污水處理廠=資/能源工廠：荷蘭早期實(shí)踐

全康環(huán)保:自上世紀(jì)90年代可持續(xù)污水處理技術(shù)理念率先在荷蘭提出后，節(jié)能降耗、資/能源回收便已成為污水處理工藝研發(fā)的目標(biāo)，因此在荷蘭出現(xiàn)不少革命性的工藝，如，反硝化除磷/側(cè)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(huì)（STOWA）更是早在2008年便制定出以資源、能源回收為目標(biāo)的未來(lái)污水處理新框架（NEWs），將以往僅關(guān)注污水再生（中水）的資源回收做法蛻變?yōu)橐粤谆厥蘸湍茉崔D(zhuǎn)化為主題的新理念，由此提出未來(lái)污水處理NEWs框架。在目前國(guó)內(nèi)“雙碳”目標(biāo)下，荷蘭理念和做法值得回味。為此，公眾號(hào)本期開始將7年前發(fā)表文章介紹過(guò)的NEWs概念以及歐美在碳中和污水處理方面的實(shí)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(yíng)養(yǎng)物)+Energy(能源)+Water（水）factories(工廠)詞組的縮寫，表示可持續(xù)理念之下的污水處理廠其實(shí)是營(yíng)養(yǎng)物、能源和再生水三位一體的生產(chǎn)工廠，概括如下圖。在NEWs框架下，污水中幾乎沒有傳統(tǒng)意義上的廢物: ①有機(jī)物為能量的載體，轉(zhuǎn)化后可用于彌補(bǔ)運(yùn)行能耗，實(shí)現(xiàn)碳中和運(yùn)行目的；污水本身所含熱量亦可通過(guò)水源熱泵轉(zhuǎn)換出大量熱/冷能，不僅可貢獻(xiàn)于碳中和運(yùn)行，還能向社會(huì)輸出熱/冷量。②污水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，特別是磷，在處理過(guò)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(jī)物及營(yíng)養(yǎng)物回收完成后，也即完成了傳統(tǒng)污水處理的主要目標(biāo)，水也即得到凈化而成為可以回用的中水。在NEWs理念下，“主產(chǎn)品”為有機(jī)物、營(yíng)養(yǎng)物及能源，而中水不過(guò)是“副產(chǎn)品”。此外，污水中的無(wú)機(jī)砂礫、纖維素一類的難降解物質(zhì)、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(shù)路線圖

荷蘭STOWA早在2008年便制定出到2030年污水處理廠要實(shí)現(xiàn)NEWs框架目標(biāo)計(jì)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(shù)。

荷蘭將污水處理工藝步驟分為如圖2所示的6個(gè)過(guò)程，每一工藝步驟背后均有許多可選擇、研發(fā)中的技術(shù)予以支持。2030年前一些技術(shù)將壽終正寢，而一些新技術(shù)也將涌現(xiàn)。

03 NEWs框架下的概念工廠

荷蘭專家提出了幾個(gè)具有代表性、亦能引領(lǐng)2030年NEWs框架目標(biāo)的營(yíng)養(yǎng)物回收、能量回收、再生水概念工藝，如下圖。營(yíng)養(yǎng)物工廠、能源工廠和再生水工廠的框架已經(jīng)形成，未來(lái)要做的不是將污水處理廠改造為單一的營(yíng)養(yǎng)物、能源或再生水廠，而是要盡可能更多地發(fā)掘污水資源/能源化潛力，在同一污水廠實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)物、能源和再生水三位一體的生產(chǎn)工廠（NEWs）。

未來(lái)16年，將按NEWs技術(shù)路線圖逐步形成實(shí)體NEWs工藝。在實(shí)踐NEWs過(guò)程中，最應(yīng)該明確的應(yīng)該是處理水是直排還是回用。最佳的NEWs工藝應(yīng)該是因地制宜的工藝，同時(shí)NEWs工藝應(yīng)朝模塊化方向進(jìn)行發(fā)展，使得各個(gè)模塊能夠單獨(dú)進(jìn)行升級(jí)改造。NEWs能夠成為現(xiàn)實(shí)的根本條件在于其產(chǎn)品――營(yíng)養(yǎng)物、能源和再生水可否成為下游企業(yè)愿意接受的產(chǎn)品。這就需要管理技術(shù)人員在技術(shù)研發(fā)的同時(shí)也要積極尋求產(chǎn)品的潛在市場(chǎng)。

04 NEWs實(shí)踐與案例

營(yíng)養(yǎng)工廠

Geestmerambacht污水處理廠已開始在側(cè)流中采用結(jié)晶反應(yīng)器從剩余污泥中回收顆粒狀磷酸鈣，用于磷酸鹽工業(yè)原料。Steenderen污水處理廠處理來(lái)自于土豆加工廠廢水和當(dāng)?shù)厥姓鬯Ｔ搹S以投加MgO方式生產(chǎn)鳥糞石，并實(shí)現(xiàn)污泥減量。在荷蘭南部SNB地區(qū)，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(dá)80 Gp/kg灰分。從污泥灰燼中回收磷，可生產(chǎn)PO43-達(dá)3100 Tp/a,并被銷售至磷酸鹽工業(yè)。Deventer污水廠采用BCFS工藝，該工藝厭氧池側(cè)流上清液中含有高濃度的PO43-（30~50 mgP/L），可使用化學(xué)結(jié)晶方法投加金屬鹽予以分離、回收。

能源工廠

2015年建成12個(gè)能源工廠。在此方面，荷蘭已經(jīng)取得一些積極成果，一些污水處理廠利用污泥厭氧消化產(chǎn)CH4，CH4熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）發(fā)電/產(chǎn)熱反哺污水處理廠運(yùn)行或供應(yīng)社會(huì)。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(jìn)入后續(xù)消化池厭氧消化產(chǎn)CH4，并用于CHP發(fā)電和產(chǎn)熱：電用于污水處理廠運(yùn)行，余熱用于消化系統(tǒng)加熱和冬季辦公室取暖等。Apeldoorn污水處理廠引入?yún)捬豕蚕夹g(shù)同步處理剩余污泥和廚余垃圾，同時(shí)對(duì)污泥厭氧消化液采用側(cè)流自養(yǎng)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(zhuǎn)化沼氣后用于CHP發(fā)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(gè)連續(xù)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(jié)能型中溫亞硝化SHARON工藝處理，沼氣CHP發(fā)電可以滿足60%~70%的運(yùn)行能耗，余熱則用于加熱消化池。阿姆斯特丹西區(qū)（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(tǒng)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(chǎn)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(yīng)器，并用其出水生產(chǎn)工業(yè)用去礦物質(zhì)水。Emmen污水處理廠出水升級(jí)至鍋爐用水標(biāo)準(zhǔn)。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(bǔ)充水。1999年，Aa ＆ Maas 水務(wù)局在Land vanCuijk污水廠引入蘆葦濕地系統(tǒng)，以生產(chǎn)更接近于天然水的出水。

綜合應(yīng)用案例

NEWs發(fā)展的終極目標(biāo)是在同一污水處理廠內(nèi)實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)物、能源和水三位一體生產(chǎn)。Vallei ＆ Eem 水務(wù)局計(jì)劃以Amersfoort污水處理廠為案例，探求新技術(shù)與新工藝，以使污水廠至少能達(dá)到能量自給自足的水平。具體目標(biāo)是2014年Amersfoort污水廠將以能量工廠方式運(yùn)行，除能量回收外，營(yíng)養(yǎng)物（N、P）也予以回收利用。同時(shí)Vallei＆Eem水務(wù)局與荷蘭應(yīng)用水研究基金會(huì)（STOWA）已開始執(zhí)行Omzet－Amersfoort合作計(jì)劃（2011――2016），這一計(jì)劃主要在Amersfoort污水廠中實(shí)施，將其轉(zhuǎn)化為能源與資源回收工廠。其預(yù)期結(jié)果見下表。

05 結(jié)語(yǔ)

視污水為資源與能源載體的認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)變使荷蘭自20 世紀(jì)末起對(duì)污水處理目標(biāo)追求不僅是滿足單一出水標(biāo)準(zhǔn)的需要，完全明確了污水處理的首要目標(biāo)不是“去除”而是“回收”。

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