芝加哥打造世界最大的营养物质回收系统-Stickney污水厂磷回收项目
芝加哥大区污水管理局（Metropolitan Water Reclamation District of Greater Chicago, MWRD）的服务人口超过1千万人口。芝加哥作为世界级的大都市，对芝加哥河和周边水系的保护一直备受关注。近些年，大量的磷破坏了芝加哥地区的饮用水安全和水系生态平衡：在2014年，芝加哥附近的Toledo市居民曾因为蓝藻污染两天无法正常使用自来水；位于芝加哥下游的墨西哥湾形成了一个数千平方英里大的磷污染水域，那里蓝藻丛生，鱼类、乌龟、海豚等海洋生物都无法在那里继续生存。
▲ 磷对农业生产至关重要，几乎所有农作物的生长都离不开磷。但是，过量的磷进入水系统，将对水质和生态系统造成严重破坏
基于这种情况，芝加哥的污水处理也受到了联邦和州政府的重点监管，出水排放标准一直在不断提高，其中磷排放限值提升到了1.0mg/L。愈发严格的出水排放标准，加之MWRD的污水处理设备长期以来积累了大量鸟粪石形态的矿物质附着物，对管道和设备造成了破坏，MWRD决定对其管理的位于伊利诺伊州Cicero市的Stickney污水厂（Stickney Water Reclamation Plant）进行改造，建立新的磷管理系统以应对这些挑战。
Stickney污水厂目前每天最多能处理约529万立方米污水，每天的实际污水处理量约为270万立方米左右，人口当量约450万，服务区域包括芝加哥中心区和43个郊区社区的260平方英里面积。MWRD在2013年底与Ostara和Black&Veatch签订了合作协议，为Stickney 污水厂设计和建造营养物质回收系统（Resource Recovery System），以提升芝加哥饮用水水源的水质，保护当地的河流湖泊，并同时帮助污水厂提高资源利用率和降低投资运营成本。
Stickney污水厂磷回收项目总投资约3,100万美元，已于2016年5月24日正式投入使用，为目前世界上最大的营养物质回收系统。在Stickney污水厂营养物质回收系统改造项目中，Black&Vealch提供设计、采购和建造方面的服务。而Ostara在资源回收管理上的表现得到了MWRD的认可，将负责为污水厂提供营养回收系统的技术和设备支持，并且在项目完工后继续在系统运行和维护上提供帮助。该系统预计将帮助Stikney污水厂减少30%的磷排放，并且每年可以出产1万吨鸟粪石化肥，其每吨价格可达到400美元，除去项目成本，MWRD将得到每年200万美元的投资回报。
▲ 芝加哥大区污水管理局与Ostara公司及Black&Vealch合作，在Stickney污水厂建立了目前世界上最大的营养物质回收系统
负责营养物质回收系统技术支持的Ostara公司总部位于加拿大温哥华，其专注于帮助污水厂实现营养物质回收和资源的产品化。其营养物质管理方案能够使污水厂在处理污水的过程中有效回收磷氮等营养物质，并将其加工成为高效环保的生态化肥产品，使有可能破坏生态环境平衡的氮磷等营养物质进入健康可持续的生态循环之中。这种方式不但能帮助污水厂更好地达到排放标准，提高出水水质，同时也通过资源回收实现了减少能耗，降低运行和生产成本的目标。
▲ 通过营养物质回收系统使污水厂在处理污水的过程中有效回收磷氮等营养盐，减少了进入水体的氮磷，有效保障了的生态系统的健康可持续性。
Ostara的营养物质回收系统目前在北美、英国、荷兰等国家和地区的污水厂中使用。Ostara在2011年获得由世界经济论坛（WorldEconomic Forum）颁发的技术先锋奖（Technology Poineer），并曾连续四年入选全球cleantech公司100强。
▲ Ostara公司为Stickney污水厂营养物质回收系统提供技术支持
Ostara目前拥有多项专利技术，能够在经济可行的前提下帮助污水厂实现有效的营养物质回收和资源产品化。PEARL工艺是Ostara专门针对鸟粪石的综合性专利解决方案。通过在液化床反应器中控制化学结晶程度，使鸟粪石转化成高纯度的结镜颗粒。将氯化镁、氢氧化钠与蕴含丰富营养物质的进水相混合，混合液随之进入PEARL反应器，在这里将产生形如珍珠的鸟粪石小颗粒，当鸟粪石颗粒的直径到达0.9毫米-3毫米时就可以作为化肥生产标准。
PEARL工艺可以帮助污水厂取得高达85%的磷去除率，还能去除污泥脱水消化液中40%的氨氮负荷。同时，污水厂还实现了营养物质回收和资源产品化，其出产的化肥以Crystal Green品牌进入市场，收到了良好的用户认可。传统的化肥不同只有在经过灌溉或有水的情况下才会释放营养成分。但是，Ostara的Crystal Green牌化肥却可以直接根据植物根部的需求在整个生长季节稳定持续地释放磷、氮、镁等营养物质，同时防止因雨水冲刷等因素造成的营养物质流失，提高了有效地促进农作物生长和成熟。
▲ Ostara的营养物质回收系统实现了资源的回收和产品化，以其生产的鸟粪石化肥Crystal Clear品牌进入市场，得到了良好的用户反馈
Stickney污水厂营养物质回收项目中的另一项重要专利技术为WASSTRIP。该工艺能够使厌氧消化罐中污水里的磷直接释放出来，并直接进入PERAL反应器中参与磷回收反应，极大地提高了磷的总体回收率。鸟粪石经常会形成并附着在设备上，堵塞管道、阀门等设施，长期下来会严重影响污水厂设施的正常运行，因此污水厂常常会为清除鸟粪石垢和维护设备而花费大量资金。
WASSTRIP工艺能使污水中的磷绕开消化罐直接进入到PEARL反应器中，从而避免了鸟粪石附着堵塞消化罐设备。在应用WASSTRIP工艺后，消化罐中的鸟粪石形成率降低了90%，这对污水厂的稳定运行和成本控制是十分有利的。
同时，WASSTRIP工艺能提高脱水效率，减少了高达25%的污泥产量，大大降低了运输和处理污泥的成本。并且，WASSTRIP工艺还能降低污泥中的磷/氮比，使污泥更适合于土地施用。
著名的污水处理专家James Barnard是Stickney污水厂营养物质回收项目的咨询专家。James Barnard是李光耀水奖得主，被誉为营养物质生物去除法之父，其研发的营养物质去除工艺在全世界很多污水厂得到了应用。他表示，磷对农业生产至关重要，几乎所有农作物的生长都离不开磷。但是大量的磷却能能对水质和生态系统造成严重的负面影响。芝加哥Ostara营养物质回收项目通过建立新的营养物质回收系统，污水中的磷、氮等得以转化成化肥，以有利于环境的形态进入自然生态系统循环之中，保障了饮用水安全和流域健康；而磷化肥使污水中的资源得以产品化。芝加哥大区污水管理局的营养物质回收项目很好地展示了如何利用新技术将传统的污水厂转变成资源回收中心，并且对下游的密西西比河和墨西哥湾产生环境正效益。