本文帶您了解英國主流厭氧膜生物反應器 (AnMBR) 項目的最新進(jìn)展。

　　歐洲最大的AnMBR案例圖片

　　在之前的《水星漫談》專(zhuān)欄里，我介紹過(guò)MABR的前世今身，也介紹了MABR工藝和MBR和MBBR的區別 。在文中，我也提出過(guò)：未來(lái)的污水處理廠(chǎng)是不是不再需要曝氣呢？

　　Severn Trent的技術(shù)創(chuàng )新主管Pete Vale先生則認為未來(lái)的污水處理依然需要曝氣設備，但不用現在那么多了。

　　Vale先生于1995年畢業(yè)于英國的Cranfield大學(xué)，在Severn Trent公司也已經(jīng)工作超過(guò)18年了。這些年他一直致力于傳統活性污泥的拓展升級的研究，或者再說(shuō)白一點(diǎn)，就是測試不同曝氣系統，看如何對現有系統進(jìn)行優(yōu)化。

　　他表示，盡管世界各地的污水廠(chǎng)基本都采用活性污泥法，無(wú)論它如何具備靈活性，也不能否認它的一個(gè)缺點(diǎn)，就是非常消耗能源。

　　他認為污水處理技術(shù)是有可能發(fā)生重大改變的，這個(gè)變化過(guò)程終將使污水處理實(shí)現能量盈余和最大化的資源回收。

　　英國的2030大計

　　當然，要使這個(gè)愿景成真，需要付出實(shí)踐。在英國伯明翰旁邊的一個(gè)小鎮Redditch上，有一座叫Spernal的污水廠(chǎng)，最近它成為了污水處理界的明星，因為Severn Trent公司選擇在這個(gè)污水廠(chǎng)進(jìn)行多項創(chuàng )新工藝的中試甚至是大規模測試。

　　Spernal污水廠(chǎng)進(jìn)行的這些項目，其實(shí)是Severn Trent公司兌現其“三重碳承諾”(“Triple Carbon Pledge”)的實(shí)踐，所謂的三重承諾指在2030年前實(shí)現凈零排放、100%的可再生能源回收和100%的電力自給。

　　為何一間水務(wù)公司要給自己下這樣的"戰書(shū)"呢？這是因為英國的水務(wù)公司聯(lián)合制定一個(gè)充滿(mǎn)雄心壯志的目標，就是要在2030年實(shí)現凈零碳排放。

　　掐指一算，2030年已經(jīng)不遠了。在Vale看來(lái)，要在2030年前實(shí)現凈零排放以及污水的循環(huán)回用，必須要有技術(shù)的創(chuàng )新。他說(shuō)：“為了實(shí)現這個(gè)承諾，Spernal污水廠(chǎng)已經(jīng)成為各種創(chuàng )新技術(shù)和工藝的試驗床了?！?/p>

　　好氧轉厭氧？

　　據統計，歐洲有約22000座污水廠(chǎng)。歐洲每年的電耗有1%用于運行這些污水廠(chǎng)。

　　1％聽(tīng)起來(lái)感覺(jué)不多，但換種算法你就不這么認為了——Vale先生介紹說(shuō)，Severn Trent每年在活性污泥法的曝氣能耗就要花費約1500萬(wàn)英鎊。在他看來(lái)，就是花了一大筆錢(qián)往一個(gè)混凝土池里吹泡泡。

　　他一直在想：如何才能讓污水廠(chǎng)實(shí)現能量盈余？

　　在他看來(lái)，其中一個(gè)可能就是讓污水處理工藝從傳統高能耗的有氧處理轉向厭氧處理。

厭氧MBR

　　厭氧膜生物反應器(AnMBR)是在Spernal污水廠(chǎng)測試的工藝之一。這里的測試被譽(yù)為歐洲最大的AnMBR案例。

　　從1990年代初開(kāi)始，AnMBR工藝首先出現在工業(yè)廢水領(lǐng)域。AnMBRs (Anaerobic membrane bioreactor)， 顧名思義，就是結合了厭氧消化和膜技術(shù)，在實(shí)現優(yōu)質(zhì)出水的同時(shí)，回收污水里的能量。

　　之前行業(yè)一般認為AnMBR更適于處理高濃度廢水(有人認為進(jìn)水COD需高于5000 mg/L)，而不合適于處理低濃度廢水。它適合處理的工業(yè)污水包括了乳制品廠(chǎng)、啤酒廠(chǎng)、肉類(lèi)加工廠(chǎng)、食品加工廠(chǎng)和生物燃料廠(chǎng)等等。

　　但因為使用厭氧工藝可以大大降低用于曝氣的能耗，以及減少污泥產(chǎn)量和污泥處理的成本，正因如此，Severn Trent公司想考察AnMBR處理城市污水的表現潛力。

如上圖所示，這套AnMBR系統主要有三部分組成

　　這個(gè)系統由Severn Trent公司和Cranfield大學(xué)共同開(kāi)發(fā)，他們要研究厭氧處理如何能夠適應像英國這樣的低溫多變的天氣。他們選中WATERLEAU的UASB的原因是看中后者的模塊化設計，能更加靈活地進(jìn)行預制件。其實(shí)他們早在2019年就建造了多流試驗床，由于新冠疫情影響，這套系統被延遲到今年2月投產(chǎn)。

營(yíng)養回收

　　除了AnMBR常規水處理單元，Severn Trent公司在測試離子交換系統進(jìn)行氮磷回收的表現。目前他們有一個(gè)10m3/天的反應器，有四個(gè)單元組成，包括了：

　　因為這個(gè)系統還沒(méi)正式投產(chǎn)，他們目前只有UASB中試的運行數據，具體表現如下：

　　可以看到，這套模擬了Spernal大型系統的AnMBR系統系統的進(jìn)水COD和BOD是比較低的，這使得UASB的運行變得很有挑戰性， 畢竟厭氧反應一般需要較高的有機負荷。

　　可惜目前數據就這么多，因為MBR池的測試因為疫情的原因也被推遲了。另外他們雖然也有初步的甲烷產(chǎn)量數據，但他們認為目前的數據還不足以下任何結論。但總的來(lái)說(shuō)，跟預期的目標還有一段距離。

　　農業(yè)聯(lián)盟

　　除了對工藝性能進(jìn)行優(yōu)化，項目組還需要為回收的營(yíng)養物尋找市場(chǎng)買(mǎi)家。目前來(lái)看，Severn Trent已經(jīng)找到本地的買(mǎi)家了。

　　他們專(zhuān)門(mén)成立了一個(gè)農場(chǎng)聯(lián)絡(luò )小組，與該地區成熟的農業(yè)社區進(jìn)行溝通。經(jīng)厭氧消化后的污泥將被回收作土地利用，他們也會(huì )向當地的農民及時(shí)告知Severn Trent的最新研發(fā)進(jìn)展。

　　“要發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，從一開(kāi)始就需要將終端用戶(hù)、農民和水務(wù)部門(mén)拉到一起進(jìn)行對話(huà)，” Vale先生表示， “我們想搞清農民的需求，而不是我們可以生產(chǎn)什么。但可以肯定的是，當地農民已經(jīng)意識到低碳農業(yè)的好處，而一些新資源(污水)可以幫助他們實(shí)現這一目標?！?/p>

資源回收創(chuàng )新中心

　　值得一提的是，除了AnMBR，還有其他幾個(gè)創(chuàng )新水處理工藝在Spernal污水廠(chǎng)進(jìn)行著(zhù)測試，包括了基于DAF工藝的強化預處理、MABR工藝的中試、活性載體濕地除磷等。

　　這些項目都由Severn Trent的R2IC工作組統籌管理。R2IC是資源回收創(chuàng )新中心的縮寫(xiě)(Resource Recovery Innocation Center)，它是英國目前最大的污水創(chuàng )新測試基地，目的是尋求零排放的水處理技術(shù)。

　　另外，Spernal的AnMBR項目也屬于NextGen十個(gè)示范項目之一。NextGen是一個(gè)歐盟地平線(xiàn)2020 (HORIZON 2020)資助的項目，其目標是通過(guò)10個(gè)示范項目，推動(dòng)水循環(huán)方案的市場(chǎng)化。項目于2018年7月啟動(dòng)，為期四年，總預算達1138萬(wàn)歐元。

　　Christos Makropoulos是雅典國立技術(shù)大學(xué)的教授，同時(shí)也是荷蘭KWR的首席科學(xué)家，后者是NextGen項目的牽頭單位。他認為像Spernal這樣的污水廠(chǎng)，完全有潛力成為當地的資源中心，不過(guò)前提是要解決一些來(lái)自法律法規的挑戰，背后是供應鏈的問(wèn)題。他希望到2030年，能看到每個(gè)成員國都有一個(gè)這樣的示范污水廠(chǎng)，并成為數字時(shí)代新的商業(yè)模式。

　　但千里之行，始于足下，要實(shí)現碳中和，還是要從眼前的一座座污水廠(chǎng)做起。

編輯：王媛媛