【案例】鳥糞石法除磷在世界最大的污水處理廠的應(yīng)用！

位于美國(guó)芝加哥的Stickney污水廠，是世界上最大的二級(jí)處理污水處理廠，當(dāng)年面臨升級(jí)改造，需要增設(shè)除磷工藝的時(shí)候，選擇了生物除磷，并打造了世界上最大的磷回收工廠，成為全球污水資源回收的新標(biāo)桿。在污水處理這行做探路先鋒吃螃蟹未必是件美事。

芝加哥大區(qū)污水管理局(Metropolitan Water Reclamation District of Greater Chicago - MWRD)運(yùn)行著可能是全國(guó)最出名也是規(guī)模最大的污水處理廠。Stickney再生水廠，位于芝加哥西南部的Cicero，是世界上最大的二級(jí)處理污水廠，同時(shí)也是美國(guó)探索污水資源回收的先鋒代表。

帶著這些名頭，這座污水廠自然也就成了媒體頭條的常客。最近他們又見報(bào)了，原因是他們?cè)诹谆厥蘸捅Ｗo(hù)下游水源方面取得的成就獲得了WEF美國(guó)水環(huán)境聯(lián)合會(huì)的“項(xiàng)目卓越大獎(jiǎng)”。

關(guān)于Stickney污水廠如何成為當(dāng)今世界最矚目的資源回收項(xiàng)目之一的故事大家在網(wǎng)上隨便找都能翻出一堆文章來。2016年的時(shí)候，它采用Ostara的磷回收技術(shù)，以及找來Black & Veatch做設(shè)計(jì)和建造的工作。如今Stickney污水廠的峰值處理能力529萬m3，實(shí)際平均日處理量月270萬m3 。MWRD每年能回收生產(chǎn)7500噸的肥料，并以“Crystal Green”命名的品牌推向市場(chǎng)。

盡管已經(jīng)取得了這些成績(jī)，MWRD并沒有停下腳步，他們制定計(jì)劃繼續(xù)改善工藝效率。第一步就是使用Ostara的另一項(xiàng)叫WASSTRIP的技術(shù)。

WASSTRIP是Waste Activated Sludge Stripping to Recover Internal Phosphorus的英文縮寫，顧名思義，就是要從剩余污泥中回收磷?！皩ASSTRIP技術(shù)加入到整個(gè)營(yíng)養(yǎng)回收系統(tǒng)后，MWRD可以減少生物除磷的污泥脫水設(shè)備的損壞度，”MWRD的發(fā)言人說，“這將減少聚合物在脫水工藝中的使用。WASSTRIP同時(shí)也能改善磷回收工藝的可靠度，回收率能翻倍?！?/p>

在這個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)程中，MWRD也獲得了一些關(guān)鍵的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。這些經(jīng)驗(yàn)不僅能夠幫助芝加哥水務(wù)局在未來的項(xiàng)目中提供決策支持，同時(shí)也值得其他地區(qū)的水務(wù)局學(xué)習(xí)借鑒。

經(jīng)驗(yàn)一

“MWRD選用設(shè)計(jì)-建造的方式交付項(xiàng)目。這對(duì)MWRD來說是一次新的嘗試，這給了他們團(tuán)隊(duì)一次學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，” MWRD的發(fā)言人說， “標(biāo)準(zhǔn)的Ostara反應(yīng)器對(duì)Stickney污水廠來說太小了，所以O(shè)stara團(tuán)隊(duì)不得不回到設(shè)計(jì)部，重新設(shè)計(jì)新的反應(yīng)器以匹配Stickney污水廠的規(guī)模?！?/p>

經(jīng)驗(yàn)二

MWRD在鳥糞石問題上也得到了不少學(xué)費(fèi)。

“鳥糞石在泵和輸送管道里的積累也給我們提供了學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，”他們的發(fā)言人說，“我們正在安裝一個(gè)自動(dòng)化的酸洗系統(tǒng)來保護(hù)泵機(jī)”

鳥糞石是含有鎂、銨和磷，可以通過回收成為肥料。解決了Stickney污水廠的鳥糞石問題，讓MWRD看到了這工藝在更小規(guī)模的污水廠成功的可能性。

“鳥糞石的去除理應(yīng)具有規(guī)?；哪芰Γ苓m應(yīng)最大的污水廠，也能用于最小的污水廠，”發(fā)言人補(bǔ)充道，“在污水廠原有占地基礎(chǔ)上通過回收鳥糞石來除磷在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上都是可行的。如果僅實(shí)施強(qiáng)化生物除磷 (EBPR)而不包含鳥糞石回收的話，Stickney污水廠這個(gè)項(xiàng)目要多花7.5億美元。包含鳥糞石回收的EBPR工藝不僅運(yùn)行穩(wěn)定，而且費(fèi)用低很多，還能在其他地方得以復(fù)制?！?/p>

經(jīng)驗(yàn)三

最后，MWRD正著眼于2023年實(shí)現(xiàn)完全能源中和的雄偉目標(biāo)。目前他們正在升級(jí)初沉池，并且在尋找新的技術(shù)提高運(yùn)行效率。另外他們也正在為其回用水尋找工業(yè)客戶。

“Stickney 再生水廠一直在開發(fā)和完善一套穩(wěn)健的資源回收模型，綜合利用回收的能源、水、污泥、磷和其他營(yíng)養(yǎng)物?！?發(fā)言人最后說道，“我們正在評(píng)估Stickney污水廠厭氧消化罐的處理潛力，我們考慮接收外來的餐廚和其他食物有機(jī)質(zhì)，最終幫助我們實(shí)現(xiàn)能量中和的目標(biāo)?！?/p>

盡管MWRD的Stickney污水廠已經(jīng)獲得了美國(guó)全國(guó)的認(rèn)同以及行業(yè)的稱贊，他們?nèi)栽诓粩鄬ふ疫M(jìn)步的空間。這些經(jīng)驗(yàn)除了能幫助美國(guó)的污水廠管理人員，也許對(duì)中國(guó)的污水廠管理者也有所啟發(fā)。

鳥糞石法原理

鳥糞石學(xué)名為磷酸銨鎂(MgNH4PO4·6H2O)，英文簡(jiǎn)稱MAP，白色粉末無機(jī)晶體礦物，相對(duì)密度1.71。廢水處理中的鳥糞石沉淀法就是將鎂離子加入到含有磷酸鹽和氨氮的污水中，反應(yīng)生成難溶的鳥糞石沉淀，以實(shí)現(xiàn)廢水脫氮除磷的方法。與傳統(tǒng)活性污泥法相比，可以減少約49%的污泥體積，而且對(duì)實(shí)現(xiàn)氨氮資源回收具有重大意義。

在水溶液中，鳥糞石的形成過程可以用以下三個(gè)化學(xué)方程式來描述：

鳥糞石的形成受水溶液pH值的影響很大，當(dāng)溶液中Mg2 、NH4 、PO43-的活度積大于鳥糞石的溶度積時(shí)(鳥糞石的溶度積常數(shù)為3.89×10-10~7.08×10-14)，會(huì)自發(fā)沉淀生成鳥糞石。

編輯：王媛媛