基于可持续污水处理理念,荷兰2008年制定出未来污水处理的NEWs框架,即未来污水处理厂将是营养物(Nutrient)、能源(Energy)与再生水(Water)的制造工厂。9 a0 G6 H) ?0 l) F7 q
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荷兰的应用水研究基金会（STOWA）在2010年的报告中指出，荷兰的污水处理厂有望在2030年从污水处理厂，转型为能源、原料厂。
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营养物工厂" \9 a' n: ]* ]% T/ ?- a
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(1)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匿乏速度。这便是营养物工厂的内涵.8 M* ]. I2 }% P# Q v+ D$ A
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(2)有机物为能量的载体,转化后可用于弥补运行能耗,实现硖中和运行目的;污水本身所含热量交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。
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(3)有机物及营养物回收完成后,完成了传统污水处理的主要目标,剩下的资源则是再生水,作为副产品随之产生。所谓再生水工厂即是如此.
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能源工厂
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4 R7 _0 }9 X Z F4 |2 x原污水经沉砂池去除无机砂砾后,主要靠生物固磷(强化生物除磷,EBPR)将污水中磷富集于污泥中沉淀回收;处理水达标排放/回用;富磷污泥厌氧消化产CH4后脱水干化,主要从干污泥焚烧灰点中回收磺,也可氧化上清液产生磷酸盐,该工艺的主要特点是首先将有机物与营养物质分离,分别回收能源与资源。
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" W( v1 b5 v0 u# l- R, S原污水经格栅、微滤网后截留20%的颗粒有机物;经预沉池再沉淀10~15%的SS(悬浮物);后经AB法A段生物吸附沉淀或厌氧消化(AD)生产CH4;出水再经主流ANAMMOX反应去除氨;最后磷以化学结晶方式回收;再生水在排放之前经水源热泵交换热量供热后排放。. N1 h1 V. \2 Z& U4 w8 P$ L; T
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微滤截留有机物、预沉和沉淀池污泥经超临界气化后产生H和CH4它们与厌氧消化产生的CH4一起由燎料电池产电。0 K' ], p8 N* H* u$ T: ]: X) K
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该工艺强调首先截留有机物并使之直接超临界气化,剩余溶解性有机物采用厌氧分解产CH4;氨与磷以无碳源需求的ANAMMOX方式以化学结晶方式去除,以最大化有机物转化能源。
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再生水工厂
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, p3 ^% Z8 F I0 J" w! D% U/ h7 ]0 D原污水经AB法的A段和膜生物反应器(MBR)处理后,加臭氧(O3)高级氧化(难降解COD)处理,再经接触池、生物活性炭过滤后,30%处理水经反渗透(RO)深度处理获得锅炉补充水甚至是饮用水(20%),10%(间排)的浓液与另外70%(直排)处理水最后排入芦苇湿地或地表水系统。; F+ T/ }* [1 B6 M4 O( ~, D
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该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(CH4)。否则,实现碳中和运行目标需要利用污水热量(水源热泵)予以弥补。
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" m9 d" P5 ]0 o) H' m7 \+ k以Amersfoort污水厂为例,与其他3个污水处理厂(Soest、Nijkerk与Woudenberg)合作,升级改造后,N污水厂拥有较新的CHP,故初沉污泥仍在该厂单独厌氧消化处理,泻气经CHP产电和热用于该厂、W厂未设初沉池,因而没有初沉污泥。
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4个污水处理厂的初沉污泥和二沉污泥(刚提到的两个厂除外)被送往磷分离单元(Wasstrip工艺)池中释放磷后富磷上清液送往Peal反应器回收磷,污泥经浓缩后送往消化池。消化过程中,污泥通过热压水解处理以生产更多沼气,沼气通过CHP发电产热。+ x4 P* P+ Y' V9 f6 j
8 V, j9 l) | |, ~. }! Z消化污泥脱水上清液进入Peal反应器与来自于Wasstrip池富磷上清液在此实现磷回收。经Peal反应器磷回收后高氨氨污泥上清液通过自养脱氮(DEMON)方式被大部分去除。CHP所产电和热主要用于Amersfoort污水处理厂运行,过刻的电将送往外部电网,余热将在未来用于污泥干化或其他目的。4 E2 ^& F- l" ]4 \4 P$ Y
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8 [* b' N) P8 J2 T( t+ d新工艺中主要采用的技术措施:
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0 m- _$ t0 U+ d L(1)污泥热压水解技术(THP):在高温高压下裂解污泥细胞结构以提高沼气产量;
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(2)磷回收技术(Wasstrip+Peal):
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7 R) ^& ~: a L3 rWasstrip工艺是对Peal营养回收技术的理想补充,W工艺在剩余污泥浓缩消化之前将磷和镁从剩余污泥中分离,形成富磷与镁的上清液,并被直接送往Peal反应器。Peal技术用于侧流处理含高磷和氨氨浓度的脱水污泥上清液,主要生成鸟粪石(MgNH4PO4.6H20)产品。Peal技术可以回收上清液中90%以上的磷,鸟粪石颗粒纯度超过99.9%,其颗粒尺寸和硬度都非常适合用作肥料。* J7 t/ ]' Z# w8 r6 [. D
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最终,Amersfoort污水厂能源自给率高达130%,产生剩余电量供应社会可满足600个家庭1年使用;4个污水厂总的能源自给率也达到70%;热电联产余热最大限度被回收。4个污水厂进水总磷的42%得以回收并转化为对环境无害的高质肥料;化学药剂使用量将减少50%;污泥脱除31%的水分;投资回收年限为6~7年。
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未来要做的不是将污水处理厂改造为单一的营养物、能源或再生水工厂,而是要尽可能更多地发掘污水资源/能源化潜力,在同一污水处理厂内实现营养物、能源和再生水三位一体的生产厂(NEW5)8 z; a2 D F% A/ j& C G9 r8 ]
; t* l. N' w1 p; o% A: M$ _% A' }5 K磷回收强调生物除磷与化学磷回收相结合的方式共同实施,污泥转化能源则要求最大化污泥产量,即污泥增量化。' }# g2 M: V; [, a. o% y7 }6 k
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仍需意识到的是,NEWS能否变为现实的根本条件是其产品一一营养物、能源和再生水可否成为下游企业愿意接受的产品,这需要管理人员在技术研发的同时也要积极寻求产品的潜在市场。" m( z" V( E! y' x$ Y: W1 b
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