最近小編發(fā)現水圈里圈外人都在談?wù)摗?a target="_blank" title="碳中和新聞專(zhuān)題" style="margin: 0px; padding: 0px; color: rgb(14, 106, 173); outline: none;">碳中和”。好奇心驅使下，我百度一下，才知道這是因為去年九月，習大大在聯(lián)合國大會(huì )上給世界一個(gè)承諾："中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現碳中和?！?/p>
污水處理向來(lái)被認為是耗能大戶(hù)?，F在國家喊要搞“碳中和”，污水處理界是否成為拖后腿的后進(jìn)生呢？其實(shí)過(guò)去五年，國外已經(jīng)有不少城市污水處理廠(chǎng)實(shí)現能量盈余的報道。這說(shuō)明污水處理不僅不會(huì )拖后腿，還可以成為碳中和大計的標兵行業(yè)。荷蘭早在2010就開(kāi)始施行他們的污水廠(chǎng)2030碳中和計劃，這眨眼就到2021年了。在這期水星漫談專(zhuān)欄里，我們不如一起看看荷蘭污水廠(chǎng)的期中考成績(jì)單吧。
每次談荷蘭的污水處理，我都會(huì )先介紹一下荷蘭的水務(wù)架構。荷蘭有一個(gè)中央政府（Rijk），下邊是省政府(Provincies)，然后再一級就是市政府(Gemeenten)，但這里有一個(gè)機構和市政府平級，它就是水委會(huì )(Waterschappen)。水委會(huì )是荷蘭最為古老的民主機構之一。它們負責與水有關(guān)的大部分事務(wù)：包括了負責維護堤防和土地排水，以及水的質(zhì)量。它們在國家的環(huán)境管理方面發(fā)揮著(zhù)重要作用。在過(guò)去，一個(gè)水委會(huì )只分管幾個(gè)堤壩和溝渠，保護附近的幾個(gè)社區。但水委會(huì )的架構在不斷改革，水委會(huì )的數目已從1850年的3500多個(gè)精簡(jiǎn)至2018年的21個(gè)。水委會(huì )之間的合作也在逐步加強。
在這樣的背景下，2010年荷蘭的水委會(huì )聯(lián)盟聯(lián)合頒布一份重要文件——《NEWs：荷蘭2030年污水廠(chǎng)路線(xiàn)圖》。NEWs是荷蘭應用水研究基金會(huì )（STOWA）在2008年提出的一個(gè)理念，三個(gè)大寫(xiě)字母分別指Nutrients、Energy和Water，其目標是將在公眾眼里又臭又臟的“糞水廠(chǎng)”，變成生產(chǎn)再生水、清潔能源和高附加值原材料的高科技工廠(chǎng)。
十年彈指一揮間，許多污水廠(chǎng)開(kāi)始了各自的升級轉型之路。我們來(lái)看看其中的一些代表污水廠(chǎng)。
阿姆斯特丹西污水廠(chǎng)
阿姆斯特丹西污水廠(chǎng)(WWTP Amsterdam West)于2006年投產(chǎn)運行，選用改良的UCT工藝(mUCT),處理人口當量約100萬(wàn)人，是荷蘭最大的污水廠(chǎng)之一。
該廠(chǎng)的特點(diǎn)在于污水廠(chǎng)和焚燒廠(chǎng)共生。污水廠(chǎng)本身有傳統的污泥厭氧消化系統，沼氣年產(chǎn)量約1200萬(wàn)立方米，共用給隔壁的廢物焚燒廠(chǎng)(AVI)。污水廠(chǎng)的污泥也在此得到焚燒處理。焚燒廠(chǎng)的熱值利用率高達90%。除了處理污水廠(chǎng)的污泥，焚燒廠(chǎng)還為污水廠(chǎng)供應電力(20000+MWh/年)和熱水(85000GJ/年)。此外，還有剩余的電力和余熱并入阿姆斯特丹的綠色電網(wǎng)和供暖系統。
但污水廠(chǎng)并沒(méi)有因此停下優(yōu)化的腳步。2013年，污水廠(chǎng)安裝了磷回收設備(FOSvaatje)，結合Airprex工藝，從污水中回收鳥(niǎo)糞石，每年產(chǎn)量約500噸，預計最終穩定產(chǎn)量為900噸。這個(gè)設備除了實(shí)現磷回收，更重要的目的是解決管道的結垢問(wèn)題。
2019年，為了減少溫室氣體N2O的排放問(wèn)題，他們和歐洲地平線(xiàn)2020項目FIWARE4Water合作，在其中一條處理線(xiàn)行進(jìn)行實(shí)驗，安裝了傳感器，結合人工智能算法，將對工藝參數進(jìn)行長(cháng)達三年的實(shí)時(shí)監測。屆時(shí)，相信污水廠(chǎng)的能效將得到進(jìn)一步的提高。
Garmerwolde污水廠(chǎng)位于荷蘭北部的格羅寧根市，建于1979年，目前處理能力約70000m3/天(人口當量37.5萬(wàn))。這個(gè)污水廠(chǎng)的亮點(diǎn)在于同時(shí)應用了厭氧氨氧化工藝和好氧顆粒污泥工藝。
其實(shí)能耗本不是該污水處理廠(chǎng)的主要問(wèn)題。因為它很早就有厭氧消化工藝來(lái)處理污泥，回收能源能覆蓋廠(chǎng)區60-70%的電耗。隨著(zhù)時(shí)間推移，污水廠(chǎng)原有的A-B工藝的處理能力跟不上滿(mǎn)足周邊地區的經(jīng)濟發(fā)展速度，所以負責的水委會(huì )先后對污水廠(chǎng)進(jìn)行了兩次升級改造：第一階段是于2005年，引入SHARON側流脫氮工藝，以減少厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的氨氮負荷。第二階段是于2013年引入好氧顆粒污泥工藝，以滿(mǎn)足新增處理負荷的需求。
污水廠(chǎng)引入好氧顆粒污泥的部分原因是因為在第一階段工程結束不久，當地頒布的新的出水標準(總氮<7mg/L和總磷<1mg/L)，這對舊工藝來(lái)說(shuō)十分困難，但當時(shí)剛面世的好氧顆粒污泥工藝卻能達標排放，所以他們最終選擇了荷蘭的Royal HaskoningDHV公司的Nereda好氧顆粒污泥工藝，日處理力量為28600m3。
好氧顆粒污泥工藝的占地面積雖然遠小于A(yíng)-B工藝，但能應付廠(chǎng)區總處理量的41%。運行數據則顯示(下圖)，好氧顆粒污泥的能耗顯著(zhù)低于A(yíng)B法工藝(0.17 kWh/m3 vs 0.33kWh/m3)。此外好氧顆粒污泥在脫氮除磷以及污泥產(chǎn)量等方面都有顯著(zhù)優(yōu)勢。
此處小編有個(gè)小感慨：在《NEWs：荷蘭2030年污水廠(chǎng)路線(xiàn)圖》的報告里，A-B工藝本來(lái)是專(zhuān)家們推薦技術(shù)，但各地水委會(huì )并不會(huì )一窩蜂地采納A-B工藝，它們還是根據實(shí)際情況對所屬的污水廠(chǎng)進(jìn)行升級改造。事實(shí)上，在過(guò)去十年里，好氧顆粒污泥似乎是有點(diǎn)后來(lái)者居上的勢頭。
Epe污水廠(chǎng)
我想介紹的第三座污水廠(chǎng)叫Epe污水廠(chǎng)，因為在小編看來(lái)，它是污水廠(chǎng)能量回收和資源利用的典范。2011年，第一座好氧顆粒污泥污水廠(chǎng)在Epe污水廠(chǎng)投產(chǎn)使用。采用新工藝后，該污水廠(chǎng)立即成為荷蘭全國能耗最低的市政污水廠(chǎng)。Epe污水廠(chǎng)最近又多了一個(gè)史上第一的稱(chēng)號——它是第一座從純市政污水中回收藻酸鹽的城市污水廠(chǎng)。
荷蘭的污水科學(xué)家們發(fā)現，除了出眾的沉降性能之外，好氧顆粒污泥還富含胞外聚合物(EPS)，而在這些EPS里，藻酸鹽(Alginate)含量高達20%。
藻酸鹽是種高附加值的生物聚合物，當它和不同原材料結合之后，會(huì )有神奇的效果，例如可做成親水或疏水性材料，放大和延伸原有材料的特定屬性。據介紹，它的潛在用途就是充當各種涂層：
種子的“智能保護層”，幫助幼小的植物更好地吸收養分，增強對疾病的抵抗力，長(cháng)得更快；
顆粒肥料的涂層，可以讓肥料的分布更均勻；
混凝土養護涂層，確?；炷恋墓袒^(guò)程良好進(jìn)行，防止干裂。
他們將這種神奇物質(zhì)取了個(gè)挺酷的名字，叫Kaumera Nereda? Gum的新材料?！癒aumera”一詞源自新西蘭毛利語(yǔ)，意為“變色龍”，以此顯示藻酸鹽用途的多樣性。
生產(chǎn)藻酸鹽還有個(gè)好處，就是可以減少污泥產(chǎn)量。荷蘭人早在2017年就在Zutphen污水廠(chǎng)建造了第一座藻酸鹽加工廠(chǎng)，并于2019年投產(chǎn)運行。運行數據顯示Zutphen污水廠(chǎng)的污泥處理量減少了20-35%。
Zutphen污水廠(chǎng)目前仍是世界最大的藻酸鹽加工廠(chǎng)，規模為400噸/年。但那里的加工原材料是工業(yè)廢水。無(wú)論是流量、溫度和污染物成分，市政廢水的波動(dòng)性都更大。在Epe污水廠(chǎng)上馬的項目就是要證明這些波動(dòng)不會(huì )影響藻酸鹽的生產(chǎn)。
能量工廠(chǎng)總覽
為了讓公眾更好地了解荷蘭水資源回收工廠(chǎng)的項目進(jìn)展，荷蘭水委會(huì )聯(lián)盟早在幾年前就建了一個(gè)網(wǎng)站（efgf.nl），匯總了荷蘭污水廠(chǎng)向能量和資源工廠(chǎng)轉型的最新資訊。截止到2019年，荷蘭的已經(jīng)建成了12座能量工廠(chǎng)，有11座在籌建中，另外還有兩座在調研階段。
除了上邊介紹的三座污水廠(chǎng)，荷蘭還有不少污水廠(chǎng)用厭氧消化來(lái)回收污泥的潛能能源，例如Tiel污水廠(chǎng)就稱(chēng)能夠實(shí)現能量中和。
荷蘭污水廠(chǎng)除了厭氧消化，一般還會(huì )和其他工藝結合，例如Apeldoorn污水廠(chǎng)用到了DEMON的側流厭氧氨氧化，Amersfoort污水廠(chǎng)則用到了Pearl的磷回收工藝。當然，荷蘭污水廠(chǎng)還有其他途徑來(lái)豐富能量來(lái)源，例如Rivierenland水委會(huì )在污水廠(chǎng)旁建造光伏太陽(yáng)能公園。
除了在傳統工藝上進(jìn)行優(yōu)化，荷蘭有些水委會(huì )還有更大膽的嘗試：Vallei en Veluwe水委會(huì )在2018年宣布要建一座“多合一污水廠(chǎng)”，工藝流程將包括雨污管道的分離、模塊化組件、電絮凝、DAF溶氣氣浮工藝、納濾、反滲透和離子交換法等運行目標是氮磷回收率提高75%，醫藥殘留物去除率80%，污泥產(chǎn)量和化學(xué)品用量減少90%。
2050年的目標
通過(guò)上邊的案例可以看到，在邁向碳中和的路上，荷蘭污水廠(chǎng)已經(jīng)走得好前好遠。但小編也注意到，他們近幾年也很少提2030年的目標了，反而提出了一個(gè)要在“2050年實(shí)現全面循環(huán)經(jīng)濟體”的新目標。難道連他們也覺(jué)得2030年要讓所有污水廠(chǎng)實(shí)現能量自給有點(diǎn)困難？
