與屠宰場(chǎng)共生？荷蘭污水廠碳減排又有新嘗試

大家應(yīng)該都聽過(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(guó)污水廠低能耗低的標(biāo)桿。小編也曾有幸在2013年去現(xiàn)場(chǎng)參觀過(guò)，當(dāng)時(shí)對(duì)水廠的自動(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(lái)更多污水轉(zhuǎn)化成藻酸鹽呢？

 

污水廠與屠宰場(chǎng)共生

 

Epe 污水廠附近有一個(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(yù)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)開展研究，內(nèi)容是想看看如果將屠宰場(chǎng)的廢水直接排入污水廠，污水廠的出水會(huì)有什么影響。

 

試驗(yàn)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。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(huì)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(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(yùn)到Vallei en Veluwe水委會(huì)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(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。Epe污水廠的好氧顆粒污泥系統(tǒng)是全自動(dòng)監(jiān)測(cè)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(duì)顆粒污泥的酶活性(脂肪酶和蛋白酶)進(jìn)行跟蹤分析。

 

測(cè)試結(jié)果

 

屠宰場(chǎng)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(guó)的一級(jí)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(gè)因素考慮計(jì)算在內(nèi)后，氯化鋁的實(shí)際相對(duì)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(duì)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(lái)核算，因?yàn)樗鼤?huì)隨著水溫而變動(dòng)。所以他們做了個(gè)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(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(zhǎng)。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(duì)于這個(gè)問(wèn)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(cè)是由屠宰場(chǎng)的工業(yè)廢水導(dǎo)致。雖然目前沒(méi)有看出這些脂肪對(duì)污泥質(zhì)量的影響，但這些脂肪長(zhǎng)期的過(guò)度堆積會(huì)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(chǎng)廢水，這是要進(jìn)一步調(diào)研的問(wèn)題。

 

碳減排了嗎？

 

這次測(cè)試的一大目的是要考察去除屠宰場(chǎng)的DAF預(yù)處理后，屠宰場(chǎng)和污水廠的總碳排放量能否減少。但考慮到油脂積聚的問(wèn)題，在評(píng)估未來(lái)的運(yùn)行方案時(shí)，他們并不打算徹底關(guān)停DAF系統(tǒng)，而是將會(huì)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(huì)（STOWA）和荷蘭水委會(huì)聯(lián)盟的Climate Monitor的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估。

 

下表的計(jì)算結(jié)果顯示，污水廠和屠宰場(chǎng)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(lái)，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(duì)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(gè)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(gè)為期四個(gè)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(chǎng)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(chǎng)廢水的油脂問(wèn)題仍有待進(jìn)一步研究考證如何解決，但總的來(lái)說(shuō)，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。