荷蘭歷時三年的低溫主流厭氧氨氧化中試，最后結(jié)果如何了?
在過去十多年里，厭氧氨氧化工藝已被證實可以在相對溫暖的溫度下處理高濃度的氨氮廢水(30-35℃，>1000 NH4-N mg/L)。同時，世界各地的污水廠和研究機構(gòu)也在探索將該工藝用于處理低溫低氨氮濃度的市政污水的可能性。
荷蘭水應用研究基金會STOWA、荷蘭Paques，荷蘭水委會Waterschap Hollandse Delta在2013年至2016年期間，在歐盟Life+的資助下，聯(lián)合開展了一個名為CENIRELTA的項目，目標是研究低成本的低溫主流厭氧氨氧化技術的可行性。2017年，STOWA在其官網(wǎng)上發(fā)布了一份87頁的以荷蘭語編寫的結(jié)題報告。小編將帶大家介紹一下該項目的概況。
CENIRELTA-低溫主流脫氮技術報告
CENIRELTA即低溫厭氧氨氧化菌的低成本污水脫氮處理。它其實是2012年的可行性研究的后續(xù)項目：當時上述的幾個機構(gòu)在荷蘭鹿特丹的Dokhaven污水廠進行了小試，并通過了初步的驗證。在這基礎上，他們進行CENIRELTA這個中試示范項目，并想借助這個項目向荷蘭其他水委會傳播交流主流厭氧氨氧化工藝。
Dokhaven污水廠概況
Dokhaven地下污水廠位于鹿特丹市中心新馬斯河畔(Nieuw Maas)，距離中心火車站只有4公里。該廠污水處理采用AB工藝，主流段產(chǎn)生的污泥輸送到600米外的Sluisjesdijk污泥處理廠進行厭氧消化，生成的沼氣用于熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)，消化液采用了Paques公司的SHARON+ANAMMOX工藝進行自養(yǎng)脫氮。污水廠的處理能力約為560000人口當量。
盡管該污水廠一直對脫氮工藝進行優(yōu)化，但總的去除率一直在60%左右徘徊，出水總氮的年平均值為15-20mg/L，但荷蘭要求其標準要低于10mg/L。水委會Hollandse Delta的內(nèi)部評估顯示，由于該污水廠的空間限制(地下式污水廠)，傳統(tǒng)的技術無法滿足日后的出水標準。在這樣的背景之下，他們選擇了主流厭氧氨氧化作為重點的考察對象。
Anammox原理
厭氧氨氧化的發(fā)生進程主要分為兩大步：“第一個過程是部分亞硝化(Partial Nitritation)，在這個過程中只有大約55%的氨氮需要轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮;第二個過程是厭氧氨氧化(Anammox)，氨氮在厭氧條件下，被亞硝酸氮作為電子受體，氧化成氮氣。因此它也被稱作PN/A工藝。
在這過程中，大約89%的無機氮都將被轉(zhuǎn)化產(chǎn)生氮氣，另外11%的無機氮被轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮，與傳統(tǒng)硝化反硝化工藝相比，厭氧氨氧化工藝有著巨大的技術優(yōu)勢，其曝氣能耗只有傳統(tǒng)工藝的55-60%;該工藝幾乎無需碳源，如果為了去除硝酸鹽產(chǎn)物需要在厭氧氨氧化過程中投加碳源，其投加量也比傳統(tǒng)工藝中碳源投加量降低90%;厭氧氨氧化工藝可以減少45%堿度消耗量。同時，厭氧氨氧化工藝的污泥產(chǎn)量也遠低于傳統(tǒng)脫氮工藝，這將顯著降低剩余污泥的處理和處置成本。
經(jīng)過十多年的發(fā)展，截止到2014年，全球已經(jīng)有超過100座厭氧氨氧化工程，其中75%應用于城市污水處理廠。但這些工程主要用于污泥消化液的高溫高濃度氨氮廢水處理(35 ℃，NH4-N> 1.000 mg/L)，而Dokhaven污水廠被認為是世界首個側(cè)流anammox的工程應用。
如今工程界都將目光投到主流厭氧氨氧化上。市政污水的氨氮濃度約為15-50mg/L，水溫為8-25℃。面對這樣的條件，anammox菌的活性一般會下降。在主流污水處理系統(tǒng)中為anammox菌創(chuàng)造合適的生存條件是目前需要解決的挑戰(zhàn)，包括了anammox和AOB菌的富集，以及NOB菌的抑制等。
運行簡介
CENIRELTA項目組在Dokhaven污水廠里搭建了一個4m3的中式反應器，進料是該污水廠的A段出水。這套反應系統(tǒng)的關鍵在于那些所謂的顆粒活性污泥，它們里邊富含AOB菌和Anammox菌，兩者共同作用實現(xiàn)污水脫氮。這種平行對照的方式可以更好地和現(xiàn)有工藝作對比。整個系統(tǒng)總運行時間為3年半。
結(jié)果評估
CENIRELTA是荷蘭有一個公私合營創(chuàng)新項目的典范：Hollandse Delta水委會參與投資、研發(fā)，并為技術的工程化提供了一個實踐平臺;Paques是技術開發(fā)和供應商，目標是幫助該技術實現(xiàn)商業(yè)應用;和STOWA則為項目分享來自其他水委會的經(jīng)驗，也幫助創(chuàng)新技術的傳播;另外代爾夫特理工大學(TU Delft)為項目提供理論支持和小試研究的實驗室設備支持。小編在此前的《主流厭氧氨氧化發(fā)展史：污水生物脫氮3.0時代何時到來?》提到TU Delft的Maaike Hoekstra博士的畢業(yè)論文，其實就是這個項目的成果之一。
下表是項目的成果一覽。報告顯示，CENIRELTA在脫氮、能耗和成本上都顯示了優(yōu)勢，尤其是它確實比現(xiàn)有技術更加便宜和更具可持續(xù)發(fā)展性，但目前而言低溫厭氧氨氧化的長期穩(wěn)定性還不能讓人滿意。
未來展望
盡管出很多喜人的潛力，但另一方面，CENIRELTA無法展示出長期運行足夠的穩(wěn)定性，因此在短期不會應用到Dokhaven污水廠。有很多問題尚待解決，例如：a)降低A段出水水質(zhì)的干擾;b)異養(yǎng)菌種的影響;c)反應器的設計。
基于積極的經(jīng)濟分析和經(jīng)驗證的脫氮效率，Paques公司計劃在未來幾年在其歐洲以外的地區(qū)繼續(xù)該技術的研發(fā)工作。在獲得更多經(jīng)驗之后，他們希望能重回歐洲開展新的項目，因為目前主流厭氧氨氧化似乎在溫暖地區(qū)更容易實現(xiàn)，而且進水也最好不要受到強烈降雨的影響(稀釋)，因此一些雨污分流的地區(qū)是理想的選擇。
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