与屠宰场共生?荷兰污水厂碳减排又有新尝试

文章来源:JIEI创新实验室瓦村农夫2022-01-21 13:37

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?
 
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。
 
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。
 
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。
 
小结
 
这个为期四个月的试验显示,采用好氧颗粒污泥工艺的城市污水处理厂即使直接接收屠宰场未经处理的废水,脱氮除磷的效率仍能保持和之前一样的水平。颗粒污泥的增加有助于提高资源回收水平。虽然屠宰场废水的油脂问题仍有待进一步研究考证如何解决,但总的来说,这次试验为城市污水厂的资源化转型提供了新的可尝试路径。

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