與屠宰場共生?荷蘭污水廠碳減排又有新嘗試

文章來源:JIEI創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室瓦村農(nóng)夫2022-01-21 13:37

大家應(yīng)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(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污水廠低能耗低的標(biāo)桿。小編也曾有幸在2013年去現(xiàn)場參觀過,當(dāng)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(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,從哪兒能找來更多污水轉(zhuǎn)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(wǎng)前,是要經(jīng)過預(yù)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(yàn)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(yù)處理工藝為DAF(溶氣氣浮系統(tǒng)),經(jīng)預(yù)處理的廢水會排入污水管網(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(yùn)到Vallei en Veluwe水委會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。沒經(jīng)處理的屠宰場廢水直接排入管網(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(xué)(TU Delft)的研究團(tuán)隊(duì)對顆粒污泥的酶活性(脂肪酶和蛋白酶)進(jìn)行跟蹤分析。
 
測試結(jié)果
 
屠宰場廢水直排后,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(也符合中國的一級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%。把這個因素考慮計(jì)算在內(nèi)后,氯化鋁的實(shí)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(tuán)隊(duì)則指出污泥產(chǎn)量的變化需要用一整年來核算,因?yàn)樗鼤S著水溫而變動。所以他們做了個假設(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(yīng)用情況相符。對于這個問題,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,推測是由屠宰場的工業(yè)廢水導(dǎo)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(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)處理的屠宰場廢水,這是要進(jìn)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(yù)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(yùn)行方案時,他們并不打算徹底關(guān)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(fù)荷。其余的碳排放計(jì)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(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行評估。
 
下表的計(jì)算結(jié)果顯示,污水廠和屠宰場合計(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,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)
 
這個為期四個月的試驗(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。雖然屠宰場廢水的油脂問題仍有待進(jìn)一步研究考證如何解決,但總的來說,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。
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