市政相关 案例：美国芝加哥的Stickney再生水厂[磷回收]

位于美国芝加哥的Stickney污水厂，是世界上最大的二级处理污水处理厂，当年面临升级改造，需要增设除磷工艺的时候，选择了生物除磷，并打造了世界上最大的磷回收工厂，成为全球污水资源回收的新标杆。在污水处理这行做探路先锋吃螃蟹未必是件美事。


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* a& e" P# b8 X' f3 S. }$ V芝加哥大区污水管理局(Metropolitan Water Reclamation District of Greater Chicago - MWRD)运行着可能是全国最出名也是规模最大的污水处理厂。Stickney再生水厂，位于芝加哥西南部的Cicero，是世界上最大的二级处理污水厂，同时也是美国探索污水资源回收的先锋代表。

. _. \  H/ j4 m4 z. v6 G/ ]" W* @带着这些名头，这座污水厂自然也就成了媒体头条的常客。最近他们又见报了，原因是他们在磷回收和保护下游水源方面取得的成就获得了WEF美国水环境联合会的“项目卓越大奖”。
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$ P0 h2 w& _! y关于Stickney污水厂如何成为当今世界最瞩目的资源回收项目之一的故事大家在网上随便找都能翻出一堆文章来。2016年的时候，它采用Ostara的磷回收技术，以及找来Black & Veatch做设计和建造的工作。如今Stickney污水厂的峰值处理能力529万m³，实际平均日处理量月270万m³ 。MWRD每年能回收生产7500吨的肥料，并以“Crystal Green”命名的品牌推向市场。


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Stickney污水厂生产的磷肥料
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尽管已经取得了这些成绩，MWRD并没有停下脚步，他们制定计划继续改善工艺效率。第一步就是使用Ostara的另一项叫WASSTRIP的技术。
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8 j% M/ |" s. c+ b" RWASSTRIP是Waste Activated Sludge Stripping to Recover Internal Phosphorus的英文缩写，顾名思义，就是要从剩余污泥中回收磷。“将WASSTRIP技术加入到整个营养回收系统后，MWRD可以减少生物除磷的污泥脱水设备的损坏度，”MWRD的发言人说，“这将减少聚合物在脱水工艺中的使用。WASSTRIP同时也能改善磷回收工艺的可靠度，回收率能翻倍。”
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WASSTRIP提高污泥脱水性能

" G* P/ z. H8 P  e5 U0 w经验总结
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$ `' X$ O; M4 j( R' M6 z% f在这个项目的进程中，MWRD也获得了一些关键的经验教训。这些经验不仅能够帮助芝加哥水务局在未来的项目中提供决策支持，同时也值得其他地区的水务局学习借鉴。


# ?7 k3 _2 p+ Q9 |0 v+ _经验一
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“MWRD选用设计-建造的方式交付项目。这对MWRD来说是一次新的尝试，这给了他们团队一次学习的机会，” MWRD的发言人说， “标准的Ostara反应器对Stickney污水厂来说太小了，所以Ostara团队不得不回到设计部，重新设计新的反应器以匹配Stickney污水厂的规模。”
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经验二
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MWRD在鸟粪石问题上也得到了不少学费。
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“鸟粪石在泵和输送管道里的积累也给我们提供了学习的机会，”他们的发言人说，“我们正在安装一个自动化的酸洗系统来保护泵机”
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2 K7 e5 g1 [. y/ f% u/ b  y鸟粪石是含有镁、铵和磷，可以通过回收成为肥料。解决了Stickney污水厂的鸟粪石问题，让MWRD看到了这工艺在更小规模的污水厂成功的可能性。
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“鸟粪石的去除理应具有规模化的能力，能适应最大的污水厂，也能用于最小的污水厂，”发言人补充道，“在污水厂原有占地基础上通过回收鸟粪石来除磷在技术和经济上都是可行的。如果仅实施强化生物除磷 (EBPR)而不包含鸟粪石回收的话，Stickney污水厂这个项目要多花7.5亿美元。包含鸟粪石回收的EBPR工艺不仅运行稳定，而且费用低很多，还能在其他地方得以复制。”

! E! r. Q$ i% E" G9 m) v+ F经验三

6 L5 K4 C9 \& D1 G最后，MWRD正着眼于2023年实现完全能源中和的雄伟目标。目前他们正在升级初沉池，并且在寻找新的技术提高运行效率。另外他们也正在为其回用水寻找工业客户。

( j7 D- y# g& U# K) e  g% F“Stickney 再生水厂一直在开发和完善一套稳健的资源回收模型，综合利用回收的能源、水、污泥、磷和其他营养物。” 发言人最后说道，“我们正在评估Stickney污水厂厌氧消化罐的处理潜力，我们考虑接收外来的餐厨和其他食物有机质，最终帮助我们实现能量中和的目标。”

尽管MWRD的Stickney污水厂已经获得了美国全国的认同以及行业的称赞，他们仍在不断寻找进步的空间。这些经验除了能帮助美国的污水厂管理人员，也许对中国的污水厂管理者也有所启发。

鸟粪石法原理
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4 L* J4 ~8 t! m3 D% f9 y1 K鸟粪石学名为磷酸铵镁（MgNH4PO4·6H2O），英文简称MAP，白色粉末无机晶体矿物，相对密度1.71。废水处理中的鸟粪石沉淀法就是将镁离子加入到含有磷酸盐和氨氮的污水中，反应生成难溶的鸟粪石沉淀，以实现废水脱氮除磷的方法。与传统活性污泥法相比，可以减少约49%的污泥体积，而且对实现氨氮资源回收具有重大意义。
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- O5 ~7 f! s4 f# Z& C在水溶液中，鸟粪石的形成过程可以用以下三个化学方程式来描述：
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; W" [& }& W& d8 j7 [鸟粪石的形成受水溶液pH值的影响很大，当溶液中Mg2 、NH4 、PO43-的活度积大于鸟粪石的溶度积时（鸟粪石的溶度积常数为3.89×10-10~7.08×10-14），会自发沉淀生成鸟粪石。
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