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黎明
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化品牌。其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)，而生產藻酸鹽還有個好處，就是可以減少污泥產量。世界上首座藻酸鹽加工廠于2019年在荷蘭Zutphen污水廠投產運行，該廠污泥處理數據量減少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能空間，從哪兒能找來更多污水轉化成藻酸鹽呢？
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前，是要經過預處理的。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
這個屠宰場每天產生約300m³的廢水，COD為5-10g/L，氮含量約700mg/L。現有的預處理工藝為DAF(溶氣氣浮系統)，經預處理的廢水會排入污水管網然后進入Epe污水廠。
DAF和好氧顆粒污泥系統每年會產生約23000噸的污泥(干物質含量為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。
DAF是在2019年的3-6月間關停的。沒經處理的屠宰場廢水直接排入管網后進入Epe污水廠。Epe污水廠的好氧顆粒污泥系統是全自動監測的，而且每周都有采樣數據。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%。出水各參數情況如下圖所示，可以看出，主要參數和前一年同期的數據差別不大，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，這樣他們得出的結果是污泥的干物質年增量為398噸。DAF系統每年的污泥干物質(DS)產量約600噸，所以實際上總的污泥產量是減少了的(200噸DS/年)。
在試驗結束后，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系統在高懸浮固體含量的工業廢水的應用情況相符。對于這個問題，TU Delft的團隊還發表了相關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現了油脂物沉積，推測是由屠宰場的工業廢水導致。雖然目前沒有看出這些脂肪對污泥質量的影響，但這些脂肪長期的過度堆積會導致結垢和堵塞，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處理的屠宰場廢水，這是要進一步調研的問題。
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，而是將會繼續使用聚合物，并去除50%的COD，減輕后續的油脂負荷。其余的碳排放計算則根據荷蘭水研究基金會(STOWA)和荷蘭水委會聯盟的Climate Monitor的關鍵數據進行評估。
下表的計算結果顯示，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厭氧消化系統，熱電聯產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有藻酸鹽的提取系統。在這次試驗結束后，他們對污泥進行藻酸鹽提取，25%的有機質可以轉化成藻酸鹽。這個結果和此前有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系統按照50%的COD去除率保留運行，Epe污水廠的藻酸鹽產量仍可提高約30%。視乎這些藻酸鹽的最終用途(例如顆粒肥料的涂層、混凝土養護涂層等)，總的碳排放量有望繼續降低。
小結
這個為期四個月的試驗顯示，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一步研究考證如何解決，但總的來說，這次試驗為城市污水廠的資源化轉型提供了新的可嘗試路徑。
原標題：與屠宰場共生？荷蘭污水廠碳減排又有新嘗試
