技術交流 | 一個污水廠的進化史
技術交流 | 一個污水廠的進化史
來源 ：紀莎莎城建水業(yè)
01
情況介紹
華盛頓地區(qū)水環(huán)境遭受地區(qū)性人口增長以及上游污染的雙重壓力。城市以及郊區(qū)地表徑流、農(nóng)業(yè)徑流以及污水嚴重影響了Potomac河、Anacostia河以及切薩皮克灣的水環(huán)境健康。Blue Plains Advanced Wastewater treatment plant（后續(xù)翻譯為：Blue plains 污水處理廠）作為世界上同類污水處理廠中規(guī)模最大的一座高級污水處理廠，其依舊是保護當?shù)厮h(huán)境的最有效措施。除了普通大型污水廠所采用的初級及二級處理外，Blue plains 污水處理廠還采取了許多其他措施以保障當?shù)厮h(huán)境健康，例如：硝化和反硝化、多種觸媒過濾等。目前，該廠平均處理水量為3.84億加侖/天，其處理峰值可達10億加侖/天，服務人口超過200萬人，服務范圍超過725平方英里。
圖1 污水處理廠服務范圍
02
進化歷史
此污水處理廠始建于1937年，通過多次的升級改造，以達到增加處理環(huán)節(jié)及處理量，并更新處理技術的目的。此設施隨著環(huán)保和可持續(xù)能源項目持續(xù)擴展，目前用地范圍達到153英畝。該廠的運行服務商DC WATER為了確保出水質量符合聯(lián)邦、州和地方法規(guī)要求使用承包及現(xiàn)場實驗的方法分析樣品，其內(nèi)部實驗室每年進行超過10萬次測試。
2015年，DC water 開始采用厭氧消化技術，將一半以上的有機物質從水處理過程轉化為甲烷發(fā)電，使其成為藍色平原的新能源。剩下的固體則被加工成符合A類標準的生物質固體，此類固體可以作為土壤改良劑用于花園和農(nóng)場中。
環(huán)境保護是一項持續(xù)的承諾。DC WATER的工程師不斷更新污水處理技術，并提供實施創(chuàng)新式的解決方案，保證其運用于具體工程實踐中。目前，新的大規(guī)模環(huán)境計劃正在進行，投資共計約40億美元，主要用于增加營養(yǎng)物去除設施（降低處理水中的氮含量，使其＜5.0mg/L）。除此之外，主要是由于磷在一級和二級處理中的捕獲，并使其儲存在可應于于土壤改良的生物質固體中，這就使P這種有價值的營養(yǎng)物質重新回歸土壤。
圖2 污水廠演變過程
03
處理過程
(1)篩撿和除砂
污水通過區(qū)域周圍1,800英里的下水道和波托馬克攔截器來到Blue plains 污水處理廠，這是一個從杜勒斯機場開始的大型污水渠，沿途連接了馬里蘭州和弗吉尼亞州郊區(qū)的污水。
污水從地下抽出，在廠內(nèi)處理。一系列格柵裝置剔除物體及一些大顆粒物質。砂礫室除去巖石和其他不可降解的顆粒。這些顆粒物質被裝載到卡車中運往垃圾填埋場。污水流入下一個處理環(huán)節(jié)。
b)初沉池
初級處理是在錐形罐中進行，其中固體顆粒沉淀并落到底部，而污水則通過堰向外流出。機械撇渣器將輕質漂浮物如：脂肪，油和油脂（FOG）從頂部清除，隨后送到往圾填埋場，初沉污泥經(jīng)過處理后再利用。
c)二級反應器及沉淀池
二次處理是使用微生物處理有機物質（脂肪，糖，短鏈碳分子）的生物過程。在Blue plains 污水處理廠，采用活性污泥法實現(xiàn)二次處理。
為了使整個處理過程更加有效，微生物需要氧氣和食物。Blue plains 污水處理廠通過曝氣的方法提供氧氣，污水本身含有的物質（有機物或碳）可為微生物提供食物。微生物通過消耗有機物或碳生長出更多的微生物。添加氧會使二次反應器中的污水起泡，并使微生物產(chǎn)生紅褐色的活性外觀。這是一個微妙的環(huán)境，需要長期不斷的監(jiān)測，以確保健康的微生物菌落。微生物在氧氣充足的情況下吸收有機物，并氧化分解，形成二氧化碳和水，另一部分則供給自身增值繁衍，增值的微生物從二沉池排出，部分定居微生物，重新引入二級反應器，以維持這一進程。
d) 硝化及反硝化反應
在好氧條件下，通過亞硝酸鹽菌和硝酸鹽菌的作用，將氨氮氧化成亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的過程。在缺氧條件下，由于兼性脫氮菌（反硝化菌）的作用，將NO2-和NO3-中的氮通過一系列中間產(chǎn)物還原成N2。通過以上反應，可以有效減少污水中的氮含量。
e)多媒介過濾消毒
經(jīng)過上述處理后的水通過世界上最大的砂和無煙煤結合的污水過濾設施。在過濾器進水時，用次氯酸鈉進行氯化消毒，在排水前使用硫酸氫鈉除去殘留的氯。最后經(jīng)過處理的水的外觀與我們?nèi)粘ｏ嬘盟嗨啤?/span>
f)污泥濃縮、脫水
初沉池中的污泥采用重力濃縮，二沉池及硝化/反硝化沉淀池里的污泥采用氣浮濃縮。最終進入熱水解環(huán)節(jié)的污泥含固率為18%。通過熱水解后的污泥進行厭氧消化，產(chǎn)生的沼氣通過汽輪機進行發(fā)電（產(chǎn)生蒸汽，為熱水解提供蒸汽），最終的沼渣成為A級生物質固體，待利用。
圖3 污水廠處理流程
04
污泥利用
Blue plains 污水處理廠的污泥通過熱水解+厭氧消化技術可以進行熱電聯(lián)產(chǎn)，其中上網(wǎng)電量可達10MW。DC WATER原本是當?shù)刈畲蟮膯误w耗電用戶，現(xiàn)在通過厭氧消化發(fā)電，使其耗電量削減三分之一。除此之外，此過程還可產(chǎn)生A級生物質固體（沼渣），其可使用范圍及品質遠遠高于B級產(chǎn)品。通過此技術，Blue plains 污水處理廠在減少溫室氣體排放，減少廠區(qū)碳足跡方面表現(xiàn)出色。其中，A級生物質固體可被用于以下方面：
造林：提高林木產(chǎn)量提升品質
農(nóng)業(yè)：為每英畝的土地提供價值300美元的碳和營養(yǎng)物質
復墾：恢復礦山的自然狀態(tài)和提供野生動物棲息地
社區(qū)花園：為蔬菜、水果及草本植物提供營養(yǎng)元素
城市修復：與海綿城市結合，通過城市植物種植，減少地表徑流
圖4 污水廠污泥利用途徑
文字采編 / 紀莎莎
編圖排版 / 許云驊
校對審核 / 汪勝 唐建國
FCR花園式污水處理技術
原創(chuàng)2017-10-25高一軍
題目：FCR花園式污水處理技術
報告人: 奧尼卡水處理技術公司 高一軍 （業(yè)務發(fā)展總監(jiān)）
主持人：天津創(chuàng)業(yè)環(huán)保集團股份有限公司李金河總工
高一軍：
各位專家，各位同行下午好！非常榮幸可以和大家介紹奧尼卡公司以及我們的FCR技術。FCR的中文意思是食物鏈反應器，奧尼卡水處理技術公司致力于市政污水處理技術的整體解決方案，這個整體解決方案包括核心工藝FCR的整體方案設計，關鍵設備的供應選型，項目監(jiān)理，培訓，調(diào)試等一系列的全方位的服務，奧尼卡FCR技術的主要特點是運行費用低，占地面積地少，污泥少，美觀，易維護。
這張照片這是傳統(tǒng)的污水處理廠，我們可以看到非常不美觀的生化曝氣池，而且這些污水處理廠一般都建設在比較偏遠地區(qū)，需要配套建設很長管路、很多的泵站把污水收集起來，這些管道可能幾十公里甚至上百公里，需要耗費大量的資金，我們的想法是將來的污水處理廠是不是要建到一百萬噸或者八十萬噸那么大，是不是可以小型化，分散化，建在工廠或者是學校里，或者是社區(qū)里并且與所在的環(huán)境完全融合。我會在后面提出一個FCR工藝的分布式污水處理站工藝和大家分享。
這四個照片是奧尼卡公司設計的漂亮的污水處理廠的照片，是已經(jīng)運行的項目，中國河源城南污水廠3萬噸/天，氧化溝改造升級項目，目前產(chǎn)水水質達到類地表三，排入東江為香港備用水源，項目已經(jīng)運行三年。另外一個是貴州安順污水處理廠，從CASS工藝改造而來，水量為5萬噸/天一級A，這個位置距離黃果樹瀑布非常近，可以這個設計與當?shù)鼐皡^(qū)環(huán)境完美的融合，貴州安順目前調(diào)試已經(jīng)結束，今年也會交付，已經(jīng)開始運行。右上角是匈牙利布達佩斯八萬噸的A2O改造FCR工藝。
下一張圖片可以看到我們的FCR花園式污水處理廠的廣泛的應用領域，學校、工廠、市中心，交通樞紐等等，可以建在任何大家想要建的地方，由于有獨特的溫室結構，使居民和百姓對這個污水處理廠心里反感程度非常低，所以污水處理廠緩沖區(qū)非常小，對周圍居民的影響就非常小。
下面這個業(yè)績表是在中國區(qū)今年或者明年陸續(xù)開工做的項目，目前奧尼卡FCR污水廠的全球業(yè)績已經(jīng)超過90個，可以看到中國的很多項目正在集中建設，所以現(xiàn)在接下來的兩三年之內(nèi)，這些項目都會投入生產(chǎn)，你會發(fā)現(xiàn)越來越多的花園一樣污水處理廠出現(xiàn)在您的周圍。
下面就是奧尼卡的全球布局情況，公司起源于布達佩斯，有100多人的工程技術團隊全球服務，布達佩斯也建有研發(fā)中心，針對不同的水質、不同的設備進行創(chuàng)新，不斷的對工藝技術進行優(yōu)化，以適應越來越復雜的水質變化以及更加嚴格的排放標準。目前公司總部設在美國普林斯頓，新德里和雅加達辦事處，之前上海是奧尼卡公司的辦事處，為了更好的服務中國市場目前已經(jīng)注冊實體公司，奧尼卡公司在中國發(fā)展最快，上海辦公室從兩三個人到現(xiàn)在近三十人，同時有匈牙利的的工程技術人員來到中國參與本地工程技術調(diào)試，我們相信中國的FCR污水處理廠一定會越來越多。
接下來是奧尼卡公司的發(fā)展歷程，從1998年建立，開始匈牙利國內(nèi)水處理業(yè)務，發(fā)展到2007年成為匈牙利最大的水處理工程技術公司，并把部分建造的EPC公司銷售給法國威立雅，保留了FCR工藝技術的知識產(chǎn)權，并授權威立雅在法國建造FCR污水處理廠，之后開始全球布局，2012年世界銀行對奧尼卡公司進行了全面考核之后，成為奧尼卡公司最大的股東，這是2014年世界銀行發(fā)給水處理技術組織的一封推薦信。
這是一個改造項目的實際情況，這個是匈牙利布達佩斯南佩斯。這是另外一個實際運行的項目，左邊改造之前的樣子，右邊是改造完的樣子。
FCR的主要優(yōu)勢優(yōu)點第一占地面積小，目前優(yōu)勢主要在于取消二沉池，運行費用平均比傳統(tǒng)減少30%，污泥產(chǎn)量比傳統(tǒng)工藝下降平均30%。
下面看看奧尼卡公司比較典型的FCR污水廠的設計，這是四萬噸污水廠位于廣東地區(qū)一個項目，構筑物同時結合結合當?shù)仫L土人情的進行設計，奧尼卡公司設計的污水廠幾乎沒有一模一樣。
奧尼卡工藝的介紹，在傳統(tǒng)工藝方案的反應池上加上植物支撐，過道，以及植物。植物的本身并不處理污水，我們是利用它的根系，根系就是一個載體的類型，生物膜法提供一個生物附著地方，因為植物根系大量的比表面積所以附著生物量非常大，FCR反應池大概五米深左右，為了這個池的容積，植入人工載體，植物根系新陳代謝作用使這個池里面微生物種類從八百種上升到三千種，生物質的總量也從3-5公斤上升到8-12公斤。
這是一個載體對比，可以看到植物根系成膜是非常是疏松，右邊這個塑料載體成膜就比較薄。根系膜蓬松呈現(xiàn)漂浮狀態(tài)，利于氧氣的滲透傳遞，而塑料成膜比較薄切致密，因此氧氣傳遞的效率大大降低。
這是一個溶氧效率曲線，橫軸的TSS于縱軸溶氧效率α的關系圖，MBR的TSS比較高，所以α值最低，FCR的TSS最低，所以α最高，越高氧氣傳遞的利用就越高，需要的空氣就越少也就越節(jié)約能源，請看下面兩張圖片對于能量，占地面積的對比。
這是我們統(tǒng)計的各種污水處理工藝在建造成本，運行費用，占地面積，美觀程度，氣味控制等各個指標的對比圖。
下面兩個圖片是微生物種類在常規(guī)6個生化池里的分布情況，橫軸就是TSS。大家有機會到廣東河源，可以看到那個生化池水比較清。
這是一個典型的緊湊型設計，可以看到左邊有鼓風機間，污泥處理間，控制室，泥水分離，生化池等�？梢栽谝粋�建筑物理安裝建造整個污水廠，節(jié)約土地，容易巡視，節(jié)省土建、公建等。
下面的圖片就是這是生物模塊安裝照片，大家可以看一下基本安裝流程。
簡單介紹一下分布式污水處理站工藝，叫做奧尼卡VILLA，緊湊，美觀，占地小。主要300噸到5000噸，適應于小型村鎮(zhèn)污水處理廠，區(qū)域河道治理等項目，其特點是一種非常容易建設，容易運行，容易維護，處理效果好，投資費用低，運行費用低，環(huán)境友好型的小型化污水處理廠，今年我司接到很多客戶類似的咨詢項目，因此我公司迅速反應，在7月份隆重推出，這個產(chǎn)品是由幾個集成的部分整合而成，包括預處理部分，FCR反應池部分，泥水分離部分等。目前正在和幾個地方政府就區(qū)域性小城鎮(zhèn)建設的污水處理進行溝通交流。
下面是一些案例照片，我們的工藝也可以建設在比較寒冷的地方，溫室里面保證5度以上就可以保證植物的存活。
以上就是我匯報的內(nèi)容，大家有任何項目需要進一步進行交流的，請隨時聯(lián)系我。希望有機會合作，謝謝大家。
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奧尼卡吳大偉：革命性技術工藝 花園式污水處理廠
來源：慧聰水工業(yè)網(wǎng)
展會是企業(yè)樹立品牌形象、結交商務合作伙伴、尋求終端客戶的最佳平臺。在環(huán)保領域，中國環(huán)博會已發(fā)展成為亞洲最大規(guī)模的環(huán)保展會，2017年5月4日-6日，中國環(huán)博會在上海新國際博覽中心隆重召開。
慧聰水工業(yè)網(wǎng)作為行業(yè)專業(yè)媒體，立足水處理行業(yè)，深入前沿，與企業(yè)面對面交流，充分體現(xiàn)專業(yè)媒體特性，結合行業(yè)最新發(fā)展趨勢，為企業(yè)傳播尖端技術，讓更多人了解水處理企業(yè)、技術與品牌。此次展會，慧聰水工業(yè)網(wǎng)有幸采訪到奧尼卡水處理技術公司總經(jīng)理吳大偉先生。
奧尼卡水處理技術公司總經(jīng)理吳大偉先生
吳大偉先生表示，奧尼卡是1998年在歐洲成立的一家污水技術處理公司，主要致力于用生物膜法處理市政污水，技術由過去的FBR（無人造根系）升級到目前的FCR（有人造根系），是一種固定床生物膜法，比傳統(tǒng)活性污泥法占地小一半以上，運行成本低10%以上，污泥減量25%以上，是一種環(huán)境友好的花園式污水處理廠。
在中國,奧尼卡花園式污水廠已有5萬噸、4萬噸、3萬噸等將近20處業(yè)績，同時,在匈牙利亦有8萬噸以下的幾十處業(yè)績，于全球已建設99家污水處理廠，五十六家已運營。它顛覆人們對傳統(tǒng)污水處理廠認知，不再是一個丑陋散發(fā)異味的工業(yè)建筑，取而代之的是一種花園式建筑，溫室內(nèi)植物四季常綠，各種花卉爭芳斗艷，完全符合國家綠色、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展理念，吳大偉先生相信，花園式污水處理廠在中國的市場前景將非常廣闊。
奧尼卡花園式污水處理廠
奧尼卡產(chǎn)品非常集中，就是花園式污水處理廠工藝及核心設備。吳大偉先生表示，這些都是生物學家經(jīng)多年努力，并成功研發(fā)的革命性的替代A2/O工藝的技術。
現(xiàn)在市政污水處理技術仍采用已快有100年歷史的A2/O工藝，當占地受到限制時也可采用占地相對較少的技術如MBBR、BAF、MBR等技術，但由于投資過高或是運行不太穩(wěn)定或是運行成本過高等因素并沒有得到很好發(fā)展，因此，市場上仍是以A2/O為主，占到污水處理廠80%以上。但，A2/O工藝在提標改造包括擴建過程中，在遇到用地限制和環(huán)境要求時，就無法滿足需要，還會因若環(huán)境、氣味等達不到要求，會受到當?shù)鼐用竦钟|。
吳大偉先生表示，奧尼卡技術可以很好的滿足以上要求，在不增加占地的情況下，污水處理廠提標改造能從一級B達到一級A或地表四，地表三；或是在標準不變的情況下，在原有占地的面積上，把產(chǎn)能提高1倍甚至2倍，同時又做到環(huán)境友好，不產(chǎn)生氣味；而且目前在國際和國內(nèi)沒有類似廠家提供同樣技術，是一個獨特且非常有競爭力的技術，因此，奧尼卡在眾多競爭者當中脫穎而出。
中國水務市場正在快速發(fā)展，奧尼卡未來將進一步深入研究，讓該生物技術得到不斷完善和發(fā)展，并將大力推廣與各BOT、包括市政部門合作，助力中國污水處理廠提標改造，達到花園式污水處理廠的效果。
奧尼卡水處理技術公司總經(jīng)理吳大偉先生
奧尼卡花園式污水處理廠項目 理念與技術的一次革新
來源：慧聰水工業(yè)網(wǎng)
隨著城鎮(zhèn)化，都市化的不斷深入發(fā)展，對城市污水處理能力的的需求不斷增加。新增的污水廠尤其是城區(qū)內(nèi)的污水廠提標改造和擴能，導致了用地緊張，環(huán)境惡化，居民投訴頻發(fā)。為避免上述問題而采用地埋式污水處理設施又存在投資運營成本過大等諸多挑戰(zhàn)，奧尼卡水處理公司以解決上述問題為己任，提出建立可與當?shù)鼐坝^融為一體的花園式污水廠理念——以自然生態(tài)的方式提供了高效的污水處理方法。跟其它方式相比更加節(jié)約用地，減少能耗，控制氣味并與現(xiàn)代都市生活和諧相融。奧尼卡已在全球已建立運行了近80家污水處理廠，充分證明了該技術的突破性優(yōu)勢。
奧尼卡技術
在過去20年里，奧尼卡水處理公司成功開發(fā)出一套獨一無二的污水生物處理技術：FCR（Food-ChainReactor–食物鏈反應器），利用多種天然的和人工設計的載體介質為處理污水的各種微生物群落提供穩(wěn)定生活環(huán)境。奧尼卡FCR是在IFAS（IntegratedFixedBedActivatedSludge）綜合固定膜活性污泥技術基礎上發(fā)展出來的最新技術，占地更少，能耗更低。該工藝包括了預處理、生物處理、固液分離等工藝段，根據(jù)出水要求標準不同可加設深度處理。所有工藝段都布置在一個緊湊的單一結構體里，可實現(xiàn)良好的氣味控制。
跟傳統(tǒng)的生物處理技術例如活性污泥法或者MBBR不同，奧尼卡技術創(chuàng)造的微生物膜種群數(shù)量和多樣性都更高，可達3000多種。穩(wěn)定豐富生態(tài)環(huán)境使得生物膜的形成更具穩(wěn)固性，提高了營養(yǎng)物的去除效率。
完整的系統(tǒng)，包括了預處理、生物處理、固液分離和可供選擇的深度處理，把水質提高到回用標準。所有工藝段都可布置在一個設計緊湊而外形美觀的結構體內(nèi)。
封閉式設計
建材可以為玻璃、薄膜或者美觀的遮陽棚結構形成的溫室，目的都是區(qū)隔室內(nèi)外的環(huán)境。
預處理
基于進水水質，去除進水中的大型固體雜質。
串聯(lián)式反應器
一系列串聯(lián)式的反應器，讓流過的污水在不同的生態(tài)環(huán)境中得到最高效的凈化。
固液分離
生化池產(chǎn)生的低濃度TSS使得我們可以使用盤式過濾器代替占地巨大的二沉池完成懸浮固體的最終去除。
人造根系
人造根系是奧尼卡解決方案的基本單元。成千上萬種微生物在這個天然和人工合成的根系結構中形成優(yōu)質的生物膜，以低能耗高效率的方式凈化污水中的污染物。
水生植物
這些植物根系提供了理想的固定生物膜載體和微生物的多樣性，另外它們創(chuàng)造了獨一無二的美學觀感，形成了花園式污水處理廠，植物易于維護。
微孔曝氣
為生物系統(tǒng)提供先進的低能耗的氧氣供應。
最終處理
根據(jù)當?shù)胤ㄒ?guī)標準對出水進行進一步凈化和消毒。
獨一無二的觀感
與傳統(tǒng)污水廠的丑陋外形不同，奧尼卡的解決方案不僅無臭無味，而且外形美觀，大大改善了周圍的環(huán)境。其綠色環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的設計理念為選址靠近污染源提供了技術保障，也使污水回用變得經(jīng)濟可行。奧尼卡解決方案從規(guī)模和性能上都充滿靈活性，所以它也非常適合污水處理廠的升級改造工程。
奧尼卡帶來的利益
奧尼卡解決方案保證:
·更好的處理效果和出水水質，可達類地表四類；
·不會影響附近房地產(chǎn)的價值且環(huán)境友好；
·水廠外形美觀而且無臭無味;
·能耗更低，比活性污泥法降低電耗15%以上；
·占地小，比活性污泥法降低一半以上；
·運行成本更低，比活性污泥法降低10%以上；
奧尼卡解決方案從規(guī)模和性能上都充滿靈活性，所以它既適用于新建項目，也適用于污水廠的提標改造。
新華社：做必要之事，盡可能之事，成不可能之事。
Start by doing what's necessary, then what's possible, and eventually you can achieve the impossible.
