在目前國內(nèi)“雙碳”目標下，荷蘭理念和做法值得回味。為此，公眾號本期開始將7年前發(fā)表文章介紹過的NEWs概念以及歐美在碳中和污水處理方面的實踐以“挖箱底”方式饗食給大家。 自上世紀90年代可持續(xù)污水處理技術(shù)理念率先在荷蘭提出后，節(jié)能降耗、資/能源回收便已成為污水處理工藝研發(fā)的目標，因此在荷蘭出現(xiàn)不少革命性的工藝，如，反硝化除磷/側(cè)流磷回收、厭氧氨氧化、好氧顆粒污泥等等。荷蘭水研究基金會（STOWA）更是早在2008年便制定出以資源、能源回收為目標的未來污水處理新框架（NEWs），將以往僅關(guān)注污水再生（中水）的資源回收做法蛻變?yōu)橐粤谆厥蘸湍茉崔D(zhuǎn)化為主題的新理念，由此提出未來污水處理NEWs框架。在目前國內(nèi)“雙碳”目標下，荷蘭理念和做法值得回味。為此，公眾號本期開始將7年前發(fā)表文章介紹過的NEWs概念以及歐美在碳中和污水處理方面的實踐以“挖箱底”方式饗食給大家。
NEWs是英文Nutrient(營養(yǎng)物)+Energy(能源)+Water（水）factories(工廠)詞組的縮寫，表示可持續(xù)理念之下的污水處理廠其實是營養(yǎng)物、能源和再生水三位一體的生產(chǎn)工廠，概括如下圖。在NEWs框架下，污水中幾乎沒有傳統(tǒng)意義上的廢物: ①有機物為能量的載體，轉(zhuǎn)化后可用于彌補運行能耗，實現(xiàn)碳中和運行目的；污水本身所含熱量亦可通過水源熱泵轉(zhuǎn)換出大量熱/冷能，不僅可貢獻于碳中和運行，還能向社會輸出熱/冷量。②污水中的營養(yǎng)物質(zhì)，特別是磷，在處理過程中可有效回收，以最大限度延緩磷資源的匱乏速度。③有機物及營養(yǎng)物回收完成后，也即完成了傳統(tǒng)污水處理的主要目標，水也即得到凈化而成為可以回用的中水。在NEWs理念下，“主產(chǎn)品”為有機物、營養(yǎng)物及能源，而中水不過是“副產(chǎn)品”。此外，污水中的無機砂礫、纖維素一類的難降解物質(zhì)、污泥中的重金屬、污泥中的PHA、EPS等亦可列入回收清單。荷蘭STOWA早在2008年便制定出到2030年污水處理廠要實現(xiàn)NEWs框架目標計劃。但是全荷蘭350座污水處理廠之中，它們并沒有一窩蜂地都去選擇NEWs框架下的概念廠，而是因地制宜地選擇適合自己的可行技術(shù)。荷蘭將污水處理工藝步驟分為如圖2所示的6個過程，每一工藝步驟背后均有許多可選擇、研發(fā)中的技術(shù)予以支持。2030年前一些技術(shù)將壽終正寢，而一些新技術(shù)也將涌現(xiàn)。
荷蘭專家提出了幾個具有代表性、亦能引領(lǐng)2030年NEWs框架目標的營養(yǎng)物回收、能量回收、再生水概念工藝，如下圖。營養(yǎng)物工廠、能源工廠和再生水工廠的框架已經(jīng)形成，未來要做的不是將污水處理廠改造為單一的營養(yǎng)物、能源或再生水廠，而是要盡可能更多地發(fā)掘污水資源/能源化潛力，在同一污水廠實現(xiàn)營養(yǎng)物、能源和再生水三位一體的生產(chǎn)工廠（NEWs）。
未來16年，將按NEWs技術(shù)路線圖逐步形成實體NEWs工藝。在實踐NEWs過程中，最應(yīng)該明確的應(yīng)該是處理水是直排還是回用。最佳的NEWs工藝應(yīng)該是因地制宜的工藝，同時NEWs工藝應(yīng)朝模塊化方向進行發(fā)展，使得各個模塊能夠單獨進行升級改造。NEWs能夠成為現(xiàn)實的根本條件在于其產(chǎn)品——營養(yǎng)物、能源和再生水可否成為下游企業(yè)愿意接受的產(chǎn)品。這就需要管理技術(shù)人員在技術(shù)研發(fā)的同時也要積極尋求產(chǎn)品的潛在市場。
Geestmerambacht污水處理廠已開始在側(cè)流中采用結(jié)晶反應(yīng)器從剩余污泥中回收顆粒狀磷酸鈣，用于磷酸鹽工業(yè)原料。Steenderen污水處理廠處理來自于土豆加工廠廢水和當?shù)厥姓鬯?。該廠以投加MgO方式生產(chǎn)鳥糞石，并實現(xiàn)污泥減量。在荷蘭南部SNB地區(qū)，污水處理廠污泥采用焚燒處理（400000 t/a）,磷酸鹽（PO43-）被濃縮后殘留于灰燼中，其含量可達80 Gp/kg灰分。從污泥灰燼中回收磷，可生產(chǎn)PO43-達3100 Tp/a,并被銷售至磷酸鹽工業(yè)。Deventer污水廠采用BCFS工藝，該工藝厭氧池側(cè)流上清液中含有高濃度的PO43-（30~50 mgP/L），可使用化學結(jié)晶方法投加金屬鹽予以分離、回收。
2015年建成12個能源工廠。在此方面，荷蘭已經(jīng)取得一些積極成果，一些污水處理廠利用污泥厭氧消化產(chǎn)CH4，CH4熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）發(fā)電/產(chǎn)熱反哺污水處理廠運行或供應(yīng)社會。Dokhaven 污水處理廠主流工藝采用AB法，A、B兩段剩余污泥以不同脫水方式脫水再進入后續(xù)消化池厭氧消化產(chǎn)CH4，并用于CHP發(fā)電和產(chǎn)熱：電用于污水處理廠運行，余熱用于消化系統(tǒng)加熱和冬季辦公室取暖等。Apeldoorn污水處理廠引入?yún)捬豕蚕夹g(shù)同步處理剩余污泥和廚余垃圾，同時對污泥厭氧消化液采用側(cè)流自養(yǎng)脫氮（DEMON）工藝處理，以減少碳源消耗，增加更多剩余污泥量供厭氧消化轉(zhuǎn)化沼氣后用于CHP發(fā)電。Garmerwolde污水處理廠采用AB法中的A段將COD作為污泥（生物吸附）分離，并利用2個連續(xù)厭氧消化池處理這些污泥以及臨近的污水處理廠的剩余污泥。消化污泥脫水上清液采用節(jié)能型中溫亞硝化SHARON工藝處理，沼氣CHP發(fā)電可以滿足60%~70%的運行能耗，余熱則用于加熱消化池。阿姆斯特丹西區(qū)（AmsterdamWest）污水處理廠目前是荷蘭最大的污水處理廠之一，該廠采用傳統(tǒng)污泥消化工藝。沼氣和消化后污泥送至附近垃圾焚燒廠使用和最終處置并生產(chǎn)能量。
在再生水回用方面，荷蘭Terneuzen污水處理廠中興建了膜生物反應(yīng)器，并用其出水生產(chǎn)工業(yè)用去礦物質(zhì)水。Emmen污水處理廠出水升級至鍋爐用水標準。Kaatsheuvel污水處理廠將出水作為再生水，用于附近埃夫特林游樂園池塘補充水。1999年，Aa ＆ Maas 水務(wù)局在Land vanCuijk污水廠引入蘆葦濕地系統(tǒng)，以生產(chǎn)更接近于天然水的出水。
NEWs發(fā)展的終極目標是在同一污水處理廠內(nèi)實現(xiàn)營養(yǎng)物、能源和水三位一體生產(chǎn)。Vallei ＆ Eem 水務(wù)局計劃以Amersfoort污水處理廠為案例，探求新技術(shù)與新工藝，以使污水廠至少能達到能量自給自足的水平。具體目標是2014年Amersfoort污水廠將以能量工廠方式運行，除能量回收外，營養(yǎng)物（N、P）也予以回收利用。同時Vallei＆Eem水務(wù)局與荷蘭應(yīng)用水研究基金會（STOWA）已開始執(zhí)行Omzet－Amersfoort合作計劃（2011——2016），這一計劃主要在Amersfoort污水廠中實施，將其轉(zhuǎn)化為能源與資源回收工廠。其預(yù)期結(jié)果見下表。
Amersfoort污水處理廠既有工藝流程（來自原文）
Amersfoort污水處理廠升級改造工藝流程，新工藝中主要采用了以下技術(shù)措施：①污泥熱壓水解技術(shù)(THP: Stulz—Lysotherm)，在高溫高壓下裂解污泥細胞結(jié)構(gòu)以提高沼氣產(chǎn)量；②磷回收技術(shù) (Wasstrip+ Peal) （來自原文）視污水為資源與能源載體的認識轉(zhuǎn)變使荷蘭自20 世紀末起對污水處理目標追求不僅是滿足單一出水標準的需要，完全明確了污水處理的首要目標不是“去除”而是“回收”。
NEWs框架便是對這一理念的高度的概括。但NEWs 框架的建立也并不預(yù)示著既有污水處理設(shè)施被推倒重來，也沒有平地新建示范廠的打算，而是強調(diào)既有污水廠根據(jù)自身情況、因地制宜地向著 NEWs 框架的部分或全部逐漸逼近。
郝曉地, 金銘, 胡沅勝. 荷蘭未來污水處理新框架——NEWs及其實踐[J]. 中國給水排水, 2014,30(20): 7-15.編輯 | 匡宋堯
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