实验结果

 

　　下图6是从2015年8月以来的实验结果：

 

　　图6. Harnaschpolder 污水厂污泥含固率的变化情况

       研究人员对2016年和2014年的数据进行对比，发现除了含固率之外，污水厂在其他表现上也有显著改善：

 

　　1.污泥脱水的废水水质。回流到主线的污水的磷浓度可以忽略（<100 mg TSS/L和总磷<50mg/L）。这对生物除磷相当有利。2016年出水的磷浓度相当稳定，年平均值低于0.9mg/L，而且氯化铁投加量减少42%（见图7左）；

       2.聚合物使用量从18g/kg干污泥减少14g/kg，减少率为25%；

       3.脱水污泥的含固率从2014年的22%升至2016年的24%（图6）；

       4.湿污泥产量减少19%（见图7右）。

 

　　图7. 氯化铁的用量减少趋势 （左）；脱水污泥和去除COD比值变化趋势（右）

       在测试过程中，他们也遇到了一些技术困难，例如氢氧化镁储存和投加系统以及消化污泥缓冲池搅拌器的故障。由于这些技术故障，测试受到几次中断（如15年11月-16年4月期间，以及16年10月-12月间），这对全年的整体表现造成了负面影响：若没有这些技术干扰，氯化铁的用量将低至65％，而不是实测的42％。在2015年，在线流量测量和离心机内部观察到过量的鸟粪石结垢。而从2016年开始，这问题没再发生。

 

　　团队特意强调了氯化铁用量减少有以下三方面的好处：

 

　　1.     减少氯化铁的采购；

 

　　2.    减少化学污泥的产量；

 

　　3.    减少需要脱水、运输和焚烧的污泥量。

 

　　加入氢氧化镁因为增加了脱水污泥的含固率，因此总体上减少了污泥产量。然而大型测试还表明，鸟粪石产生的化学污泥量比用氯化铁沉淀产生的少。这个假设由上图6得到验证。对于这一现象，团队计划在未来做进一步研究。

 

　　污泥含固率检测

 

　　在消化污泥中添加氢氧化镁使消化污泥系统获得更稳定的磷浓度和阳离子平衡。这改善了污泥的可脱水性。显然优化的污泥脱水过程控制能进一步提高运行结果。因此，测试团队于2016年6月在其中一台离心机中上测试了Valmet?在线测量装置中脱水污泥的干固体含量（见图8）。

 

　　测试也取得预期的成功：在线干燥固体测量值与实验室测试结果相当，只观察到微小偏差（高达+ 0.2％干物质）。测试成功后，所有四台脱水离心机都配备了这个设备。

 

　　过去运行人员只能靠每台脱水离心机的单个随机采样获得信息，通过新设备，操作员能够更深入了解污泥脱水系统的不同参数影响并作出调整。他们计划在一台离心机上对污泥脱水废水的总悬浮固体（TSS）进行测试。若测试成功，污水厂将安装一个全自动控制回路用于脱水离心机的过程控制。

 

　　图8. Valmet公司的脱水污泥含固率在线测试设备

       环境影响

 

　　Harnaschpolder污水厂并没有以鸟粪石形式对磷进行回收，而是通过污泥灰进行磷回收。从2018年起焚化污泥灰中的磷将由比利时的EcoPhos公司回收，届时污水厂进水中超过80％的磷将得到回收利用。

 

　　磷酸盐去除和污泥处理的环境影响（包括消化、脱水、运输和焚烧）可以根据初始能源使用（primary energy use）情况进行计算。这种计算方法不仅包括污水处理过程中的电力和天然气等化石能源，还包括化学品和运输生产的能耗。如果生产的产品可用作原材料，则可抵扣部分能耗。通过这种方法，可以对各工艺的能耗进行比较。

 

　　Harnaschpolder污水厂对鸟粪石沉淀的控制使其环境影响降低了30-40％（见图9）。主要聚合物和氯化铁的用量减少，而生产氢氧化镁的初始能源需求较低。

 

　　图9. 考虑了除磷和污泥处理的初始能耗对比

 

　　前景展望

 

　　在2016年12月经过了一些调整后，这套临时设备再没任何运行问题。因此2017年第一季度的结果比此文发表的结果要更好。例如氯化铁在此期间的用量与2014年相比下降了90％。只有在极端降雨的情况下才需添加氯化铁。

 

　　另外工艺运行人员在线污泥含固率设备的使用上也更有经验——他们使系统能以最高含固率运行，并且保持出色的出水质量（低含固率），还使聚合物剂量最小化。最后，通过与其他优化工作的结合，这个大型测试实现了稳定除磷。他们估计氢氧化镁的用量可以进一步优化。他们在2017年定下的目标包括（与2014年参考年相比）：

 

　　氯化铁用量减少至少80％

 

　　出水总磷提高至<1.0甚至<0.8mgPO4-P / l

 

　　脱水污泥的平均含固率>24.5％ds

 

　　聚合物用量减少25％

 

　　湿污泥产量减少19％

 

　　管道和设备中的鸟粪石零结垢和零堵塞

 

　　基于这次长期测试的结果，管理团队计划在污水厂安装一批永久性设备。预计到2018年，Harnaschpolder污水处理厂的年运营成本将降低至少4％。投资回报周期约为1.5年。与其他污泥磷回收技术5-10年的投资回报期相比，荷兰这项除磷技术显示出了更高的经济效益，也会对环境产生更正面积极的影响。

 

　　参考资料

 

　　Full scale optimisation of sludge dewatering and phosphate removal at Harnaschpolder wwtp （The Hague, NL）， M. Mulder, K. Appeldoorn, P. Weijc and R. van Kempen, Water Practice & Technology Vol 13 No 1, doi: 10.2166/wpt.2018.008

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