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江南,德国污水处理应如何更好地去除污染物以及进行磷回收？ 从污泥中回收磷
时间：2023-11-28
焦点提醒：德国污水处置应若何更好地去除污染物和进行磷收受接管？ 从污泥中收受接管磷 
德国的污水处置今朝仍以去除无机物和养分物为首要目标。自21世纪始，若何高效并可延续操纵资本与能源，若何削减温室气体排放、减缓全球变暖等问题变得愈来愈主要。跟着年夜情况款式的日趋转变，污水处置也将面对着亟待处理以往问题和顺应将来成长的火急需求。德国的污水处置正在迎来新的挑战。本文将切磋德国在面对新挑战时，若何更好地去除污染物和进行磷收受接管等。
磷收受接管
磷元素是污水中最主要的养分物。地球上的磷矿资本很是无限而且不成再生。到本世纪末，磷矿行将被耗损殆尽。所以，若何操纵“二手”磷将变得更加主要，而污水中刚好还年夜量的磷元素。在没有除磷工艺的活性污泥法中，年夜约40%的磷元素保存在污泥中，60%将随出水排走。假如经由过程化学法或生物法对污水进行除磷，将有90%的磷元素被贮存在污泥中。假如污泥经处置后用在农业，污泥中的磷元素将是很好的肥料。
可是现实上农业利用具有很是严酷的限制要求，由于污泥中会含有重金属与其他无机物。磷能够从以下物资中被提取：——出水；——消化污泥；——污泥回流液；——脱水污泥；——污泥燃烧后的灰分。
表4论述了以上四种物资中可收受接管的磷的浓度和收受接管率。假如污水处置工艺没有生物或化学除磷环节，出水中磷的收受接管率将高达55%，只要采取了生物或化学除磷工艺，才会在污泥或污泥回流液中获得较高的磷收受接管率。在曩昔的十年里，德国进行了年夜量关在磷收受接管的研究。但是，要想从污水中去除磷，就必需对所有的污水进行处置，这也就是为何迄今为止这项手艺还没有获得普遍利用。比拟之下，污泥、污泥回流液的体量就会小良多，而污泥灰分的体量是最小的。这也就是为何有这么多研究都将重点放在了污泥和污泥灰分上，由于它们是手艺可行性最高的。
从污泥中收受接管磷
因为费用昂扬的缘由，在德国，截止到2011年只要吉夫霍恩有一座污水处置厂采取了较年夜范围的磷收受接管工艺。该水厂的处置能力是50000PE。在吉夫霍恩，“SeaborneProcess”被用来进行消化污泥处置，这个手艺分为三个步调：——酸浸泡；——去除重金属；——沉淀。
在酸浸泡阶段，消化污泥与H2SO4相夹杂，用以下降pH。此时，重金属和磷酸盐就会被消融。在此进程中，能够插手氧化剂。两小时今后，离心计心情便可以将非消融态物资分手出来。
被分手出的含有消融态磷酸盐、氮和重金属的液相将进入重金属去除阶段。这个进程中，需插手Na2S，重金属便会以硫化物的情势沉淀析出。
接下来而且是最主要的步调，就是插手氢氧化镁，沉淀的磷酸盐将构成鸟粪石，鸟粪石是一种很是好的肥料。鸟粪石或硫酸铵镁(MgNH4PO4×6H2O)中的Mg2+,NH4+和PO43-的含量比例是1:1:1，它也被称作MAP，构成进程见以下方程式：
HPO42-+NH4++Mg2++OH-+6H2O→MgNH4PO4×6H2O
在吉夫霍恩，该水厂的总投资是700万欧元，而日常平凡的产出年夜约是1.3吨的N-P肥料。至今为止，其本钱投入依然是报答资金的好几倍。
从污泥灰分中收受接管磷
只要当污泥只颠末燃烧一道工序时，磷收受接管才会有必然的意义。不然的话，磷的含量会很是低。在德国，年夜约有20%的污泥将会被用来零丁燃烧，燃烧会将污水中的磷浓缩并转移至污泥灰分中。污泥灰分会分化为无机物，包罗一些潜伏的毒性无机物。是以，灰分中的磷不再适合用在植被肥料等。污泥灰分包罗年夜约17%的P2O5。按照原水性质分歧，污泥灰分将有可能含有分歧的重金属。这也就是为何灰分在用在农业出产之前必需颠末恰当处置的缘由。
迄今为止，德国只要一座小范围污水处置实验厂在尝试此手艺，这座水厂属在欧盟SUSAN项目（SustainableandSafeRe-U搜索引擎优化fMunicipalSewageSludgeforNutrientRecovery）。此手艺是将污泥灰分与含氯物资（e.g.,MgCl2）掺混在一路，放入炉中加热至850C℃-1000℃。此时，挥发性重金属氯化物将会以气态情势挥发至年夜气，同时，新的矿物资将会构成，而且磷的生物操纵率将会增添。
微污染物去除
愈来愈多的无机微污染物在河道、湖泊，乃至地下水中，都已被检出，这些微污染物包罗农药残留、激素等。污水处置厂的出水中含有这些物资，是由于此刻的污水厂工艺中，都还没有触及处置此类物资的去除工艺。即使如斯，此刻的污水处置厂经由过程活性污泥的吸附和生物降解或生物转移感化，也能去除相当一部门的微污染物。但是，残留的污染物包罗农药、激素和其他无机微污染物，固然浓度不高，但也有可能激发水生态系统的问题，乃至影响到供水系统。
在原水中，这些微污染物的浓度可达几百ug/L，在处置后的出水中，其浓度为10ug/L-100ug/L。今朝，还没有一部法令律例对出水中农药残留物的浓度有明白的划定。
下降地表水中无机微污染物含量的方式之一是在污水处置厂全体工艺中插手处置微污染物的手艺与工艺，这些手艺包罗：——臭氧氧化；——活性炭吸附；——膜过滤；
一般环境下，这些工艺该当放在污水厂全体工艺流程的最结尾，好比，置在二沉池以后。
臭氧氧化：臭氧是一种强氧化剂，很多无机物都能够被臭氧氧化。可是，利用臭氧的一个问题是无机物有时不克不及被臭氧完全矿化，而只是产生了一些形态转化，成果是有可能发生更加无害的物资。
活性炭吸附：活性炭具有庞大的内概况积（1000m2/g），而且能够吸附年夜量的消融态物资。活性炭吸附对去除微污染物而言，是一种很是行之有用的方式，对年夜部门微污染物，活性炭吸附去除比例乃至能够高达80%以上。在工艺上，活性炭能够以粉末的情势投加到水中（颗粒直径是10um~15um），或零丁设置一个填充有颗粒活性炭的活性炭柱（颗粒直径是1mm~3mm）。
假如采取投加粉末活性炭的体例，在全体工艺结尾要将粉末活性炭与水体进行分手。分手的方式能够经由过程沉淀（辅以絮凝）、砂滤或膜过滤，此中膜过滤需要更多的能量耗损。利用过的活性炭需要被燃烧，吸附在其上的无机物将被完全矿化。假如采取的颗粒活性炭柱的体例，污水在进入活性炭柱之前必需进行充实的预处置，特别是悬浮颗粒和铁必需被完全去除。活性炭柱里的颗粒活性炭能够再生并反复利用。
膜过滤：纳滤和反渗入膜对去除药物残留都很是有用。操作压力在5bars~40bars时，便可以从废水中提纯出纯水。在生物处置以后，出水凡是要进行预过滤（微滤）以防污染。膜元件需要进行化学清洗。产水/废水的比例凡是在75%~80%之间。也就是说，将有20%~25%的含有残留物的水需要进行进一步的处置。因为操作压力较高，能耗根基在1kWh/m3~2kWh/m3。
因为以上的这些问题，膜过滤还不太适合年夜范围利用。膜元件也能够在MBR中利用，MBR能够替换保守活性污泥法中的曝气反映池和二沉池。凡是环境下，超滤膜的工作压力是1bar以下。为了避免膜污染，必需采取更高压力的空气流对膜进行“冲刷”，这也就是为何膜过滤的能耗会高达1KWh/m3的缘由。在这类工艺中，药物残留的去除率会高在保守工艺的污水处置厂，可是并没有高良多。
经由过程以上附加的工艺段，水中的微污染物能够获得必然水平的削减，可是不克不及完全消弭。只要找到发生这些微污染物的化学品的替换品或削减对这些化学品的耗损才是完全处理问题的方式。
结语
我们能够经由过程工艺的优化来下降能量耗损。好比优化曝气、水泵等。能量发生一样能够经由过程工艺优化得以晋升，如污泥厌氧消化和热电联产等。经由过程以上这些方式，污水处置厂完全能够实现能量自给。假如脱氮采取厌氧氨氧化工艺，将会节流更多的能量。假如将厌氧氨氧化工艺利用在支流污水处置工艺����APP中，用其代替保守厌氧消化脱氮工艺，将会发生更多的可挥发性悬浮固体，从而增添厌氧污泥消化罐的产能，即发生更多的沼气。
削减二氧化碳等温室气体的排放能够经由过程优化能量均衡来得以实现。在活性污泥工艺中，温室气体甲烷其实不是最首要的。关在N2O的排放问题只要少许数据可供参考，该当增强对该范畴的研究。关在磷收受接管方面，截止到2011年只要德国的吉夫霍恩有较年夜的项目案例，它采取的是改进SeaborneProcess工艺来处置消化污泥。
德国的一个小型污水实验场在进行从污泥灰分平分离磷元素的实验。从污水中能够收受接管年夜量的磷元素，可是其本钱也要超出跨越报答好几倍。能够采纳其他污水处置工艺往来来往除水体中的微污染物，可是只能削减，不克不及肃除。只要找到发生这些微污染物的化学品的替换品或削减对这些化学品的耗损才是完全处理问题的方式。今天的德国仍然走在处理污水处置新问题与新挑战的路上。
