全康環(huán)保:自上世紀90年代可持續污水處理技術(shù)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(fā)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(huì )（STOWA）更是早在2008年便制定出以資源、能源回收為目標的未來(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(kāi)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)養物)+Energy(能源)+Water（水）factories(工廠(chǎng))詞組的縮寫(xiě)，表示可持續理念之下的污水處理廠(chǎng)其實(shí)是營(yíng)養物、能源和再生水三位一體的生產(chǎn)工廠(chǎng)，概括如下圖。在NEWs框架下，污水中幾乎沒(méi)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(shí)現碳中和運行目的；污水本身所含熱量亦可通過(guò)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(huì )輸出熱/冷量。②污水中的營(yíng)養物質(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有機物及營(yíng)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(chǎn)品”為有機物、營(yíng)養物及能源，而中水不過(guò)是“副產(chǎn)品”。此外，污水中的無(wú)機砂礫、纖維素一類(lèi)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(xiàn)圖

荷蘭STOWA早在2008年便制定出到2030年污水處理廠(chǎng)要實(shí)現NEWs框架目標計劃。但是全荷蘭350座污水處理廠(chǎng)之中，它們并沒(méi)有一窩蜂地都去選擇NEWs框架下的概念廠(chǎng)，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。

03 NEWs框架下的概念工廠(chǎng)

荷蘭專(zhuān)家提出了幾個(gè)具有代表性、亦能引領(lǐng)2030年NEWs框架目標的營(yíng)養物回收、能量回收、再生水概念工藝，如下圖。營(yíng)養物工廠(chǎng)、能源工廠(chǎng)和再生水工廠(chǎng)的框架已經(jīng)形成，未來(lái)要做的不是將污水處理廠(chǎng)改造為單一的營(yíng)養物、能源或再生水廠(chǎng)，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(chǎng)實(shí)現營(yíng)養物、能源和再生水三位一體的生產(chǎn)工廠(chǎng)（NEWs）。

未來(lái)16年，將按NEWs技術(shù)路線(xiàn)圖逐步形成實(shí)體NEWs工藝。在實(shí)踐NEWs過(guò)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(shí)NEWs工藝應朝模塊化方向進(jìn)行發(fā)展，使得各個(gè)模塊能夠單獨進(jìn)行升級改造。NEWs能夠成為現實(shí)的根本條件在于其產(chǎn)品――營(yíng)養物、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)養工廠(chǎng)

Geestmerambacht污水處理廠(chǎng)已開(kāi)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(yè)原料。Steenderen污水處理廠(chǎng)處理來(lái)自于土豆加工廠(chǎng)廢水和當地市政污水。該廠(chǎng)以投加MgO方式生產(chǎn)鳥(niǎo)糞石，并實(shí)現污泥減量。在荷蘭南部SNB地區，污水處理廠(chǎng)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(chǎn)PO43-達3100 Tp/a,并被銷(xiāo)售至磷酸鹽工業(yè)。Deventer污水廠(chǎng)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(xué)結晶方法投加金屬鹽予以分離、回收。

能源工廠(chǎng)

2015年建成12個(gè)能源工廠(chǎng)。在此方面，荷蘭已經(jīng)取得一些積極成果，一些污水處理廠(chǎng)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(chǎng)運行或供應社會(huì )。Dokhaven 污水處理廠(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)引入厭氧共消化技術(shù)同步處理剩余污泥和廚余垃圾，同時(shí)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(fā)電。Garmerwolde污水處理廠(chǎng)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)連續厭氧消化池處理這些污泥以及臨近的污水處理廠(chǎng)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(fā)電可以滿(mǎn)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(chǎng)目前是荷蘭最大的污水處理廠(chǎng)之一，該廠(chǎng)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(chǎng)使用和最終處置并生產(chǎn)能量。

再生水廠(chǎng)

在再生水回用方面，荷蘭Terneuzen污水處理廠(chǎng)中興建了膜生物反應器，并用其出水生產(chǎn)工業(yè)用去礦物質(zhì)水。Emmen污水處理廠(chǎng)出水升級至鍋爐用水標準。Kaatsheuvel污水處理廠(chǎng)將出水作為再生水，用于附近埃夫特林游樂(lè )園池塘補充水。1999年，Aa ＆ Maas 水務(wù)局在Land vanCuijk污水廠(chǎng)引入蘆葦濕地系統，以生產(chǎn)更接近于天然水的出水。

綜合應用案例

NEWs發(fā)展的終極目標是在同一污水處理廠(chǎng)內實(shí)現營(yíng)養物、能源和水三位一體生產(chǎn)。Vallei ＆ Eem 水務(wù)局計劃以Amersfoort污水處理廠(chǎng)為案例，探求新技術(shù)與新工藝，以使污水廠(chǎng)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(chǎng)將以能量工廠(chǎng)方式運行，除能量回收外，營(yíng)養物（N、P）也予以回收利用。同時(shí)Vallei＆Eem水務(wù)局與荷蘭應用水研究基金會(huì )（STOWA）已開(kāi)始執行Omzet－Amersfoort合作計劃（2011――2016），這一計劃主要在A(yíng)mersfoort污水廠(chǎng)中實(shí)施，將其轉化為能源與資源回收工廠(chǎng)。其預期結果見(jiàn)下表。

05 結語(yǔ)

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(mǎn)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(zhù)既有污水處理設施被推倒重來(lái)，也沒(méi)有平地新建示范廠(chǎng)的打算，而是強調既有污水廠(chǎng)根據自身情況、因地制宜地向著(zhù) NEWs 框架的部分或全部逐漸逼近。