中脫去的污水被輸送到厭氧池循環(huán)處理，脫水后的淤泥被送入沼氣發(fā)酵池（運輸總耗能0.6千瓦時/立方米）。
污泥采用高溫厭氧發(fā)酵，共有6個沼氣池，每個池8,000立方米。發(fā)酵后的污泥目前脫水后拉載到其他地方進行焚燒，如單獨焚燒、水泥廠焚燒等。為滿足新的污泥條例，目前在建設(shè)新的污泥單獨焚燒，并從污泥的焚燒灰燼中提取磷。
表格 | 進入發(fā)酵罐的混合污泥數(shù)據(jù)
圖 | 污泥發(fā)酵設(shè)備
根據(jù)污水處理過程中產(chǎn)生污泥的位置不同，其N,P等營養(yǎng)物質(zhì)含量也不同。污泥被分別儲存在FSV，ASV，MSV和üSV四個不同的儲泥罐中。污泥里的磷、氨經(jīng)發(fā)酵過程迅速形成可溶性P和N。由于污水中溶解了鈣、鎂離子，極易在發(fā)酵罐的輸送管中生成結(jié)晶堵塞管道，增大能耗影響流程。該污水廠采用了新型的鳥糞石沉降工藝，通過曝氣使得污水PH值升高，形成結(jié)晶的條件，再投入氯化鎂藥劑就可生成磷肥MgNH4PO4·6H2O鳥糞石。
鳥糞石(struvite)簡稱MAP，是一種白色晶體狀物質(zhì)，在自然界中儲量極少，是一種高品位的磷礦石，可以作為良好的緩釋肥。在污水處理廠中自然形成的MAP沉積容易引起管道堵塞現(xiàn)象。因此，回收MAP不僅可以獲取有價值的產(chǎn)品，還能有效降低回流液中的氮磷負荷，同時實現(xiàn)污泥減量。
4鳥糞石工藝案例
除了該污水廠，意大利、日本、英國、荷蘭、澳大利亞等許多的污水處理廠已有應(yīng)用于生產(chǎn)的磷回收設(shè)備，多以含磷豐富的污泥脫水上清液、厭氧污泥消化液以及富磷廢水為磷源，鳥糞石、磷酸鈣等沉淀是目前廣泛采用的回收形式。
日本北九州Hiagari污水處理廠安裝了一個中試流化床鳥糞石沉淀反應(yīng)器處理污泥脫水上清液，使用海水作為鎂源，大約70%的溶解性磷酸鹽以鳥糞石形式被回收。
意大利Triviso污水處理廠，在污泥脫水上清液線路上安裝了生產(chǎn)性鳥糞石結(jié)晶裝置，采用吹脫方法沉淀磷酸鹽，磷酸鹽能夠沉淀到回收顆粒上。
英國Slough污水處理廠，安裝有MAP沉淀裝置，處理污泥脫水上清液，該工藝于 2002年投產(chǎn)，可對進水可溶性磷酸鹽中的 80%進行回收，且產(chǎn)品中的重金屬含量較低。
最后，鳥糞石的生成還會受離子濃度及比例、pH值、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度和其他雜離子等因素的影響，通過控制離子濃度及比例、pH值等，我們也可以有效實現(xiàn)脫氮除磷及鳥糞石的回收。
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