北斗智库环保管家网讯：位于荷兰海牙的Harnaschpolder污水厂始建于2004年，并于2006年投入运行。它每天处理来自海牙地区100万居民和数千家公司产生的约255000m2的污水 ，处理能力约130万人口当量，这使它成为荷兰最大的污水厂。同时它也是荷兰污水处理创新技术的实验工厂。今年3月29日，一个好氧颗粒污泥的中试装置在此污水厂内正式启动，目的是在现有的连续式的传统污水处理厂内培养出颗粒污泥。
 

 

　　图1. 位于Harnaschpolder污水厂的好氧颗粒污泥中试装置

       去年10月，污水厂的运营公司Delfluent又与荷兰KWR水资源研究所、Paques公司开展一个中试实验，测试SRB硫酸盐还原菌在冬季的污水处理表现和污泥减量情况。
 

 

　　图2. 位于Harnaschpolder污水厂的SRB工艺中试装置

       早在2017年7月的SLUDGETECH污泥技术大会上，Delfluent公司、Delfland水务局以及Mirabella Mulder 污水管理咨询公司就分享了他们从2015年起进行的结合了污泥脱水和生物除磷的优化项目。

 

　　工艺简介

 

　　Harnaschpolder污水厂的工艺主要为活性污泥法，包括初沉、消化和污泥脱水。 脱水后的污泥由荷兰五个水委会联合使用的专门处理污水污泥的焚烧厂处理（由荷兰HVC Dordrecht负责运营）。
 

 

　　图3 荷兰Harnaschpolder污水厂鸟瞰图

 

　　Harnaschpolder污水厂采用生物除磷的除磷方法。聚磷菌PAOs这些微生物在有氧条件下将磷酸盐作为高能聚磷酸盐颗粒，与镁、钙和钾等阳离子一起储存在其细胞内。 在厌氧条件下，多磷酸盐和阳离子再次释放。这些物质的释出对活性污泥工艺和脱水过程造成负面影响。

 

　　首先，消化过程中释放的磷酸盐导致污泥脱水产生的污水中磷酸盐浓度很高。这些污水一般回流至处理主线。这部分磷约占了系统总磷负荷的20％（见下图4）。为应付这些额外的磷负荷，污水厂必须另外添加氯化铁以满足磷排放标准（总磷年平均值=1.0mg/L）。

 

　　图4.Harnaschpolder污水厂的磷平衡（绿色和红色数字分别代表有和没有鸟粪石沉淀控制的情况）

       其次，尽管污水厂已经经常调节控制参数（如聚合物的剂量、流量和扭矩），但因为进水和消化污泥中的磷浓度受天气和季节变化影响，还是妨碍了污泥脱水的稳定运行，导致脱水污泥的含固率较低。

 

　　再次，在pH为7的条件下，高浓度的磷酸盐、氮和镁会现成鸟粪石沉淀，而且不受控制。这些鸟粪石沉淀会导致泵、管道、传感器和脱水设备的结垢问题。

 

　　对此，在2015年前污水厂的处理方法是将氯化铁投加到活性污泥系统和消化污泥池中，以减少磷酸盐回流到主流进水端的量（见图4），以此防止污泥管道中的鸟粪石结垢。

 

　　生物除磷和污泥脱水的理论解释

 

　　污水中的镁、钙二价离子对聚磷菌的磷吸收是有益的。有文献显示，进水镁浓度若从15mg/L提升到30mg/L，对应的PAOs平均除磷率将从85％提高到97％。市政污水一般被认为含有充足的镁，所以不会成为生物除磷的限制因素。VFA含量、pH和F/M比等是更重要的影响因子。但是受降雨和季节性变化等影响，像Harnaschpolder这种大型污水厂很有可能定期出现进水所需物质短期或长期的短缺，这可能会导致为了满足出水要求而过量投加导致金属盐，而这会减少PAOs对磷的吸收，造成恶性循环。因此研究团队假设在特定的情况下，额外增加的镁含量或许能促进PAOs对磷的过量吸收。

 

　　污水厂出水的磷浓度受污泥浓缩和脱水（如图4）以及雨季天气影响。活性污泥模型的计算显示，如果磷回流得以最小化，生物除磷是能够满足法定的磷排放标准的。而且不需要添加氯化铁。

 

　　一些研究显示，引入生物除磷工艺会出现可脱水污泥减少的现象。他们猜测这是因为存在胶体蛋白、铵和钾，但同时缺少钙镁离子造成的。通过活性污泥的生物除磷法，磷酸盐在厌氧消化过程中又重新释放。这些磷往往和钙镁离子一起沉淀形成鸟粪石，然后就剩下高浓度的钾、铵离子，以及高浓度的胶体蛋白。钙、镁和铁等阳离子在污泥和聚合物结合的脱水机制起着重要作用，对污泥脱水性有积极影响：这些二价和三价阳离子可以中和污泥中的负电荷，并在污泥中的分子之间充当桥梁，而单价阳离子不具备这种能力。

 

　　在荷兰，实验室和污水厂的实验都证实了这些结果。 通过对消化污泥投加氯化镁，聚合物用量减少40％，脱水污泥的含固率度从22.1％提升至23.0％。如果pH大于7，将形成鸟粪石。研究团队表示他们不确定鸟粪石的生成是否真的有助提高污泥的脱水性。他们猜测可能鸟粪石晶体有助污泥的过滤性。原因是这些晶体像煤、钙和木材等惰性材料那样，可以在污泥中充当通道的角色，水分子可以由此通过，其他物质则被截留。

 

　　大型鸟粪石沉淀控制测试

 

　　Harnaschpolder污水厂为了优化的污泥脱水和生物除磷表现从2015年8月开始进行大型测试。在此测试中，氢氧化镁加入到消化污泥中。这意味着他们将鸟粪石沉淀限制在消化污泥缓冲池中（见下图5）。这种方法与大多数西欧污水厂的除磷或磷回收项目不大一样：

 

　　首先，鸟粪石沉淀在消化污泥中，而不是污泥脱水产生的废水中。

 

　　其次，用氢氧化镁代替氯化镁，这对于鸟粪石回收过程更为常见。由于氢氧化镁略带碱性，也不需要为了提高pH值而添加辅助设备去除二氧化碳。这降低了投资成本。氢氧化镁（53％（w / w））购自荷兰公司Nedmag，这家公司生产独一无二的稳定悬浮液。测试期间研究团队还与Nedmag密切合作，开发了专用的储存和加药系统。

 

　　图5. 鸟粪石沉淀控制工艺流程图

 

　　在2015年的第二季度，污水厂安装了以下临时性设备：

 

　　用于添加氢氧化镁的投药单元和输送管道

 

　　置于消化污泥缓冲池漂浮式搅拌器

 

　　他们还研发出一套实验室方法来预测污泥的含固率（相对精确度±5%）。通过这套方法对不同的投药方式进行测试，来鉴定哪个最为高效。另一个测试内容是控制设定，测试从2015年8月一直进行至今。