1959年的污水廠如何改造？好氧顆粒污泥+熱泵了解一下
2019年4月，網(wǎng)絡(luò)一條消息引起了小編的注意——《喜大普奔！天山污水處理廠正式停運(yùn)，后續(xù)規(guī)劃已定》。在上海長(zhǎng)寧住的朋友可能都曾路過(guò)這里，它的臭氣問(wèn)題一直困擾著周圍的居民，所以也難怪地方媒體用“喜大普奔”來(lái)報(bào)道它停運(yùn)的新聞。
天山污水廠建于1986年，1987年還和著名的上海西區(qū)污水廠(1926年)合并。能在上世紀(jì)80年代投產(chǎn)的污水廠的水平應(yīng)該是很高的了，畢竟到2006年，中國(guó)污水處理廠總數(shù)還不到1000座�？上](méi)想到33年后，天山自己也難逃停運(yùn)的結(jié)局。
小編一直好奇為何中國(guó)不能也出幾個(gè)百年污水廠呢？是新建或者搬遷的成本遠(yuǎn)低于原地改造嗎？我之前介紹過(guò)英國(guó)謝菲爾德的一座跨越百年的污水廠，初衷就是想證明污水廠可以是很長(zhǎng)壽的基建設(shè)施。在本期《水星漫談》專欄里，我想再介紹一座有60年歷史的荷蘭污水廠。2019年4月，在天山污水廠停運(yùn)的時(shí)候，荷蘭的這座污水廠卻換上最前沿的污水處理工藝，還被當(dāng)時(shí)的荷蘭環(huán)保部長(zhǎng)稱是“荷蘭污水處理技術(shù)的新標(biāo)準(zhǔn)”。它是怎么做到的呢？
1959年的污水廠如何升級(jí)改造
烏得勒支(Utrecht)是荷蘭的第四大城市，人口只有36萬(wàn)。雖然知名度比不上阿姆斯特丹和鹿特丹等城市，但在我很多荷蘭朋友眼中，它是一座更正宗的荷蘭城市。當(dāng)?shù)刈畲蟮奈鬯畯S叫烏特勒支污水處理廠，從二戰(zhàn)之前就開始規(guī)劃，最終建于1959年，目前由荷蘭水委會(huì)HDSR管理，出水排入萊茵河的支流De Vecht河。
烏特勒支污水廠周邊環(huán)境 | 圖源：Google Earth
該污水廠大概每十年就會(huì)進(jìn)行一次改造和擴(kuò)建。經(jīng)過(guò)1990年代的升級(jí)改造后，目前的處理能力為75000m³/天。盡管1959年以來(lái)的一些工藝組件還能運(yùn)行，但到了2010年前后，很多設(shè)施組件都需要更換了。此時(shí)，當(dāng)?shù)厮瘯?huì)也對(duì)污水廠的出水提出了更嚴(yán)格的要求：在2015-2019年間，污水廠出水的總氮和總磷分別要在8.0mg/L和0.5mg/L以下，而從2019年之后，更是提升到5.0mg/L和0.5mg/L以下。對(duì)此，HSDR水委會(huì)需要尋找污水廠的改造方案。
三個(gè)方案的比較
早在2010年他們就考察過(guò)搬遷的可能性，不過(guò)由于沒(méi)有可用的土地和出于成本的考慮，這個(gè)方案很快就被否決了。
隨后，他們鎖定了三種改造方案，分別是采用UCT工藝、好氧顆粒污泥工藝以及翻新重建。
上邊是他們對(duì)三種方案的成本估算，結(jié)果顯示，
新建UCT和好氧顆粒污泥工藝的前提投資都高于現(xiàn)有工藝的翻新改造，但后期的運(yùn)行成本會(huì)少很多。UCT工藝比好氧顆粒污泥再便宜一點(diǎn)的原因是前者可以沿用當(dāng)時(shí)的二沉池。
他們又對(duì)運(yùn)行成本進(jìn)一步拆分估算：
因?yàn)楹商m水委會(huì)有碳排放的要求，所以他們對(duì)三個(gè)方案的能耗表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)估：
最后他們結(jié)合對(duì)三種方案進(jìn)行綜合打分。下圖的評(píng)比結(jié)果顯示，好氧顆粒污泥工藝在多個(gè)分項(xiàng)都得到了加分。
經(jīng)過(guò)綜合評(píng)估，烏特勒支污水廠最后敲定了好氧顆粒污泥作為改造的創(chuàng)新工藝。
原位新建
2016年4月，水委會(huì)HDSR將污水廠改造項(xiàng)目的合同授予了荷蘭建筑公司Heijmans和GMB。當(dāng)時(shí)的項(xiàng)目耗資報(bào)價(jià)為1.2億歐元，包括了污水廠的設(shè)計(jì)、建造和十年的維護(hù)。
施工從2017年開始。好氧顆粒污泥由于設(shè)計(jì)更緊湊，所以可以在舊設(shè)備正常運(yùn)行的同時(shí)，在廠區(qū)另一側(cè)的土地進(jìn)行新系統(tǒng)的興建。
除了能效提高30%，項(xiàng)目方最引以為豪的亮點(diǎn)在于——原來(lái)廠區(qū)需要用到14個(gè)沉淀池，現(xiàn)在僅用6個(gè)好氧顆粒污泥的SBR池就可以完全替代。
如何培養(yǎng)足夠的顆粒污泥是項(xiàng)目的主要挑戰(zhàn)。六個(gè)反應(yīng)池的污泥都要從頭培養(yǎng)。因此，在2018年建好之后，相關(guān)人員用了一年的時(shí)間進(jìn)行調(diào)試，到2019年4月反應(yīng)池和調(diào)節(jié)池都有充足的顆粒污泥了。
2019年10月，污水廠正式宣告好氧顆粒物工藝投產(chǎn)運(yùn)行。荷蘭基礎(chǔ)設(shè)施及水利部部長(zhǎng)Cora van Nieuwenhuizen出席了開幕儀式，宣布Utrecht污水廠通過(guò)調(diào)試，甚至稱這項(xiàng)技術(shù)將成為荷蘭污水處理技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。新工藝能滿足從2019年開始實(shí)施的5mg/L總氮和0.5mg/L總磷的新出水標(biāo)準(zhǔn)。
臭氣問(wèn)題
在這次改造項(xiàng)目中，HDSR水委會(huì)不僅需要提高出水質(zhì)量，還要確保對(duì)環(huán)境的臭味降至最低。要知道這附近有三個(gè)新建的居民區(qū)，旁邊還有一個(gè)大型的超市，市民會(huì)對(duì)臭氣十分敏感。項(xiàng)目期間，污水廠確實(shí)遇到了麻煩，例如2018年那年荷蘭的夏季有點(diǎn)熱，但因?yàn)槲鬯畯S的臭氣問(wèn)題，附近居民不得不關(guān)著窗入睡。水委會(huì)因此收到了很多投訴。他們引入了瑞士公司Colasit的熔巖過(guò)濾器(lavafilter)，結(jié)合廢氣洗滌塔和活性炭過(guò)濾，對(duì)污泥脫水后收集的氣體進(jìn)行過(guò)濾凈化。
話說(shuō)為什么只是處理污泥部分的廢氣呢？
這是因?yàn)樗麄冊(cè)谡{(diào)查后發(fā)現(xiàn)，這些臭氣其實(shí)不是來(lái)自新建的系統(tǒng)，而是來(lái)自HDSR水委會(huì)其他15個(gè)污水廠收集過(guò)來(lái)的污泥。因?yàn)檫@些污泥在烏特勒支污水廠進(jìn)行脫水，而這些外來(lái)污泥因?yàn)橐呀?jīng)進(jìn)行好幾天的厭氧分解，所以會(huì)產(chǎn)生讓人難受的和臭氣。
為了提高市民對(duì)新污水廠的信心，他們從2020年10月8日起還開通了專門的投訴熱線，方便市民的監(jiān)督。同時(shí)他們還對(duì)過(guò)濾系統(tǒng)進(jìn)行每月取樣分析，并請(qǐng)第三方公司評(píng)估是否達(dá)標(biāo)。他們甚至成立了氣味小組，由附近15-20名居民組成，一旦有組員發(fā)出臭氣報(bào)告，他們會(huì)請(qǐng)聘請(qǐng)的第三方公司去確認(rèn)。
污水熱泵
由于采用了好氧顆粒污泥工藝，污泥處置改為外包的方式，所以烏特勒支污水廠不再通過(guò)厭氧消化回收能源。烏特勒支也是個(gè)想在2030實(shí)現(xiàn)碳中和的城市，少了厭氧消化的沼氣產(chǎn)出，污水廠如何滿足2030年的目標(biāo)呢？
早在2013年，在污水廠改造的備忘錄里，除了污水處理部分，水委會(huì)還對(duì)污水源熱泵的技術(shù)進(jìn)行考察，最終他們選擇了Eneco公司的熱泵技術(shù)，從廢水中回收熱能。
2018年10月，HDSR水委會(huì)和Eneco公司簽訂了合作協(xié)議，在烏特勒支污水廠建造容量為25MW的熱泵。這是目前荷蘭最大的熱泵項(xiàng)目，預(yù)計(jì)在2022年投產(chǎn)使用。據(jù)項(xiàng)目人員介紹，Eneco稱這套設(shè)備能為烏特勒支市10000戶家庭提供100%的可再生供暖，覆蓋全市15%的供暖需求。
有心的讀者可能會(huì)問(wèn)：不是說(shuō)已經(jīng)沒(méi)有土地了嗎？哪還有地方建熱泵呢？大家是否還記得舊廠的14個(gè)沉淀池？這些騰出的空間足夠用來(lái)建熱泵了，另外他們還會(huì)請(qǐng)景觀公司提高污水廠的顏值。
小結(jié)
城市化使許多污水廠從當(dāng)年的郊區(qū)“移到”了市里，好氧顆粒污泥+熱泵是不是這些污水廠原地改造的一個(gè)潛在技術(shù)方案呢？
話說(shuō)中國(guó)的水源熱泵也挺發(fā)達(dá)的，這能不能成為中國(guó)污水廠邁向碳中和的重要能源補(bǔ)充？
不過(guò)烏特勒支污水廠改造還未正式完成，等運(yùn)行結(jié)果發(fā)布之后，我們?cè)賮?lái)烏特勒支污水廠是不是未來(lái)污水資源回收工廠的答案之一。
