可持續(xù)污水處理理念早在20年前便已在歐洲出現，具體說來說，荷蘭代爾夫特理工大學成為這一理念的提出者、倡導者、研發(fā)者和實踐者。它的Kluvyer生物技術實驗室在微生物工程技術方面的成就享譽全球，目前國際上盛行的一些污水生物處理技術，諸如，反硝化除磷與磷回收（BCFS）、短程硝化（SHARON）、厭氧氨氧化（ANAMMOX/CANON）、好氧顆粒污泥(NEREDA)、側流富集/主流強化硝化（BABE）、生物塑料（PHA）回收等技術無一例外全部都是出自Mark van Loosdrecht教授之手，他因此也獲得了2012年度全球水業(yè)“諾貝爾”大獎——新加坡李光耀水獎，并連續(xù)獲得歐洲及荷蘭若干技術創(chuàng)新大獎。

對可持續(xù)污水處理技術的釋義，vanLoosdrecht教授剛剛在《Science》上闡述了他對未來污水處理技術發(fā)展的預測，荷蘭應用水研究基金會（STOWA）早在2008年便用“NEWs”一詞高度概括了未來污水處理廠的組成框架。

1 NEWs框架與意義

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工廠。NEWs一詞既有新聞也有新生事物之意，巧妙地概括了可持續(xù)污水處理技術的全部內涵，成為下一代污水處理的新框架。NEWs框架之內涵可展示為圖1所示的圖文摘要。在NEWs框架下，污水中幾乎沒有傳統意義上的廢物：

（1）有機物為能量的載體，轉化后可用于彌補運行能耗，實現碳中和運行目的；污水本身所含熱量亦可通過水源熱泵轉換出大量熱/冷能，不僅可貢獻于碳中和運行，還能向社會輸出熱/冷量。這就是能源工廠的內容。

（2）污水中的營養(yǎng)物質，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。這便是營養(yǎng)物工廠的內涵。

（3）有機物及營養(yǎng)物回收完成后，也即完成了傳統污水處理的主要目標，剩下的資源則是我們熟知的再生水，作為副產品隨之產生。所謂再生水工廠，指的就是這層意思。

除此之外，污水中的無機砂礫、纖維素一類的難降解物質、污泥中的重金屬/生物塑料（PHA）等亦可列入回收清單。

2 NEWs技術路線圖

2.1 設定目標

荷蘭STOWA早在2008年便制定出到2030年污水處理廠要實現NEWs框架目標計劃，大多數水務局（Water Boards，全荷蘭目前共有23個）亦按此計劃開始對污水處理廠規(guī)劃、設計升級改造方案。然而，在其既有的350座污水處理廠中，荷蘭目前還沒有打算推倒重來或另行選址平地新建NEWs框架下概念廠的設想，因為他們認為雖然實現NEWs的目標一致，但各地、各廠實施方案應有不同，需因地制宜、審慎選擇適合自己的可行技術，避免出現全部以所謂高技術代之的概念化、但不切實際之工藝方案。

荷蘭人一貫務實的思路與作法為世界注目。雖然近20年中，荷蘭人研發(fā)了上述眾多引領世界的污水處理新技術，但是，他們在上世紀50年代開發(fā)的氧化溝目前仍然是其污水處理的主流工藝（約占全部處理工藝的40%，這些目前以傳統工藝運行的污水處理廠并不需要被推倒重來，而是要在此基礎上逐步被擴展為NEWs工廠。

2.2 影響因素

人口、經濟、生態(tài)、社會、技術和環(huán)境政策發(fā)展都將對未來污水處理形式產生影響。具體到細節(jié)，影響因素按其優(yōu)先程度從高到低依次為：出水水質，運行成本，能量碳中和程度，營養(yǎng)物回收，污水政策，風險狀況，可持續(xù)性，運行維護，水資源匱乏程度，土地利用等等。出水水質，能量碳中和程度和營養(yǎng)物回收等指明了污水處理中產品的生產方向，直接構成NEWs的核心內容，成為荷蘭2030年污水處理廠發(fā)展方向的框架。

2.3 處理工藝步驟

荷蘭將污水處理工藝步驟分為如圖2所示的6個過程：1）預處理；2）基本處理；3）后處理；4）污泥處理；5）（污泥脫水）上清液處理；6）能量轉化。每一個工藝步驟背后均有許多可選擇、研發(fā)中的技術予以支持，相同的技術亦可在不同的工藝步驟中獲得應用，這取決于處理目的�？梢灶A見，到2030年目前使用的一些技術將壽終正寢，一些研發(fā)中的技術將獲得應用，新技術也將涌現。

2.4 NEWs框架下的概念工廠

考慮到上述各方面影響和現有技術研發(fā)成果，荷蘭專家組提出了幾個具有代表性、亦能引領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（圖3、4、5），引導荷蘭既有污水處理廠根據各自工藝現狀和分階段升級改造目標參考實施。

與營養(yǎng)物工廠有關的工藝步驟為圖2所示的（1）®（2）®（4）®（5），圖3繪出了營養(yǎng)物工廠概念工藝與涉及的相關技術。原污水經沉砂池去除無機砂礫后，主要靠生物固磷（強化生物除磷，EBPR）將污水中P富集于污泥中沉淀回收；處理水達標排放/回用；富磷污泥厭氧消化產CH₄后經離心機脫水干化，主要從干污泥焚燒灰燼中回收磷，也可氧化上清液產生NH₄PO（磷酸鹽：(NH₄)₂HPO₄、(NH4)₃PO₄等），亦可生產NH₄NO₃。工藝的主要特點是首先將COD與營養(yǎng)物質分離，分別回收能源與資源。

傳統上，能量生產不是污水處理的主要目的，但截止到2010年，荷蘭26個（目前已合并至23個）水務局中已有14個開始與科研單位和企業(yè)合作，以發(fā)展NEWs框架下的能源工廠，使能量生產正式納入污水處理的回收方向。與能源工廠相關的工藝步驟為圖2所示的（1）®（2）®（4）®（6），圖4顯示了專家組提出的能量工廠概念工藝流程與涉及的相關技術。原污水經格柵后通過微濾網首先截留20%的顆粒COD；經預沉池再沉淀10%~15%的SS（與微濾網截留的20%COD一起用于超臨界氣化產H₂和CH₄）；后經AB法A段生物吸附/沉淀或厭氧消化（AD）生產CH₄；出水再經主流ANAMMOX反應去除氮（N）；最后磷（P）以化學結晶方式回收；再生水在排放之前經水源熱泵交換熱量供熱后排放。微濾截留COD、預沉和沉淀池污泥經超臨界氣化后產生H₂和CH₄，它們與厭氧消化產生的CH₄一道由燃料電池產電。這一概念工藝強調首先截留COD并使之直接超臨界氣化，剩余溶解性COD采用厭氧分解產CH₄；N與P以無碳源需求的ANAMMOX方式與化學結晶方式去除，以最大化COD轉化能源。

與再生水廠相關的處理工藝步驟為圖2中的（1）®（2）®（3）過程，具體涉及工藝流程與相關技術如圖5所示的概念工藝。再生水廠概念工藝的目標產品為鍋爐補水、甚至是飲用水，但是，再生水中絕大部分（80%）最后均進入蘆葦濕地和地表水。原污水經AB法的A段和膜生物（MBR）反應器處理后，加臭氧（O₃）高級氧化（難降解COD）處理，再經接觸池、生物活性炭過濾后，一小部分（30%）處理水經反滲透（RO）深度處理獲得鍋爐補充水、甚至是飲用水（20%），10%（間排）的濃液與另外70%（直排）處理水最后排入蘆葦濕地或地表水系統。這一概念工藝的特點是，最大程度隔離COD并轉化能源（A段），生物脫氮（MBR），化學除磷，難降解COD高級氧化。

2.5 實施計劃

營養(yǎng)物工廠、能源工廠和再生水工廠的框架已經形成，而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、或再生水工廠，而是要盡可能更多地發(fā)掘污水資源/能源化潛力，在同一污水處理廠內實現營養(yǎng)物、能源和再生水三位一體的生產廠（NEWs）。未來16年，將按NEWs技術路線圖逐步形成實體NEWs工藝。最佳NEWs是因地制宜的工藝，同時，NEWs工藝應朝模塊化方向發(fā)展，從而使其各個單元升級改造可獨立進行，以適應平穩(wěn)發(fā)展的需要。需要意識到的是，NEWs能否變?yōu)楝F實的根本條件是其產品——營養(yǎng)物、能源和再生水可否成為下游企業(yè)愿意接受的產品。這就需要管理人員在技術研發(fā)的同時也要積極尋求產品的潛在市場。

NEWs設計將以現代設計方法為基礎，逐步完善并建立營養(yǎng)物、能源與再生水工廠的設計方法。對于正在推進的研究，應予以詳細評估，而對于將要進行的研究，要有明確的目標方向，以獲得最佳效果，實現理想的NEWs。尤為重要的是彼此獨立的營養(yǎng)物、能源和再生水工藝研究應予以綜合考察，形成相互參考、互相借鑒、相互促進的良性研發(fā)模式。

未完待續(xù)！(后續(xù)繼續(xù)介紹NEWS案例）。

本文根據《中國給水排水》2014年20期郝曉地教授論文“

荷蘭未來污水處理新框架——NEWs及其實踐”

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