自上世紀90年代可持續污水處理技術理念率先在荷蘭提出后，節能降耗、資/能源回收便已成為污水處理工藝研發的目標，因此在荷蘭出現不少革命性的工藝，如，反硝化除磷/側流磷回收、厭氧氨氧化、好氧顆粒污泥等等。荷蘭水研究基金會（stowa）更是早在2008年便制定出以資源、能源回收為目標的未來污水處理新框架（news），將以往僅關注污水再生（中水）的資源回收做法蛻變為以磷回收和能源轉化為主題的新理念，由此提出未來污水處理news框架。在目前國內“雙碳”目標下，荷蘭理念和做法值得回味。為此，公眾號本期開始將7年前發表文章介紹過的news概念以及歐美在碳中和污水處理方面的實踐以“挖箱底”方式饗食給大家。

 

01 news框架與意義

 

news是英文nutrient(營養物)+energy(能源)+water（水）factories(工廠)詞組的縮寫，表示可持續理念之下的污水處理廠其實是營養物、能源和再生水三位一體的生產工廠，概括如下圖。在news框架下，污水中幾乎沒有傳統意義上的廢物: ①有機物為能量的載體，轉化后可用于彌補運行能耗，實現碳中和運行目的；污水本身所含熱量亦可通過水源熱泵轉換出大量熱/冷能，不僅可貢獻于碳中和運行，還能向社會輸出熱/冷量。②污水中的營養物質，特別是磷，在處理過程中可有效回收，以最大限度延緩磷資源的匱乏速度。③有機物及營養物回收完成后，也即完成了傳統污水處理的主要目標，水也即得到凈化而成為可以回用的中水。在news理念下，“主產品”為有機物、營養物及能源，而中水不過是“副產品”。此外，污水中的無機砂礫、纖維素一類的難降解物質、污泥中的重金屬、污泥中的pha、eps等亦可列入回收清單。

02 news技術路線圖

 

荷蘭stowa早在2008年便制定出到2030年污水處理廠要實現news框架目標計劃。但是全荷蘭350座污水處理廠之中，它們并沒有一窩蜂地都去選擇news框架下的概念廠，而是因地制宜地選擇適合自己的可行技術。

 

荷蘭將污水處理工藝步驟分為如圖2所示的6個過程，每一工藝步驟背后均有許多可選擇、研發中的技術予以支持。2030年前一些技術將壽終正寢，而一些新技術也將涌現。

03 news框架下的概念工廠

 

荷蘭專家提出了幾個具有代表性、亦能引領2030年news框架目標的營養物回收、能量回收、再生水概念工藝，如下圖。營養物工廠、能源工廠和再生水工廠的框架已經形成，未來要做的不是將污水處理廠改造為單一的營養物、能源或再生水廠，而是要盡可能更多地發掘污水資源/能源化潛力，在同一污水廠實現營養物、能源和再生水三位一體的生產工廠（news）。

 

未來16年，將按news技術路線圖逐步形成實體news工藝。在實踐news過程中，最應該明確的應該是處理水是直排還是回用。最佳的news工藝應該是因地制宜的工藝，同時news工藝應朝模塊化方向進行發展，使得各個模塊能夠單獨進行升級改造。news能夠成為現實的根本條件在于其產品——營養物、能源和再生水可否成為下游企業愿意接受的產品。這就需要管理技術人員在技術研發的同時也要積極尋求產品的潛在市場。

04 news實踐與案例

 

營養工廠

 

geestmerambacht污水處理廠已開始在側流中采用結晶反應器從剩余污泥中回收顆粒狀磷酸鈣，用于磷酸鹽工業原料。steenderen污水處理廠處理來自于土豆加工廠廢水和當地市政污水。該廠以投加mgo方式生產鳥糞石，并實現污泥減量。在荷蘭南部snb地區，污水處理廠污泥采用焚燒處理（400000 t/a）,磷酸鹽（po43-）被濃縮后殘留于灰燼中，其含量可達80 gp/kg灰分。從污泥灰燼中回收磷，可生產po43-達3100 tp/a,并被銷售至磷酸鹽工業。deventer污水廠采用bcfs工藝，該工藝厭氧池側流上清液中含有高濃度的po43-（30~50 mgp/l），可使用化學結晶方法投加金屬鹽予以分離、回收。

 

能源工廠

 

2015年建成12個能源工廠。在此方面，荷蘭已經取得一些積極成果，一些污水處理廠利用污泥厭氧消化產ch4，ch4熱電聯產（chp）發電/產熱反哺污水處理廠運行或供應社會。dokhaven 污水處理廠主流工藝采用ab法，a、b兩段剩余污泥以不同脫水方式脫水再進入后續消化池厭氧消化產ch4，并用于chp發電和產熱：電用于污水處理廠運行，余熱用于消化系統加熱和冬季辦公室取暖等。apeldoorn污水處理廠引入厭氧共消化技術同步處理剩余污泥和廚余垃圾，同時對污泥厭氧消化液采用側流自養脫氮（demon）工藝處理，以減少碳源消耗，增加更多剩余污泥量供厭氧消化轉化沼氣后用于chp發電。garmerwolde污水處理廠采用ab法中的a段將cod作為污泥（生物吸附）分離，并利用2個連續厭氧消化池處理這些污泥以及臨近的污水處理廠的剩余污泥。消化污泥脫水上清液采用節能型中溫亞硝化sharon工藝處理，沼氣chp發電可以滿足60%~70%的運行能耗，余熱則用于加熱消化池。阿姆斯特丹西區（amsterdamwest）污水處理廠目前是荷蘭最大的污水處理廠之一，該廠采用傳統污泥消化工藝。沼氣和消化后污泥送至附近垃圾焚燒廠使用和最終處置并生產能量。

 

再生水廠

 

在再生水回用方面，荷蘭terneuzen污水處理廠中興建了膜生物反應器，并用其出水生產工業用去礦物質水。emmen污水處理廠出水升級至鍋爐用水標準。kaatsheuvel污水處理廠將出水作為再生水，用于附近埃夫特林游樂園池塘補充水。1999年，aa ＆ maas 水務局在land vancuijk污水廠引入蘆葦濕地系統，以生產更接近于天然水的出水。

 

綜合應用案例

 

news發展的終極目標是在同一污水處理廠內實現營養物、能源和水三位一體生產。vallei ＆ eem 水務局計劃以amersfoort污水處理廠為案例，探求新技術與新工藝，以使污水廠至少能達到能量自給自足的水平。具體目標是2014年amersfoort污水廠將以能量工廠方式運行，除能量回收外，營養物（n、p）也予以回收利用。同時vallei＆eem水務局與荷蘭應用水研究基金會（stowa）已開始執行omzet－amersfoort合作計劃（2011——2016），這一計劃主要在amersfoort污水廠中實施，將其轉化為能源與資源回收工廠。其預期結果見下表。

05 結語

 

視污水為資源與能源載體的認識轉變使荷蘭自20 世紀末起對污水處理目標追求不僅是滿足單一出水標準的需要，完全明確了污水處理的首要目標不是“去除”而是“回收”。

 

news框架便是對這一理念的高度的概括。但news 框架的建立也并不預示著既有污水處理設施被推倒重來，也沒有平地新建示范廠的打算，而是強調既有污水廠根據自身情況、因地制宜地向著 news 框架的部分或全部逐漸逼近。

 

來源：北極星水處理網