各位水友们好~这是我给大家带来的国外污水厂系列的第14篇,今天想给大家说说全球最大的氧化沟污水厂——德国巴斯夫(BASF)污水厂。

 
文章将围绕3个问题展开:
 
1. 为什么要建立这样一座污水厂?

2. 巴斯夫污水厂是怎么处理污水的?

3. 巴斯夫污水厂的处理效果如何?

话不多说,下面就直接开始正文部分啦▼


01  
为什么要建立这样一座污水厂?

其实说起巴斯夫这个名字,一些水友就不会陌生了:这不是全球知名的化工公司吗?
 
没错,巴斯夫污水厂正是由巴斯夫集团运营的,坐落于德国路德维希港,旁边就是全球工厂面积最大的化学品生产基地。

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巴斯夫路德维希港生产基地
 
如果水友们对巴斯夫集团陌生,那么说到莱茵河大家应该就明白了吧~巴斯夫化工基地正是坐落在莱茵河畔。
 
于是,一面是高浓度的工业废水,一面是需要受保护的莱茵河,巴斯夫污水厂就诞生了。
 
该厂在1974年12月开始运营,是全球最大的氧化沟污水厂(日处理量超过60万立方米),除了负责净化巴斯夫每年约一亿立方米的生产之外,该厂还负责净化路德维希港市、弗兰肯塔尔市以及波本海姆-罗克斯海姆市的3000万立方米的废水(服务约300万户家庭)。

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巴斯夫污水厂全景
 
值得一提的是,为了保护莱茵河(环保指标不断严格),巴斯夫污水厂自运行以来就在不断改进和升级,水处理效率不断提高,这使巴斯夫将其进入莱茵河的年度氮处理量从3500吨(2001年)大幅减少至593吨(2013年),有机物的排放量在在2002年基础上减少80%,重金属排放量减少60%。
 
此外,该工厂每年还可处理超过40万吨的污水污泥,这些污水污泥被输送到污水污泥焚化炉进行焚烧,产生的蒸汽用于发电并存储在区域供热网络中。
 
这些污水污泥的其中约一半来自巴斯夫,另一半则来自于该工厂附近的市政和工业污水污泥。


02  
巴斯夫污水厂是怎么处理污水的?

在了解巴斯夫污水厂的建立原因后,我们就要进一步了解它到底是怎么处理污水的。
 
前文中我们提过,巴斯夫污水厂的进水来自于化工废水和生活污水两方面,所以进水非常不稳定,工厂为此设置了多种测量设备控制污水处理厂的进出水流。
 
如果水量过大,或水中存在有毒物质而对污水厂造成危险,这部分污水将被排入安全池,必要时将进行活性炭处理,净化完成后才通过污水厂处理后排入莱茵河。
 
下图为巴斯夫污水厂的处理流程图。

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巴斯夫污水厂处理流程图
 
从图中我们可以看到,污水进入水厂后,首先进入中和池中和,然后通过预处理和一级处理中去除固体污染物。
 
接着,污水进入氧化沟与活性污泥接触,通过空气和纯氧进行曝气,污水中的污染物被微生物分解或吸附到污泥表面,摄取大量氧气也能使硝化细菌生长,这些细菌将氨氮氧化成硝酸盐,而硝酸盐也在进一步的步骤中被消除。
 
接着,污水进入沉淀池中,活性污泥从纯化的污水中沉淀出来,干净的水被排放到莱茵河中,活性污泥在处理过程中再循环。
 
剩余污泥被分离出来,经过浓缩、脱水后在处理厂自己的活性污泥焚烧炉中处置,最后通过热电联产设备从焚烧过程中获得电力和热量。

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巴斯夫污水厂平面图
 
上图为巴斯夫污水厂的设施平面图,可以帮助大家直观的看到污水厂的设计,在了解了该厂的大致流程后,我们就来一一了解其中的细节吧~
 
预处理
由于巴斯夫的污水水源一部分是高浓度化工废水(含高浓度硫化氢),所以预处理中的第一步是在中和池中采用熟石灰中和污水厂,然后通过泵站输送至格栅间。与大多数污水厂相同,预处理的目的主要是为了去除大颗粒污染物,比如沙子、砾石和岩石,都可以很容易地从原始废水中收集并处理,而较轻的颗粒和有机物则需要通过初沉池去除。

初沉池
巴斯夫污水厂设有4个初沉池,污水在这里停留约20分钟,在这期间,水中较大的颗粒会沉到底部,而油脂和油会浮到表面,然后分别被撇去。沉淀在底部的颗粒经过分离后会被转移到污泥收集井,形成“粗污泥”,和污水一起继续进入氧化沟进行生化处理阶段。

氧化沟
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巴斯夫污水厂作为全球最大的氧化沟污水厂,一共设有5个氧化沟(一体化氧化沟),总容积为30万立方米,日处理量达60万立方米/天。

水会在该池中兜圈圈,池子的中心为好氧区(约有110个曝气装置,总输出功率为15,000千瓦),在这里微生物可以将有机杂质转化为内源性物质(水和二氧化碳)。

同时,硝化细菌也在好氧区迅速生长,将污水中的氨氮氧化成硝酸盐。外侧池即为缺氧/厌氧区,微生物能够在这里进一步水解酸化。

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巴斯夫污水厂氧化沟运行参数

污水在氧化沟停留的时间约为12-18小时,流出的水将进入二沉池进一步处理。

为了使气味的滋扰降至最低,巴斯夫的氧化沟均配有Palatal?盖板。

二沉池
这是二级处理的最后一步,与初沉池原理相同,通过重力作用,较重的颗粒沉降到沉淀池的底部,以便从污水中去除。

从水中分离的活性污泥固体沉降到底部,然后被转移到污泥收集井中循环利用(返回到活性污泥系统中),以保持微生物数量和有机物的消化速率。
 
三级处理(可选)
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巴斯夫污水厂的三级处理设施包括化学处理和物理处理(化学沉淀、过滤和消毒),主要目的是为了消除二级处理中无法去除或残留的元素,如磷、硝酸盐和某些化合物(如病原体、杀虫剂、金属和洗涤剂)。其目的是提高水在注入环境或重复使用前的质量。

污泥处理
从沉淀池中收集污泥的处理过程是与水处理一起进行的,污泥需要在浓缩和脱水之前被消化以产生沼气。经过浓缩和脱水后的污泥被送至压滤机,在这里将污泥中的水进一步去除。

然后将所得滤饼送至2个流化床焚烧炉中(在850-1000摄氏度之间燃烧),焚化过程中释放的能量用于在锅炉中产生蒸汽。然后,将这些蒸汽用于涡轮机中以发电,并为路德维希港(Ludwigshafen)的Pfingstweide地区提供区域供暖。

硫化氢问题
由于污水的来源大多是化工废水,含硫量较高,困扰硫化氢问题一直是困扰巴斯夫污水厂的问题之一。这种物质是由细菌释放出来的,进入污水中可能会产生许多问题:它会引起头痛、眼睛不适,并腐蚀金属和混凝土结构。
 
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 硫化氢的形成过程
 
从上图中我们不难发现,通过管道的水含有硫化物,细菌会将其转化为硫化氢,接着,一旦生物酸硫化氢到达表面,就会转化为硫酸(通过硫杆菌,一种存在于污水中的好氧细菌),pH值可低至2,在某些条件下甚至可低至0.5。在这种情况下,混凝土和金属结构将暴露在严重的腐蚀,如果不采取保护措施,每年会使建筑厚度减少6 - 12毫米。

对于污泥来说,如果含硫量过大,又或者防水和保护膜有任何缺陷,那么污泥处理过程中就会产生一种气体混合物(被硫化氢污染的甲烷和二氧化碳)。

不过巴斯夫作为全球大型化工公司,在这一点上也将自己的优势发挥到了极致。他们在废水处理的每一步都使用特定防水或保护膜,以帮助处理设备适应进水的特定化学和机械侵蚀性。


03  
巴斯夫污水厂的处理效果如何?

说到这里,想必水友们都很着急想知道巴斯夫污水厂的污水处理效果到底如何,我也不和大家卖关子了。

巴斯夫污水厂的进水TOC含量在300 ~ 400 mg/l之间(平均值),BOD约为400 ~ 500 mg/l,COD含量为900 ~ 1100 mg/l。

污水厂对BOD的去除率约为98%, TOC和COD去除率约为88%。

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巴斯夫污水厂进、出水参数表

从表中我们不难发现,巴斯夫对于氮排放量非常严格(不过看完这表,我不由想吐槽一下他们的出水COD......),这主要是由于在1989年以前,每天约有50-60吨氨氮从路德维希港排放到莱茵河,可以说莱茵河总氨负荷的6%是巴斯夫造成的,这是从任何单一地点排入莱茵河的氮量最大的。

所以自20世纪80年代中期以来,巴斯夫一直在努力减少莱茵河的氮负荷,1990年以来,巴斯夫总共投资了超过2亿欧元用于路德维希港的脱氮工艺(包括氧化沟,硝化池,蒸汽汽提或蒸馏从铵含量为5%的废水中回收铵,从废水中回收的铵以25%水溶液或(经压力蒸馏后)纯液氨的形式存在,在生产过程中作为原料重复使用)。

如今,流入莱茵河的氨氮排放水平从每天约60吨减少到每天约0.6吨,减少了99%。

在满足欧盟水环境标准的基础上,巴斯夫污水厂还不断的向优化处理过程和环境友好方向努力,以减小对莱茵河造成污染。
巴斯夫化工园区2005年的需水量为13.69亿立方米,其中98%来自莱茵河,但这些水大部分在使用过程中用密封管道保存(生产过程中的冷却水),并被无污染地排放回莱茵河。

此外,通过端管技术从污水处理过程中尽量减少二次污染也是巴斯夫的一个特色。

举例来说,空气污染的一个实质问题源于能源的产生,这就使得更经济地使用能源变得尤为重要。在巴斯夫,每年所需的1670万吨蒸汽中只有三分之一是由煤、石油或天然气的矿物来源生产的(20年前为三分之二),其余的则是再生的废热或垃圾焚烧产生的热量。

另一个例子是,巴斯夫通过避免产生废物的情况下提高生产能力。自21世纪以来,巴斯夫化工园区的产量增长了近60%,但同期废水污染下降了93%,大气排放下降了75%。


04  
总结

巴斯夫污水厂作为全球最大的氧化沟污水厂,每天能够处理约60万吨废水,其中大部分还是来自化工厂的工业废水,却能够保证氨氮的排放量约为1mg/L,我总结了该厂的两个最大的特点:

1. 采用高效的工艺和优化的废水处理流程。

其实巴斯夫在处理污水的过程中并没有采用多么先进的技术,最多是发挥特长采用自己研发的一些药剂,所以成功的关键在于通过在生产-处理过程(预防、减少和再利用)中使用工艺集成技术、分散化废水预处理工艺和污水厂的综合水处理来实现的。

简单的来说,巴斯夫并不是仅仅通过一个氧化沟或是一个硝化作用来降低氮的含量,如果没有分散的处理过程,几乎是不可能达标排放的。

2. 用未来的视角审视水处理过程,不断追求更好的工艺和产品。

巴斯夫在达到废水排放标准后,并没有停止追求更好发工艺和产品,不断对工艺进行改造,采用新的药剂和处理设备表面涂层。

这与该集团甚至是德国乃至欧洲的水处理理念是分不开的。

只有不断促进研究产品和工艺的发展,才能做水处理技术的引跑者。