可持續(xù)污水處理理念早在20年前便已在歐洲出現(xiàn)，具體說來說，荷蘭代爾夫特理工大學(xué)成為這一理念的提出者、倡導(dǎo)者、研發(fā)者和實踐者。它的Kluvyer生物技術(shù)實驗室在微生物工程技術(shù)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(shù)，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(cè)流富集/主流強化硝化（BABE）、生物塑料（PHA）回收等技術(shù)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(shù)創(chuàng)新大獎。

對可持續(xù)污水處理技術(shù)的釋義，vanLoosdrecht教授剛剛在《Science》上闡述了他對未來污水處理技術(shù)發(fā)展的預(yù)測，荷蘭應(yīng)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(chǎn)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(shù)的全部內(nèi)涵，成為下一代污水處理的新框架。NEWs框架之內(nèi)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(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。這就是能源工廠的內(nèi)容。

（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。這便是營養(yǎng)物工廠的內(nèi)涵。

（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，剩下的資源則是我們熟知的再生水，作為副產(chǎn)品隨之產(chǎn)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(zhì)、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(shù)路線圖

2.1 設(shè)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(xiàn)NEWs框架目標計劃，大多數(shù)水務(wù)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(shè)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(shè)想，因為他們認為雖然實現(xiàn)NEWs的目標一致，但各地、各廠實施方案應(yīng)有不同，需因地制宜、審慎選擇適合自己的可行技術(shù)，避免出現(xiàn)全部以所謂高技術(shù)代之的概念化、但不切實際之工藝方案。

荷蘭人一貫務(wù)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(lǐng)世界的污水處理新技術(shù)，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(tǒng)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(chǔ)上逐步被擴展為NEWs工廠。

2.2 影響因素

人口、經(jīng)濟、生態(tài)、社會、技術(shù)和環(huán)境政策發(fā)展都將對未來污水處理形式產(chǎn)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(zhì)，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(zhì)，能量碳中和程度和營養(yǎng)物回收等指明了污水處理中產(chǎn)品的生產(chǎn)方向，直接構(gòu)成NEWs的核心內(nèi)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(yù)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(zhuǎn)化。每一個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，相同的技術(shù)亦可在不同的工藝步驟中獲得應(yīng)用，這取決于處理目的�？梢灶A(yù)見，到2030年目前使用的一些技術(shù)將壽終正寢，一些研發(fā)中的技術(shù)將獲得應(yīng)用，新技術(shù)也將涌現(xiàn)。

2.4 NEWs框架下的概念工廠

考慮到上述各方面影響和現(xiàn)有技術(shù)研發(fā)成果，荷蘭專家組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（圖3、4、5），引導(dǎo)荷蘭既有污水處理廠根據(jù)各自工藝現(xiàn)狀和分階段升級改造目標參考實施。

與營養(yǎng)物工廠有關(guān)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(guān)技術(shù)。原污水經(jīng)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(chǎn)CH₄后經(jīng)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(chǎn)生NH₄PO（磷酸鹽：(NH₄)₂HPO₄、(NH4)₃PO₄等），亦可生產(chǎn)NH₄NO₃。工藝的主要特點是首先將COD與營養(yǎng)物質(zhì)分離，分別回收能源與資源。

傳統(tǒng)上，能量生產(chǎn)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(wù)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(chǎn)正式納入污水處理的回收方向。與能源工廠相關(guān)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(guān)技術(shù)。原污水經(jīng)格柵后通過微濾網(wǎng)首先截留20%的顆粒COD；經(jīng)預(yù)沉池再沉淀10%~15%的SS（與微濾網(wǎng)截留的20%COD一起用于超臨界氣化產(chǎn)H₂和CH₄）；后經(jīng)AB法A段生物吸附/沉淀或厭氧消化（AD）生產(chǎn)CH₄；出水再經(jīng)主流ANAMMOX反應(yīng)去除氮（N）；最后磷（P）以化學(xué)結(jié)晶方式回收；再生水在排放之前經(jīng)水源熱泵交換熱量供熱后排放。微濾截留COD、預(yù)沉和沉淀池污泥經(jīng)超臨界氣化后產(chǎn)生H₂和CH₄，它們與厭氧消化產(chǎn)生的CH₄一道由燃料電池產(chǎn)電。這一概念工藝強調(diào)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(chǎn)CH₄；N與P以無碳源需求的ANAMMOX方式與化學(xué)結(jié)晶方式去除，以最大化COD轉(zhuǎn)化能源。

與再生水廠相關(guān)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(guān)技術(shù)如圖5所示的概念工藝。再生水廠概念工藝的目標產(chǎn)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(jīng)AB法的A段和膜生物（MBR）反應(yīng)器處理后，加臭氧（O₃）高級氧化（難降解COD）處理，再經(jīng)接觸池、生物活性炭過濾后，一小部分（30%）處理水經(jīng)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(tǒng)。這一概念工藝的特點是，最大程度隔離COD并轉(zhuǎn)化能源（A段），生物脫氮（MBR），化學(xué)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(jīng)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(nèi)實現(xiàn)營養(yǎng)物、能源和再生水三位一體的生產(chǎn)廠（NEWs）。未來16年，將按NEWs技術(shù)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(yīng)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(yīng)平穩(wěn)發(fā)展的需要。需要意識到的是，NEWs能否變?yōu)楝F(xiàn)實的根本條件是其產(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。

NEWs設(shè)計將以現(xiàn)代設(shè)計方法為基礎(chǔ)，逐步完善并建立營養(yǎng)物、能源與再生水工廠的設(shè)計方法。對于正在推進的研究，應(yīng)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(xiàn)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(yīng)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(jù)《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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