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    荷蘭污水廠的轉型之路

    分享: 發布日期:2022-10-20作者:15 0

    來源:環保水圈;作者:耐鹽君

    最近幾年來,環保行業哪些詞最火?

    碳中和必須占有一席之地。

    為此,世界各國沒少嘗試各種各樣的技術路線,迫切希望實現節能減排,修復地球環境。

    在層層壓力之下,污水廠作為能耗大戶,自然也要面臨轉型:

    比如,強化污染物削減功能,搞搞極限脫氮除磷;

    比如,以提高能源自給率為目標進行提標改造,實現低碳污水處理;

    比如,重視污水處理過程的資源回收,實現循環利用等。

    于是就有了:

    2003年,全球第一座NeWater再生水廠在新加坡建成,污水再生回用達到飲用水標準;

    2005年,奧地利Strass污水處理廠在全球首次實現能量自給自足,僅依靠回收污水中化學能即可滿足污水處理的能量消耗;

    2016年,瑞士立法強制從污水(污泥)、動物糞尿等污染物中回收不可再生的磷資源。

    ……

    作為世界公認的水利強國,荷蘭自然也不甘落后。

    所以今天,小編就和大家聊聊碳中和時代,荷蘭的污水廠是如何進行升級轉型的。



    荷蘭的污水理念——NEWs框架


    荷蘭,地處萊茵河、馬斯河和斯海爾德河三角洲,是一個低洼之地。

    作為環保人,每次提到荷蘭小編腦海中第一個蹦出來的就是代爾夫特理工大學。

    尤其是它的Kluvyer生物技術實驗室,在微生物工程技術方面的成就可謂是享譽全球,目前我們熟悉的一些污水生物處理技術很多都是來自這里。

    比如反硝化除磷與磷回收(BCFS)、短程硝化(SHARON)、厭氧氨氧化(ANAMMOX/CANON)、好氧顆粒污泥(NEREDA)、側流富集/主流強化硝化(BABE)、生物塑料(PHA)回收等。

    更厲害的是,這些技術還出自Mark van Loosdrecht教授一人之手,他也因此獲得了水業的“諾貝爾獎”——新加坡李光耀水獎。

    老早的時候,代爾夫特理工大學就提出了可持續污水處理的理念了,2008年,荷蘭應用水研究基金會把這個理念具象化為“NEWs”框架。

    Nutrient(營養物)+Energy(能源)+Water(水) factories(工廠)詞組的縮寫,表示可持續理念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。

    正好“NEWs”一詞也有新的含義,既是新生,也是未來。

    這個“NEWs”有多好呢,在它的框架下,污水中幾乎沒有了傳統意義上的廢物:

    • 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;污水本身所含熱量也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。這就是能源工廠的內容。

    • 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。這是營養物工廠的內容。

    • 有機物及營養物回收完成后,也就是完成了傳統污水處理的主要目標,剩下的資源就是我們熟知的再生水了。這就是再生水廠的內容。

    于是,荷蘭還將污水處理工藝步驟概括為6大過程:①預處理;②基本處理;③后處理;④污泥處理;⑤污泥脫水上清液處理;⑥能量轉化。

    看起來簡簡單單,其實每一個工藝步驟背后可選擇的技術很多,相同的技術也可以在不同的工藝步驟中獲得應用,就好像排列組合一樣,總可以找到最合適的方式處理污水。



    NEWs框架下的概念工藝


    既然有了大方向,那么工藝技術自然也要圍著這個框架展開。

    NEWs框架下升級的概念工廠會采用什么樣工藝技術?

    圖片來自網絡,侵刪

    首先我們看一下這個營養物工廠概念工藝。如圖中所示,沉砂池去除無機砂礫后,主要靠生物固磷將污水中磷富集于污泥中沉淀回收;富磷污泥厭氧消化產CH4后經離心機脫水干化,主要從干污泥焚燒灰燼中回收磷,也可氧化上清液產生磷酸鹽。

    該工藝的主要特點是將COD與營養物質分離,分別回收能源與資源。

    圖片來自網絡,侵刪

    其次就是能量工廠的概念工藝。從圖中也能看出來,這個能量工廠的工藝就比較復雜了。

    原水進來以后,要經過微濾網,這個微濾網是用來截流顆粒COD的;然后經過預沉池,沉淀一部分SS;后面就是專家研究推薦的A-B工藝了,一般會根據實際情況對所屬污水廠進行升級改造。A段厭氧消化產生CH4,后面的厭氧氨氧化主要是用來脫氮,最后的磷以化學結晶的方式回收。

    這一概念工藝的特點就是截留COD并使之直接超臨界氣化產生氫氣和甲烷,剩余溶解性COD采用厭氧分解;N、P通過ANAMMOX方式與化學結晶方式去除,以最大化COD轉化能源。

    圖片來自網絡,侵刪

    最后就是再生水廠概念工藝了。它的目標產品為鍋爐補水甚至是飲用水,不過絕大部分最后都會進入蘆葦濕地和地表水。

    再生水廠同樣采用的是A-B法,原水經過A段和MBR處理之后,加入臭氧,再經過接觸池、生物活性炭過濾后,小部分經RO深度處理獲得鍋爐補充水甚至是飲用水,10%的濃液與另外70%處理水最后排入蘆葦濕地或地表水系統。

    這一概念工藝雖可保證獲得穩定的水質和水量,但是MBR與RO這樣的膜技術能耗極高,需要有充足的剩余污泥提供有機能量。特點是最大程度隔離COD并轉化能源(A段),生物脫氮(MBR),化學除磷,難降解COD高級氧化。



    Amersfoort污水廠轉型案例


    馬克思他老人家告訴我們,實踐才是檢驗認識真理性的唯一標準。

    為了驗證NEWs理念,荷蘭沒少搞下功夫,比如對 Amersfoort 污水處理廠開啟了為期6年的改造計劃。

    通過革新污泥處理技術將其轉變成為一個區域性污泥處理中心,并增設磷回收單元,期望實現完全能源自給、40%磷回收及75%的污泥經干化后含水率為10%的階段目標。

    Amersfoort污水處理廠的最大處理量為8900m3·h-1,相當于31500人口當量/d。污水廠改造前后的污水處理工藝保持不變,即污水經初沉池+曝氣池+二沉池+砂濾池處理后,滿足N<10mg·L-1,P< 0.2mg·L-1的出水標準。改造后如圖所示:

    圖片來自網絡,侵刪

    首先,Amersfoort污水廠實現能源工廠目標的關鍵措施有兩點:

    ①采用污泥熱壓水解技術以提高消化負荷。污泥微生物細胞在高溫(150~200℃)高壓下發生裂解,以提高污泥水解生物利用率,增加厭氧消化負荷及甲烷產量;

    ②熱電聯產技術(CHP)。消化產生的甲烷經CHP以熱能和電能的形式完成對污水能源的回收。減少了傳統高壓水解需要蒸汽驅動水解過程所需的熱能。

    Amersfoort污水廠對兩種關鍵技術的聯合使用,不僅可滿足完全能量自給,每年還可產生約2000000 kWh的電能對外供電,成為名副其實的能源工廠。

    其次是磷回收。Amersfoort污水廠每天可產生2000 t鳥糞石顆粒。通過應用WASSTRIP工藝+Peal單元,避免了富含磷、銨及鎂的消化液污泥消化反應器中的結晶,從而減少傳統工藝因結晶產生的管道維護費用,同時可減少大量化學污泥,提高了磷回收的效率和純度。



    最后


    其實從上面的介紹不難看出,傳統工藝仍然占據著荷蘭污水處理的主流。資源、能源回收目前以磷回收與污泥轉化能源為主要核心,也最為現實。

    NEWs框架的建立雖然針對未來污水處理方向,但并不預示著既有污水處理設施被推倒重來,也不是新建示范廠,而是強調既有污水廠根據自身情況、因地制宜。這是荷蘭人一貫作風,當然,也是我們進行污水處理時可以學習的地方。



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