全康環(huán)保:大家應該都聽(tīng)過(guò)好氧顆粒污泥工藝，荷蘭的Nereda可能是目前最為成功的好氧顆粒污泥商業(yè)化品牌。其官方宣傳資料介紹它不僅有出色的處理效能，還能從污泥中提取生物聚合物藻酸鹽(Alginate)，而生產(chǎn)藻酸鹽還有個(gè)好處，就是可以減少污泥產(chǎn)量。世界上首座藻酸鹽加工廠(chǎng)于2019年在荷蘭Zutphen污水廠(chǎng)投產(chǎn)運行，該廠(chǎng)污泥處理數據量減少20-35%。

全球第一座真正意義上的好氧顆粒污泥污水廠(chǎng)是Epe污水廠(chǎng)，于2011年投產(chǎn)使用。采用新工藝后，該廠(chǎng)隨即成為荷蘭全國污水廠(chǎng)低能耗低的標桿。小編也曾有幸在2013年去現場(chǎng)參觀(guān)過(guò)，當時(shí)對水廠(chǎng)的自動(dòng)化水平印象深刻。但最近看了一篇論文才知道，原來(lái)該廠(chǎng)的實(shí)際處理量只有設計容量的60%（其設計處理能力僅8000m3/d）。污水廠(chǎng)還有這么大的產(chǎn)能空間，從哪兒能找來(lái)更多污水轉化成藻酸鹽呢？

兩年多之前當地的水委會(huì )就開(kāi)始尋找解決方案，并打起了附近一個(gè)屠宰場(chǎng)的主意。結果如何呢？我們在本期的《水星漫談專(zhuān)欄》中看看他們的試驗結果吧。

污水廠(chǎng)與屠宰場(chǎng)共生

Epe 污水廠(chǎng)附近有一個(gè)屠宰場(chǎng)，其污水在排放到市政污水管網(wǎng)前，是要經(jīng)過(guò)預處理的。2019年，無(wú)市場(chǎng)所屬的水委會(huì )Vallei en Veluwe與屠宰場(chǎng)開(kāi)展研究，內容是想看看如果將屠宰場(chǎng)的廢水直接排入污水廠(chǎng)，污水廠(chǎng)的出水會(huì )有什么影響。

試驗概況

這個(gè)屠宰場(chǎng)每天產(chǎn)生約300m3的廢水，COD為5-10g/L，氮含量約700mg/L?，F有的預處理工藝為DAF(溶氣氣浮系統)，經(jīng)預處理的廢水會(huì )排入污水管網(wǎng)然后進(jìn)入Epe污水廠(chǎng)。

DAF和好氧顆粒污泥系統每年會(huì )產(chǎn)生約23000噸的污泥(干物質(zhì)含量為1150噸/年)。這些污泥會(huì )運到Vallei en Veluwe水委會(huì )管理的厭氧消化器進(jìn)行處理。

屠宰場(chǎng)與污水廠(chǎng)的原關(guān)系圖 | 設計:瓦村農夫

DAF是在2019年的3-6月間關(guān)停的。沒(méi)經(jīng)處理的屠宰場(chǎng)廢水直接排入管網(wǎng)后進(jìn)入Epe污水廠(chǎng)。Epe污水廠(chǎng)的好氧顆粒污泥系統是全自動(dòng)監測的，而且每周都有采樣數據。荷蘭代爾夫特理工大學(xué)(TU Delft)的研究團隊對顆粒污泥的酶活性(脂肪酶和蛋白酶)進(jìn)行跟蹤分析。

測試結果

屠宰場(chǎng)廢水直排后，污水廠(chǎng)的進(jìn)水負荷提高了約60%。出水各參數情況如下圖所示，可以看出，主要參數和前一年同期的數據差別不大，而且仍能達標排放(也符合中國的一級A標準)。

Epe污水廠(chǎng)采用后置砂濾池去除總磷。與前一年相比，試驗期間的氯化鋁用量翻倍(173L/天 vs 83L/天)。當然，試驗期間的進(jìn)水磷酸鹽負荷也提高了81%。把這個(gè)因素考慮計算在內后，氯化鋁的實(shí)際相對增加率約10%(0.20mol Al/mol P→0.22mol Al/mol P)。除磷量則從37kg/天升至67kg/天。

污泥總量增幅約40%。對此研究團隊則指出污泥產(chǎn)量的變化需要用一整年來(lái)核算，因為它會(huì )隨著(zhù)水溫而變動(dòng)。所以他們做了個(gè)假設，即污泥產(chǎn)量和單位污染負荷的增加成正比，并把鋁鹽的增量考慮在內，這樣他們得出的結果是污泥的干物質(zhì)年增量為398噸。DAF系統每年的污泥干物質(zhì)(DS)產(chǎn)量約600噸，所以實(shí)際上總的污泥產(chǎn)量是減少了的(200噸DS/年)。

在試驗結束后，反應器的顆粒污泥(粒徑>0.2mm)的比例從77%升至85%。他們由此推斷，污泥產(chǎn)量的增加主要是因為形成顆粒污泥造成的。

值得一提的是，進(jìn)水不溶性組分的含量從原來(lái)的317mg/L升至約633mg/L，這似乎說(shuō)明即使是較高的懸浮固體濃度也不會(huì )影響顆粒污泥的生長(cháng)。這和此前Nereda系統在高懸浮固體含量的工業(yè)廢水的應用情況相符。對于這個(gè)問(wèn)題，TU Delft的團隊還發(fā)表了相關(guān)paper進(jìn)行具體闡述，感興趣的朋友可以在文末獲取下載鏈接。

油脂的積聚

他們還提到，盡管該系統在試驗期間運行良好，但運行人員在污水廠(chǎng)的油脂收集器中發(fā)現了油脂物沉積，推測是由屠宰場(chǎng)的工業(yè)廢水導致。雖然目前沒(méi)有看出這些脂肪對污泥質(zhì)量的影響，但這些脂肪長(cháng)期的過(guò)度堆積會(huì )導致結垢和堵塞，而定期清除這些脂肪需要額外的工作量。如果日后污水廠(chǎng)真的全盤(pán)接收未經(jīng)處理的屠宰場(chǎng)廢水，這是要進(jìn)一步調研的問(wèn)題。

碳減排了嗎？

這次測試的一大目的是要考察去除屠宰場(chǎng)的DAF預處理后，屠宰場(chǎng)和污水廠(chǎng)的總碳排放量能否減少。但考慮到油脂積聚的問(wèn)題，在評估未來(lái)的運行方案時(shí)，他們并不打算徹底關(guān)停DAF系統，而是將會(huì )繼續使用聚合物，并去除50%的COD，減輕后續的油脂負荷。其余的碳排放計算則根據荷蘭水研究基金會(huì )（STOWA）和荷蘭水委會(huì )聯(lián)盟的Climate Monitor的關(guān)鍵數據進(jìn)行評估。

荷蘭水委會(huì )聯(lián)盟每年都發(fā)布污水廠(chǎng)氣候報告

圖源：Unie van Waterschappen

下表的計算結果顯示，污水廠(chǎng)和屠宰場(chǎng)合計的總碳排放量可以減少約9% (75噸CO2/年)?？梢钥闯?，最大的減排量是由于取消NaOH和FeCl3的使用，其次是污泥運輸量的減少。值得一提的是，由于污泥主要用于提取藻酸鹽，所以更少的污泥進(jìn)入厭氧消化系統，熱電聯(lián)產(chǎn)回收的能量相應減少。但合計起來(lái)，碳排量還是減少了。

藻酸鹽收益

Epe污水廠(chǎng)在這次試驗之前就已經(jīng)有藻酸鹽的提取系統。在這次試驗結束后，他們對污泥進(jìn)行藻酸鹽提取，25%的有機質(zhì)可以轉化成藻酸鹽。這個(gè)結果和此前有DAF預處理的情況提取的藻酸鹽收益率相當。

按照之前的假設――即使DAF系統按照50%的COD去除率保留運行，Epe污水廠(chǎng)的藻酸鹽產(chǎn)量仍可提高約30%。視乎這些藻酸鹽的最終用途(例如顆粒肥料的涂層、混凝土養護涂層等)，總的碳排放量有望繼續降低。