前沿关注 [动态]荷兰未来污水处理新框架NEWs及其实践

基于可持续污水处理理念,荷兰2008年制定出未来污水处理的NEWs框架,即未来污水处理厂将是营养物(Nutrient)、能源(Energy)与再生水(Water)的制造工厂。

荷兰的应用水研究基金会（STOWA）在2010年的报告中指出，荷兰的污水处理厂有望在2030年从污水处理厂，转型为能源、原料厂。


! v5 }0 W0 R& I3 S8 ?4 i+ e营养物工厂
( Y) g9 D+ f: K" u1 i! _( X; _' R
: C' [2 C! P: k. ?  n6 w



(1)污水中的营养物质,特别是磷在处理过程中可有效回收,以最大限度延缓磷资源的匿乏速度。这便是营养物工厂的内涵.
% q7 |5 F8 X4 j5 ?/ l
(2)有机物为能量的载体,转化后可用于弥补运行能耗,实现硖中和运行目的;污水本身所含热量交可通过水源热泵转换出大量热/冷能不仅可贡献于碳中和运行,还能向社会输出热/冷量。这就是能源工厂的内容。
9 P# ?( G; Z' \. ~& h' Y7 z+ B1 c9 t
(3)有机物及营养物回收完成后,完成了传统污水处理的主要目标,剩下的资源则是再生水,作为副产品随之产生。所谓再生水工厂即是如此.
+ H' @3 _2 c9 o2 q& |, ?
能源工厂



# Z, b; r6 X* j- h; ]
  m2 q6 V) W9 A& h$ \! t) K* E原污水经沉砂池去除无机砂砾后,主要靠生物固磷(强化生物除磷,EBPR)将污水中磷富集于污泥中沉淀回收;处理水达标排放/回用;富磷污泥厌氧消化产CH4后脱水干化,主要从干污泥焚烧灰点中回收磺,也可氧化上清液产生磷酸盐,该工艺的主要特点是首先将有机物与营养物质分离,分别回收能源与资源。
) U0 S+ X" F  O6 j9 u5 O
' P7 C4 R! K, o原污水经格栅、微滤网后截留20%的颗粒有机物;经预沉池再沉淀10~15%的SS(悬浮物);后经AB法A段生物吸附沉淀或厌氧消化(AD)生产CH4;出水再经主流ANAMMOX反应去除氨;最后磷以化学结晶方式回收;再生水在排放之前经水源热泵交换热量供热后排放。

- `& y& ?7 [0 B8 Y9 {3 G# v$ p6 G' L" L1 u微滤截留有机物、预沉和沉淀池污泥经超临界气化后产生H和CH4它们与厌氧消化产生的CH4一起由燎料电池产电。

8 l7 \( G% m! J, @该工艺强调首先截留有机物并使之直接超临界气化,剩余溶解性有机物采用厌氧分解产CH4;氨与磷以无碳源需求的ANAMMOX方式以化学结晶方式去除,以最大化有机物转化能源。
9 ^  t7 |4 ?. A/ m4 B% I1 N/ t
再生水工厂

) D$ B5 Q' M+ a4 w8 k原污水经AB法的A段和膜生物反应器(MBR)处理后,加臭氧(O3)高级氧化(难降解COD)处理,再经接触池、生物活性炭过滤后,30%处理水经反渗透(RO)深度处理获得锅炉补充水甚至是饮用水(20%),10%(间排)的浓液与另外70%(直排)处理水最后排入芦苇湿地或地表水系统。


  k  H5 [" u8 D( G+ i5 K! U

该工艺虽可保证获得稳定的水质和水量,但是MBR与RO这样的膜技术能耗极高,需要有充足的剩余污泥提供有机能量(CH4)。否则,实现碳中和运行目标需要利用污水热量(水源热泵)予以弥补。
! K" c/ o; y# d# H+ M8 }7 {. d- k4 A
2 V9 O) {& `. b4 z4 n( Q
, |: `' z! F* E2 K" Y以Amersfoort污水厂为例,与其他3个污水处理厂(Soest、Nijkerk与Woudenberg)合作,升级改造后,N污水厂拥有较新的CHP,故初沉污泥仍在该厂单独厌氧消化处理,泻气经CHP产电和热用于该厂、W厂未设初沉池,因而没有初沉污泥。

# L0 w7 W( d/ }: f4个污水处理厂的初沉污泥和二沉污泥(刚提到的两个厂除外)被送往磷分离单元(Wasstrip工艺)池中释放磷后富磷上清液送往Peal反应器回收磷,污泥经浓缩后送往消化池。消化过程中,污泥通过热压水解处理以生产更多沼气,沼气通过CHP发电产热。

消化污泥脱水上清液进入Peal反应器与来自于Wasstrip池富磷上清液在此实现磷回收。经Peal反应器磷回收后高氨氨污泥上清液通过自养脱氮(DEMON)方式被大部分去除。CHP所产电和热主要用于Amersfoort污水处理厂运行,过刻的电将送往外部电网,余热将在未来用于污泥干化或其他目的。

* `! x  O, \- b



新工艺中主要采用的技术措施:
8 }. l% C& i3 B3 k; E& n
(1)污泥热压水解技术(THP):在高温高压下裂解污泥细胞结构以提高沼气产量;
. ^7 y% e- G" X' S/ H' D& |- i
1 S, l$ I4 T: H. {: \3 O5 Y(2)磷回收技术(Wasstrip+Peal):
4 y' H/ K# x8 ]# P0 E
Wasstrip工艺是对Peal营养回收技术的理想补充,W工艺在剩余污泥浓缩消化之前将磷和镁从剩余污泥中分离,形成富磷与镁的上清液,并被直接送往Peal反应器。Peal技术用于侧流处理含高磷和氨氨浓度的脱水污泥上清液,主要生成鸟粪石(MgNH4PO4.6H20)产品。Peal技术可以回收上清液中90%以上的磷,鸟粪石颗粒纯度超过99.9%,其颗粒尺寸和硬度都非常适合用作肥料。

1 S5 C! w7 @+ [2 o9 q最终,Amersfoort污水厂能源自给率高达130%,产生剩余电量供应社会可满足600个家庭1年使用;4个污水厂总的能源自给率也达到70%;热电联产余热最大限度被回收。4个污水厂进水总磷的42%得以回收并转化为对环境无害的高质肥料;化学药剂使用量将减少50%;污泥脱除31%的水分;投资回收年限为6~7年。
' G* g$ x: t7 M) b8 o
! r/ Y3 c4 n+ h2 A! c% y
- v$ a  Q! T3 b; O9 V! W3 y未来要做的不是将污水处理厂改造为单一的营养物、能源或再生水工厂,而是要尽可能更多地发掘污水资源/能源化潜力,在同一污水处理厂内实现营养物、能源和再生水三位一体的生产厂(NEW5)

6 v. ~3 z- M8 Y/ d( N7 i' Q磷回收强调生物除磷与化学磷回收相结合的方式共同实施,污泥转化能源则要求最大化污泥产量,即污泥增量化。
- l5 S  w1 ~; W  i
仍需意识到的是,NEWS能否变为现实的根本条件是其产品一一营养物、能源和再生水可否成为下游企业愿意接受的产品,这需要管理人员在技术研发的同时也要积极寻求产品的潜在市场。
% R$ ^7 T* o; h2 x) p- P3 O
! B; d5 M. F: }7 S
& ]3 W, Q4 c" U5 m5 v  y8 d

向能源厂转型

    为了提升能源的产量，保证最低的能源消耗和最高的能源回收，可以对污水厂以下几个标红的过程进行优化。
- }* n- x5 |+ [$ W3 t* j



. H2 m/ [+ K2 a2 x6 M# ]6 j/ G3 K    荷兰专家们设计出的技术路线范例如下：
# h" X4 C% ~2 m" p- w
; H. |5 e: J0 y8 \


    其中一些要点：

-   分离COD而不是通过好氧降解（曝气时优化沼气产量和能源消耗）；

0 r8 ^) g0 q3 Z-   采用低能耗的方式去除氮、磷和残留的COD（脱氨将是重要的工具）；

-   最大限度地回收污泥的热量。

% f) C, k% t$ \- V3 h$ w1 h
4 @$ J3 y) N. X8 d
向原料厂转型
+ G) J7 m. h# }
    传统的污水厂视营养物（氮磷等）为污染物而不是资源。当前，随着对资源回收的高度重视，可以在水厂中涂黄的几个过程开展原料回收。



6 B1 A0 N/ y: g, |$ n
    专家们为此设计的范例如下：

+ J# W' v2 r% i% v: s5 w$ d

. P; O  A$ g& u% n0 B$ h' p* S5 h0 |( o
% @+ e9 d+ ]+ G# \/ n