與屠宰場共生？荷蘭污水廠碳減排又有新嘗試

大家應(yīng)該都聽過好氧顆粒污泥工藝，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)藻酸鹽還有個好處，就是可以減少污泥產(chǎn)量。世界上首座藻酸鹽加工廠于2019年在荷蘭Zutphen污水廠投產(chǎn)運(yùn)行，該廠污泥處理數(shù)據(jù)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是Epe污水廠，于2011年投產(chǎn)使用。采用新工藝后，該廠隨即成為荷蘭全國污水廠低能耗低的標(biāo)桿。小編也曾有幸在2013年去現(xiàn)場參觀過，當(dāng)時對水廠的自動化水平印象深刻。但最近看了一篇論文才知道，原來該廠的實(shí)際處理量只有設(shè)計(jì)容量的60%（其設(shè)計(jì)處理能力僅8000m3/d）。污水廠還有這么大的產(chǎn)能空間，從哪兒能找來更多污水轉(zhuǎn)化成藻酸鹽呢？

 

污水廠與屠宰場共生

 

Epe 污水廠附近有一個屠宰場，其污水在排放到市政污水管網(wǎng)前，是要經(jīng)過預(yù)處理的。2019年，無市場所屬的水委會Vallei en Veluwe與屠宰場開展研究，內(nèi)容是想看看如果將屠宰場的廢水直接排入污水廠，污水廠的出水會有什么影響。

 

試驗(yàn)概況

 

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

 

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

 

DAF是在2019年的3-6月間關(guān)停的。沒經(jīng)處理的屠宰場廢水直接排入管網(wǎng)后進(jìn)入Epe污水廠。Epe污水廠的好氧顆粒污泥系統(tǒng)是全自動監(jiān)測的，而且每周都有采樣數(shù)據(jù)。荷蘭代爾夫特理工大學(xué)(TU Delft)的研究團(tuán)隊(duì)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(jié)果

 

屠宰場廢水直排后，污水廠的進(jìn)水負(fù)荷提高了約60%。出水各參數(shù)情況如下圖所示，可以看出，主要參數(shù)和前一年同期的數(shù)據(jù)差別不大，而且仍能達(dá)標(biāo)排放(也符合中國的一級A標(biāo)準(zhǔn))。

 

Epe污水廠采用后置砂濾池去除總磷。與前一年相比，試驗(yàn)期間的氯化鋁用量翻倍(173L/天 vs 83L/天)。當(dāng)然，試驗(yàn)期間的進(jìn)水磷酸鹽負(fù)荷也提高了81%。把這個因素考慮計(jì)算在內(nèi)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(tuán)隊(duì)則指出污泥產(chǎn)量的變化需要用一整年來核算，因?yàn)樗鼤S著水溫而變動。所以他們做了個假設(shè)，即污泥產(chǎn)量和單位污染負(fù)荷的增加成正比，并把鋁鹽的增量考慮在內(nèi)，這樣他們得出的結(jié)果是污泥的干物質(zhì)年增量為398噸。DAF系統(tǒng)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(yàn)結(jié)束后，反應(yīng)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?yàn)樾纬深w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的317mg/L升至約633mg/L，這似乎說明即使是較高的懸浮固體濃度也不會影響顆粒污泥的生長。這和此前Nereda系統(tǒng)在高懸浮固體含量的工業(yè)廢水的應(yīng)用情況相符。對于這個問題，TU Delft的團(tuán)隊(duì)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(tǒng)在試驗(yàn)期間運(yùn)行良好，但運(yùn)行人員在污水廠的油脂收集器中發(fā)現(xiàn)了油脂物沉積，推測是由屠宰場的工業(yè)廢水導(dǎo)致。雖然目前沒有看出這些脂肪對污泥質(zhì)量的影響，但這些脂肪長期的過度堆積會導(dǎo)致結(jié)垢和堵塞，而定期清除這些脂肪需要額外的工作量。如果日后污水廠真的全盤接收未經(jīng)處理的屠宰場廢水，這是要進(jìn)一步調(diào)研的問題。

 

碳減排了嗎？

 

這次測試的一大目的是要考察去除屠宰場的DAF預(yù)處理后，屠宰場和污水廠的總碳排放量能否減少。但考慮到油脂積聚的問題，在評估未來的運(yùn)行方案時，他們并不打算徹底關(guān)停DAF系統(tǒng)，而是將會繼續(xù)使用聚合物，并去除50%的COD，減輕后續(xù)的油脂負(fù)荷。其余的碳排放計(jì)算則根據(jù)荷蘭水研究基金會（STOWA）和荷蘭水委會聯(lián)盟的Climate Monitor的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行評估。

 

下表的計(jì)算結(jié)果顯示，污水廠和屠宰場合計(jì)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(yùn)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?yún)捬跸到y(tǒng)，熱電聯(lián)產(chǎn)回收的能量相應(yīng)減少。但合計(jì)起來，碳排量還是減少了。

 

藻酸鹽收益

 

Epe污水廠在這次試驗(yàn)之前就已經(jīng)有藻酸鹽的提取系統(tǒng)。在這次試驗(yàn)結(jié)束后，他們對污泥進(jìn)行藻酸鹽提取，25%的有機(jī)質(zhì)可以轉(zhuǎn)化成藻酸鹽。這個結(jié)果和此前有DAF預(yù)處理的情況提取的藻酸鹽收益率相當(dāng)。

 

按照之前的假設(shè)——即使DAF系統(tǒng)按照50%的COD去除率保留運(yùn)行，Epe污水廠的藻酸鹽產(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(yǎng)護(hù)涂層等)，總的碳排放量有望繼續(xù)降低。

 

小結(jié)

 

這個為期四個月的試驗(yàn)顯示，采用好氧顆粒污泥工藝的城市污水處理廠即使直接接收屠宰場未經(jīng)處理的廢水，脫氮除磷的效率仍能保持和之前一樣的水平。顆粒污泥的增加有助于提高資源回收水平。雖然屠宰場廢水的油脂問題仍有待進(jìn)一步研究考證如何解決，但總的來說，這次試驗(yàn)為城市污水廠的資源化轉(zhuǎn)型提供了新的可嘗試路徑。