未来污水处理新方向？看看荷兰污水厂是如何转型的
最近几年来，环保行业哪些词最火？
碳中和必须占有一席之地。
为此，世界各国没少尝试各种各样的技术路线，迫切希望实现节能减排，修复地球环境。
在层层压力之下，污水厂作为能耗大户，自然也要面临转型：
比如，强化污染物削减功能，搞搞极限脱氮除磷；
比如，以提高能源自给率为目标进行提标改造，实现低碳污水处理；
比如，重视污水处理过程的资源回收，实现循环利用等。
于是就有了：
2003年，全球第一座NeWater再生水厂在新加坡建成，污水再生回用达到饮用水标准；
2005年，奥地利Strass污水处理厂在全球首次实现能量自给自足，仅依靠回收污水中化学能即可满足污水处理的能量消耗；
2016年，瑞士立法强制从污水（污泥）、动物粪尿等污染物中回收不可再生的磷资源。
……
作为世界公认的水利强国，荷兰自然也不甘落后。
所以今天，小编就和大家聊聊碳中和时代，荷兰的污水厂是如何进行升级转型的。
荷兰的污水理念——NEWs框架
荷兰，地处莱茵河、马斯河和斯海尔德河三角洲，是一个低洼之地。
作为环保人，每次提到荷兰小编脑海中第一个蹦出来的就是代尔夫特理工大学。
尤其是它的Kluvyer生物技术实验室，在微生物工程技术方面的成就可谓是享誉全球，目前我们熟悉的一些污水生物处理技术很多都是来自这里。
比如反硝化除磷与磷回收（BCFS）、短程硝化（SHARON）、厌氧氨氧化（ANAMMOX/CANON）、好氧颗粒污泥（NEREDA）、侧流富集/主流强化硝化（BABE）、生物塑料（PHA）回收等。
更厉害的是，这些技术还出自Mark van Loosdrecht教授一人之手，他也因此获得了水业的“诺贝尔奖”——新加坡李光耀水奖。
老早的时候，代尔夫特理工大学就提出了可持续污水处理的理念了，2008年，荷兰应用水研究基金会把这个理念具象化为“NEWs”框架。
即Nutrient（营养物）+Energy（能源）+Water（水） factories（工厂）词组的缩写，表示可持续理念下的污水处理厂其实是营养物、能源和再生水三位一体的生产工厂。
正好“NEWs”一词也有新的含义，既是新生，也是未来。
这个“NEWs”有多好呢，在它的框架下，污水中几乎没有了传统意义上的废物：
有机物为能量的载体，转化后可用于弥补运行能耗，实现碳中和运行目的；污水本身所含热量也可通过水源热泵转换出大量热/冷能，不仅可贡献于碳中和运行，还能向社会输出热/冷量。这就是能源工厂的内容。
污水中的营养物质，特别是磷，在处理过程中可有效回收，以最大限度延缓磷资源的匮乏速度。这是营养物工厂的内容。
有机物及营养物回收完成后，也就是完成了传统污水处理的主要目标，剩下的资源就是我们熟知的再生水了。这就是再生水厂的内容。
于是，荷兰还将污水处理工艺步骤概括为6大过程：①预处理；②基本处理；③后处理；④污泥处理；⑤污泥脱水上清液处理；⑥能量转化。
看起来简简单单，其实每一个工艺步骤背后可选择的技术很多，相同的技术也可以在不同的工艺步骤中获得应用，就好像排列组合一样，总可以找到最合适的方式处理污水。
NEWs框架下的概念工艺
既然有了大方向，那么工艺技术自然也要围着这个框架展开。
NEWs框架下升级的概念工厂会采用什么样工艺技术？
图片来自网络，侵删
首先我们看一下这个营养物工厂概念工艺。如图中所示，沉砂池去除无机砂砾后，主要靠生物固磷将污水中磷富集于污泥中沉淀回收；富磷污泥厌氧消化产CH4后经离心机脱水干化，主要从干污泥焚烧灰烬中回收磷，也可氧化上清液产生磷酸盐。
该工艺的主要特点是将COD与营养物质分离，分别回收能源与资源。
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其次就是能量工厂的概念工艺。从图中也能看出来，这个能量工厂的工艺就比较复杂了。
原水进来以后，要经过微滤网，这个微滤网是用来截流颗粒COD的；然后经过预沉池，沉淀一部分SS；后面就是专家研究推荐的A-B工艺了，一般会根据实际情况对所属污水厂进行升级改造。A段厌氧消化产生CH4，后面的厌氧氨氧化主要是用来脱氮，最后的磷以化学结晶的方式回收。
这一概念工艺的特点就是截留COD并使之直接超临界气化产生氢气和甲烷，剩余溶解性COD采用厌氧分解；N、P通过ANAMMOX方式与化学结晶方式去除，以最大化COD转化能源。
图片来自网络，侵删
最后就是再生水厂概念工艺了。它的目标产品为锅炉补水甚至是饮用水，不过绝大部分最后都会进入芦苇湿地和地表水。
再生水厂同样采用的是A-B法，原水经过A段和MBR处理之后，加入臭氧，再经过接触池、生物活性炭过滤后，小部分经RO深度处理获得锅炉补充水甚至是饮用水，10％的浓液与另外70％处理水最后排入芦苇湿地或地表水系统。
这一概念工艺虽可保证获得稳定的水质和水量，但是MBR与RO这样的膜技术能耗极高，需要有充足的剩余污泥提供有机能量。其特点是最大程度隔离COD并转化能源（A段），生物脱氮（MBR），化学除磷，难降解COD高级氧化。
Amersfoort污水厂转型案例
为了验证NEWs理念，荷兰没少搞下功夫，比如对 Amersfoort 污水处理厂开启了为期6年的改造计划。
通过革新污泥处理技术将其转变成为一个区域性污泥处理中心，并增设磷回收单元，期望实现完全能源自给、40％磷回收及75％的污泥经干化后含水率为10％的阶段目标。
Amersfoort污水处理厂的最大处理量为8900m3·h-1，相当于31500人口当量/d。污水厂改造前后的污水处理工艺保持不变，即污水经初沉池＋曝气池＋二沉池＋砂滤池处理后，满足N＜10mg·L-1，P< 0.2mg·L-1的出水标准。改造后如图所示：
图片来自网络，侵删
首先，Amersfoort污水厂实现能源工厂目标的关键措施有两点：
①采用污泥热压水解技术以提高消化负荷。污泥微生物细胞在高温(150~200℃)高压下发生裂解，以提高污泥水解生物利用率，增加厌氧消化负荷及甲烷产量；
②热电联产技术(CHP)。消化产生的甲烷经CHP以热能和电能的形式完成对污水能源的回收。 减少了传统高压水解需要蒸汽驱动水解过程所需的热能。
Amersfoort污水厂对两种关键技术的联合使用，不仅可满足完全能量自给，每年还可产生约2000000 kWh的电能对外供电，成为名副其实的能源工厂。
其次是磷回收。Amersfoort污水厂每天可产生2000 t鸟粪石颗粒。通过应用WASSTRIP工艺+Peal单元，避免了富含磷、铵及镁的消化液污泥消化反应器中的结晶，从而减少传统工艺因结晶产生的管道维护费用，同时可减少大量化学污泥，提高了磷回收的效率和纯度。
最后
其实从上面的介绍不难看出，传统工艺仍然占据着荷兰污水处理的主流。资源、能源回收目前以磷回收与污泥转化能源为主要核心，也最为现实。
NEWs框架的建立虽然针对未来污水处理方向，但并不预示着既有污水处理设施被推倒重来，也不是新建示范厂，而是强调既有污水厂根据自身情况、因地制宜。这是荷兰人一贯作风，当然，也是我们进行污水处理时可以学习的地方。
资料/图片来源：网络、《国外污水处理厂发展现状与趋势》；郝晓地等，荷兰未来污水处理新框架——NEWs极其实践
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