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生物脱氮除磷之父James Barnard亲自讲解BNR技术的最新进展 IWA国际水协会 James Barnard博士是2007年美国Clarke水奖和2011年新加坡李光耀水奖的获得者。自从2

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-04-26  浏览次数:121
核心提示:生物脱氮除磷之父James Barnard亲自讲解BNR技术的最新进展 原创 2018-04-26 IWA国际水协会 James Barnard博士是2007年美国Clarke水奖和2011年新加坡李光耀水奖的获得者。自从20世纪70年代就开始从事污水处理的研究,Barnard博士一直参与全球各地再生水厂的设计顾问工作,在探索BNR的道路上始终没有停止前进的步伐。其研发的营养物去除工艺在世界很多污水厂得到了应用,被誉为生物法脱氮除磷之父。
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中国给水排水2020年中国污水处理厂提标改造(污水处理提质增效)高级研讨会
 

生物脱氮除磷之父James Barnard亲自讲解BNR技术的最新进展

  IWA国际水协会

James Barnard博士是2007年美国Clarke水奖和2011年新加坡李光耀水奖的获得者。自从20世纪70年代就开始从事污水处理的研究,Barnard博士一直参与全球各地再生水厂的设计顾问工作,在探索BNR的道路上始终没有停止前进的步伐。其研发的营养物去除工艺在世界很多污水厂得到了应用,被誉为生物法脱氮除磷之父

“随着人们对污水处理生化原理理解的加深,我们完全可以设计出可靠的系统实现高标准出水:通过生物脱氮使出水TN达到小于3mg/L的标准,生物除磷可以达到出水正磷酸盐小于0.1mg/L,与化学除磷结合则可以低至0.01mg/L。”--- James Barnard

尽管已经年过八旬,Barnard博士目前依然精力充沛地工作着,他的身影经常能在各大水处理国际大会上看到。2017年6月,总部位于美国丹佛的水研究基金会(Water Research Foundation)(随后在2017年10月宣布与美国水环境研究基金WERF合并)主办了一个区域研讨会,总结了污水处理生物营养物去除(BNR)领域的最新进展。整个研讨会由著名的咨询公司Black & Veatch公司全球技术实践领袖James Barnard博士主讲。本期微信我们将和大家分享Barnard博士原汁原味的报告视频。

 

生物脱氮除磷之父

在上世纪70年代,Barnard博士构想用天然的微生物方法实现污水的脱氮除磷,以解决当时南非和干旱的纳米比亚的水质问题,并因此开创了著名的BNR工艺技术。Barnard博士最初只是想当个结构工程师,但由于参与了约翰内斯堡附近的一个污水厂项目,这位生于南非的年轻人决定全身心地投入到污水处理事业中。

在20世纪中期BNR面世之前,污水处理厂已经能成功运用生物方法去除有机污染物、氨氮、悬浮固体和病原体。但氮磷等营养物仍然只能使用化学品去除,但这会导致富营养化等问题,对水体生态造成不利影响。在美国德州大学奥斯丁分校和田纳西州的Vanderbilt University修得环境工程和水资源的硕士和博士学位后,Barnard博士回到他的家乡南非。因为水华爆发,供水短缺和水质不佳已经是当地严重的问题。传统的化学处理方法成本高昂且产生大量仍需后续处理的污泥。作为比勒陀利亚国家水研究所的首席高级研究员,Barnard博士开始考虑如何利用微生物的生物学方法脱氮除磷。

▲ 促使BNR工艺诞生的驱动因素 

到1972年,他已经开发出了一种四段式脱氮工艺,去除率高达92%,而且不用添加化学品。然后在接下来的短短三个月内,他又说服约翰内斯堡政府将他的新脱氮工艺应用于新建的Goudkoppies污水厂的设计中。 两年后的1974年,Barnard博士又开发了最早的强化生物除磷工艺(EBPR)

通过不断的研究和验证,包括小规模实验和大规模的全尺寸项目,Barnard博士最终发明了能同步脱氮除磷的工艺,也就是为人所熟知的BNR工艺。 在过去的40年里,他将BNR技术不断调整改良,以适应世界各地不同的气候、环境限制和基建条件。这使得BNR工艺得到全球性推广普及,案例遍布美国、欧洲、加拿大、澳大利亚、新西兰、中国、巴西等世界各地的数千座污水处理厂。BNR被广泛认为是近代污水处理最重要的创新之一。

其实早在2006年美国国际水处理技术展览会(WEFTEC)上,Barnard博士就发表过一篇题为《Biological nutrient removal: Where we have been, where we are going ?》的综述论文。在之后的十几年里,污水处理行业取得了日新月异的发展,包括了厌氧颗粒污泥技术在全球的普及,以及包括厌氧氨氧化、好氧颗粒污泥等新工艺的面世。Barnard博士这次在丹佛研讨会上的BNR综述报告也将这些“新事物”纳入在内,他的演讲不仅是一次对BNR知识精华的提炼总结,也涵盖了厌氧氨氧化、好氧颗粒污泥以及新兴污染物的生物处理等新技术。

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活性污泥

Barnard博士综述了活性污泥和BNR的理论基础,包括了HRT、SRT、硝化和反硝化等概念。

▲ BNR工艺的可以有很多具体实现形式

生物除磷 

Barnard博士描述了化学除磷的缺点,继而引出生物除磷的概念,并介绍生物除磷策略的历史演变。他还提到因为Tetrasphaera属菌也摄取磷,因此在更深的厌氧条件下除磷效果可以得到强化。污水收集系统里的发酵程度各不相同,视乎具体地区的气候。许多污水处理厂已经尝试了厂内就地发酵的策略。

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MBR膜生物反应器

MBR膜生物反应器在BNR领域的应用是污水处理界近些年的重要创新。MBR将膜技术整合到活性污泥工艺中,可以实现更优质的出水。

磷回收

磷是有限的资源,对其进行回收非常重要。Barnard博士举例提到了加拿大Ostara公司通过WASSTRIP以及鸟粪石沉淀技术☜ 击链接查看相关往期推送)等方法可以实现完整的磷回收。

▲ 通过鸟粪石沉淀技术回收磷 

颗粒活性污泥

正常的活性污泥工艺操作会形成“蓬松”的絮状物。颗粒活性污泥工艺则形成颗粒状絮凝物,其沉降性能更好,并可以增强除磷效率。

厌氧氨氧化

Anammox菌可将氨氮和亚硝酸氮结合转化为氮气。这个工艺过程节省了能源,而且占地面积更小。

▲ 厌氧氨氧化工艺与传统工艺对比截图 

新兴污染物的生物处理

污水中常见的许多致癌物、个人护理品和药物等可以通过生物方法得到处理。SRT是这些化合物降解的关键操作参数。

 

BNR的未来

Barnard博士在接受WERF美国水环境研究基金时采访曾经说过,随着人们对污水处理生化原理理解的加深我们完全可以设计出可靠的系统实现高标准出水:通过生物脱氮使出水TN达到小于3mg/L的标准,生物除磷可以达到出水正磷酸盐小于0.1mg/L,与化学除磷结合则可以低至0.01mg/L。

在固有的占地更小、效率更高的优点基础上,Barnard博士认为膜辅助的BNR污水厂还将从大量膜性能优化研究中获益。因为膜的固液分离性能优异。

Barnard博士将磷比作“生命的电池”。世界磷储量的有限性使得磷肥价格一涨再涨,对此他表示了担忧。他认为BNR工艺有助于扭转磷供应衰减危机,因为磷回收是BNR工艺的副产品,在生物工艺中吸收的磷和镁可以通过鸟粪石的形式转化成优质肥料。

最让他兴奋的是,随着我们对微生物世界认识的加深以及新微生物的发现(例如anammox菌),我们能够更好地利用自然来改善我们居住的环境。

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