可持續(xù)廢水生物脫氮除磷技術(shù)
傳統(tǒng)廢水生物處理工藝(如,傳統(tǒng)活性污泥法中的氧化溝、A/O、SBR、UNITANK等)存在著以能(耗氧)消能(去除COD)、導(dǎo)致大量二氧化碳釋放大氣這樣的缺陷。此外,反硝化與磷的生物聚集需要外加碳源(COD)、以及產(chǎn)生大量剩余污泥等現(xiàn)實情況也是傳統(tǒng)廢水生物處理工藝中存在的主要問題。面對全球日趨收緊的廢水排放標(biāo)準(zhǔn),特別是在各國廢水處理的重點已轉(zhuǎn)向營養(yǎng)物(氮、磷)脫除的情況下,仍然采用傳統(tǒng)廢水生物處理工藝會使上述問題顯得更為突出。
在強調(diào)可持續(xù)發(fā)展的今天,可持續(xù)的概念也應(yīng)在廢水處理技術(shù)中得到體現(xiàn)。可持續(xù)廢水處理技術(shù)概念具有兩個層次的涵義。首先,與傳統(tǒng)觀念中視廢水為"廢物"這樣的看法不同,從可持續(xù)的角度應(yīng)把廢水看作是能源與資源的載體。換句話說,就是應(yīng)盡可能地轉(zhuǎn)化和回收廢水中的有用成分。其次,轉(zhuǎn)化與回收所采用的關(guān)鍵技術(shù)本身應(yīng)具有能/資源消耗量最低之優(yōu)點。顯然,能/資源回收與節(jié)省的雙重作用便會使廢水處理技術(shù)朝著可持續(xù)的方向發(fā)展。實際上,廢水中的COD(有機物)是一種能量的載體,即,一種潛在的綠色能源。因此,二級廢水處理不應(yīng)該是使用能量(通過曝氣)使COD簡單穩(wěn)定化到CO2(傳統(tǒng)方法即如此),而應(yīng)盡可能地將其先轉(zhuǎn)化為能量物質(zhì)?甲烷。此外,廢水中的含磷化合物也非常值得(技術(shù)上亦簡單可行)回收,因為全球地表磷源十分有限。當(dāng)所謂的污染物(COD、N、P)基本上從廢水中被轉(zhuǎn)化、回收或去除殆盡后,處理水水質(zhì)實際上已接近許多非飲用水(如城市綠化、人工水景、道路噴灑、屋宇建造、廁所沖洗等等)水質(zhì)指標(biāo),這亦使廢水資源化順理成章。
由上可見,技術(shù)是實現(xiàn)可持續(xù)廢水處理的關(guān)鍵。在這方面,新近在荷蘭研發(fā)并已應(yīng)用的三項生物脫氮除磷技術(shù),“反硝化除磷”(denitrifying dephosphatation)、“中溫亞硝化”(SHARON)、"厭氧氨(氮)氧化 "(ANAMMOX),為可持續(xù)廢水處理從概念轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實奠定了必要的技術(shù)基礎(chǔ)。反硝化除磷將反硝化脫氮與生物聚磷有機地合二為一,從而使COD的消耗量減少一半、曝氣量減少三分之一、剩余污泥量相應(yīng)減少百分之五十。中溫亞硝化使硝化的終點到亞硝酸氮為止,節(jié)省四分之一的硝化需氧量,可為從亞硝酸氮起始的反硝化或厭氧氨氧化創(chuàng)造最佳的技術(shù)路徑。厭氧氨氧化使氨氮短途徑轉(zhuǎn)化成為可能。氨氮的這種氧化方式以亞硝酸氮作為電子接受體,可實現(xiàn)氨氮完全自養(yǎng)氧化。中溫亞硝化(或生物膜內(nèi)的部分硝化)與厭氧氨氧化相結(jié)合,是最可持續(xù)的生物脫氮方式,這種方式不僅不需要消耗有機碳源(COD),同時可減少硝化需氧量的六成以上。
根據(jù)可持續(xù)廢水處理的概念,基于上述三項革命性的廢水生物處理技術(shù),并應(yīng)用一些現(xiàn)有的實用性技術(shù),一個以城市廢水處理為對象的可持續(xù)生物脫氮除磷工藝已由荷蘭?中國政府間環(huán)境技術(shù)合作研究提出。這個推薦工藝突出廢水中綠色能源(COD)轉(zhuǎn)化(甲烷)、含磷化合物回收(以鳥糞石形式)、處理水回用。工藝的首端應(yīng)用A/B法中的A段,目的是為了濃縮COD(以生物污泥形式),并使之在消化池中轉(zhuǎn)化為甲烷。由A段處理后剩余的COD應(yīng)剛好滿足于反硝化除磷的需要,避免COD無目的的簡單氧化。含有高濃度氮、磷的污泥消化液首先以含錳化合物沉淀其中的磷,形成可回收的鳥糞石(MAP);接著以生物膜內(nèi)的厭氧氨氧化去除氨氮。兩股處理水混合后再經(jīng)簡單處理(如砂濾、消毒)便可回用。
可持續(xù)城市廢水生物脫氮除磷推薦工藝不僅適合于新的廢水處理場平地新建,而且也適用于已有廢水處理場的升級改造。
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