與屠宰場共生？荷蘭污水廠碳減排又有新嘗試！
大家應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桿。小編也曾有幸在2013年去現(xiàn)場參觀過，當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？
兩年多之前當?shù)氐乃瘯烷_始尋找解決方案，并打起了附近一個屠宰場的主意。結(jié)果如何呢？我們在本期的《水星漫談專欄》中看看他們的試驗結(jié)果吧。
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)有的預處理工藝為DAF(溶氣氣浮系統(tǒng))，經(jīng)預處理的廢水會排入污水管網(wǎng)然后進入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)。這些污泥會運到Vallei en Veluwe水委會管理的厭氧消化器進行處理。
屠宰場與污水廠的原關系圖 | 設計:瓦村農(nóng)夫
DAF是在2019年的3-6月間關停的。沒經(jīng)處理的屠宰場廢水直接排入管網(wǎng)后進入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(TU Delft)的研究團隊對顆粒污泥的酶活性(脂肪酶和蛋白酶)進行跟蹤分析。
測試結(jié)果
屠宰場廢水直排后，污水廠的進水負荷提高了約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，而且仍能達標排放(也符合中國的一級A標準)。
Epe污水廠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，試驗期間的進水磷酸鹽負荷也提高了81%。把這個因素考慮計算在內(nèi)后，氯化鋁的實際相對增加率約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核算，因為它會隨著水溫而變動。所以他們做了個假設，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(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，所以實際上總的污泥產(chǎn)量是減少了的(200噸DS/年)。
在試驗結(jié)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)廢水的應用情況相符。對于這個問題，TU Delft的團隊還發(fā)表了相關paper進行具體闡述，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)在試驗期間運行良好，但運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，在評估未來的運行方案時，他們并不打算徹底關停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)的油脂負荷。其余的碳排放計算則根據(jù)荷蘭水研究基金會（STOWA）和荷蘭水委會聯(lián)盟的Climate Monitor的關鍵數(shù)據(jù)進行評估。
荷蘭水委會聯(lián)盟每年都發(fā)布污水廠氣候報告
圖源：Unie van Waterschappen
下表的計算結(jié)果顯示，污水廠和屠宰場合計的總碳排放量可以減少約9% (75噸CO2/年)。可以看出，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，所以更少的污泥進入?yún)捬跸到y(tǒng)，熱電聯(lián)產(chǎn)回收的能量相應減少。但合計起來，碳排量還是減少了。
藻酸鹽收益
Epe污水廠在這次試驗之前就已經(jīng)有藻酸鹽的提取系統(tǒng)。在這次試驗結(jié)束后，他們對污泥進行藻酸鹽提取，25%的有機質(zhì)可以轉(zhuǎn)化成藻酸鹽。這個結(jié)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(tǒng)按照50%的COD去除率保留運行，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)護涂層等)，總的碳排放量有望繼續(xù)降低。
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