与屠宰场共生？荷兰污水厂碳减排又有新尝试！
大家应该都听过好氧颗粒污泥工艺，荷兰的Nereda可能是目前最为成功的好氧颗粒污泥商业化品牌。其官方宣传资料介绍它不仅有出色的处理效能，还能从污泥中提取生物聚合物藻酸盐(Alginate)，而生产藻酸盐还有个好处，就是可以减少污泥产量。世界上首座藻酸盐加工厂于2019年在荷兰Zutphen污水厂投产运行，该厂污泥处理数据量减少20-35%。
全球第一座真正意义上的好氧颗粒污泥污水厂是Epe污水厂，于2011年投产使用。采用新工艺后，该厂随即成为荷兰全国污水厂低能耗低的标杆。小编也曾有幸在2013年去现场参观过，当时对水厂的自动化水平印象深刻。但最近看了一篇论文才知道，原来该厂的实际处理量只有设计容量的60%（其设计处理能力仅8000m³/d）。污水厂还有这么大的产能空间，从哪儿能找来更多污水转化成藻酸盐呢？
两年多之前当地的水委会就开始寻找解决方案，并打起了附近一个屠宰场的主意。结果如何呢？我们在本期的《水星漫谈专栏》中看看他们的试验结果吧。
污水厂与屠宰场共生
Epe 污水厂附近有一个屠宰场，其污水在排放到市政污水管网前，是要经过预处理的。2019年，无市场所属的水委会Vallei en Veluwe与屠宰场开展研究，内容是想看看如果将屠宰场的废水直接排入污水厂，污水厂的出水会有什么影响。
试验概况
这个屠宰场每天产生约300m³的废水，COD为5-10g/L，氮含量约700mg/L。现有的预处理工艺为DAF(溶气气浮系统)，经预处理的废水会排入污水管网然后进入Epe污水厂。
DAF和好氧颗粒污泥系统每年会产生约23000吨的污泥(干物质含量为1150吨/年)。这些污泥会运到Vallei en Veluwe水委会管理的厌氧消化器进行处理。
屠宰场与污水厂的原关系图 | 设计:瓦村农夫
DAF是在2019年的3-6月间关停的。没经处理的屠宰场废水直接排入管网后进入Epe污水厂。Epe污水厂的好氧颗粒污泥系统是全自动监测的，而且每周都有采样数据。荷兰代尔夫特理工大学(TU Delft)的研究团队对颗粒污泥的酶活性(脂肪酶和蛋白酶)进行跟踪分析。
测试结果
屠宰场废水直排后，污水厂的进水负荷提高了约60%。出水各参数情况如下图所示，可以看出，主要参数和前一年同期的数据差别不大，而且仍能达标排放(也符合中国的一级A标准)。
Epe污水厂采用后置砂滤池去除总磷。与前一年相比，试验期间的氯化铝用量翻倍(173L/天 vs 83L/天)。当然，试验期间的进水磷酸盐负荷也提高了81%。把这个因素考虑计算在内后，氯化铝的实际相对增加率约10%(0.20mol Al/mol P→0.22mol Al/mol P)。除磷量则从37kg/天升至67kg/天。
污泥总量增幅约40%。对此研究团队则指出污泥产量的变化需要用一整年来核算，因为它会随着水温而变动。所以他们做了个假设，即污泥产量和单位污染负荷的增加成正比，并把铝盐的增量考虑在内，这样他们得出的结果是污泥的干物质年增量为398吨。DAF系统每年的污泥干物质(DS)产量约600吨，所以实际上总的污泥产量是减少了的(200吨DS/年)。
在试验结束后，反应器的颗粒污泥(粒径>0.2mm)的比例从77%升至85%。他们由此推断，污泥产量的增加主要是因为形成颗粒污泥造成的。
值得一提的是，进水不溶性组分的含量从原来的317mg/L升至约633mg/L，这似乎说明即使是较高的悬浮固体浓度也不会影响颗粒污泥的生长。这和此前Nereda系统在高悬浮固体含量的工业废水的应用情况相符。对于这个问题，TU Delft的团队还发表了相关paper进行具体阐述，感兴趣的朋友可以在文末获取下载链接。
油脂的积聚
他们还提到，尽管该系统在试验期间运行良好，但运行人员在污水厂的油脂收集器中发现了油脂物沉积，推测是由屠宰场的工业废水导致。虽然目前没有看出这些脂肪对污泥质量的影响，但这些脂肪长期的过度堆积会导致结垢和堵塞，而定期清除这些脂肪需要额外的工作量。如果日后污水厂真的全盘接收未经处理的屠宰场废水，这是要进一步调研的问题。
碳减排了吗？
这次测试的一大目的是要考察去除屠宰场的DAF预处理后，屠宰场和污水厂的总碳排放量能否减少。但考虑到油脂积聚的问题，在评估未来的运行方案时，他们并不打算彻底关停DAF系统，而是将会继续使用聚合物，并去除50%的COD，减轻后续的油脂负荷。其余的碳排放计算则根据荷兰水研究基金会（STOWA）和荷兰水委会联盟的Climate Monitor的关键数据进行评估。
荷兰水委会联盟每年都发布污水厂气候报告
图源：Unie van Waterschappen
下表的计算结果显示，污水厂和屠宰场合计的总碳排放量可以减少约9% (75吨CO2/年)。可以看出，最大的减排量是由于取消NaOH和FeCl3的使用，其次是污泥运输量的减少。值得一提的是，由于污泥主要用于提取藻酸盐，所以更少的污泥进入厌氧消化系统，热电联产回收的能量相应减少。但合计起来，碳排量还是减少了。
藻酸盐收益
Epe污水厂在这次试验之前就已经有藻酸盐的提取系统。在这次试验结束后，他们对污泥进行藻酸盐提取，25%的有机质可以转化成藻酸盐。这个结果和此前有DAF预处理的情况提取的藻酸盐收益率相当。
按照之前的假设——即使DAF系统按照50%的COD去除率保留运行，Epe污水厂的藻酸盐产量仍可提高约30%。视乎这些藻酸盐的最终用途(例如颗粒肥料的涂层、混凝土养护涂层等)，总的碳排放量有望继续降低。
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