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》。在上海長寧住的朋友可能都曾路過這里，它的臭氣問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”來報道它停運(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，中國污水處理廠總數(shù)還不到1000座�？上]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不能也出幾個百年污水廠呢？是新建或者搬遷的成本遠(yuǎn)低于原地改造嗎？我之前介紹過英國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)時的荷蘭環(huán)保部長稱是“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改造
烏得勒支(Utrecht)是荷蘭的第四大城市，人口只有36萬。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進(jìn)行一次改造和擴(kuò)建。經(jīng)過1990年代的升級改造后，目前的處理能力為75000m³/天。盡管1959年以來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，當(dāng)?shù)厮瘯矊ξ鬯畯S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。對此，HSDR水委會需要尋找污水廠的改造方案。
三個方案的比較
早在2010年他們就考察過搬遷的可能性，不過由于沒有可用的土地和出于成本的考慮，這個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)時的二沉池。
他們又對運(yùn)行成本進(jìn)一步拆分估算：
因?yàn)楹商m水委會有碳排放的要求，所以他們對三個方案的能耗表現(xiàn)進(jìn)行評估：
最后他們結(jié)合對三種方案進(jìn)行綜合打分。下圖的評比結(jié)果顯示，好氧顆粒污泥工藝在多個分項(xiàng)都得到了加分。
經(jīng)過綜合評估，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)時的項(xiàng)目耗資報價為1.2億歐元，包括了污水廠的設(shè)計、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)計更緊湊，所以可以在舊設(shè)備正常運(yùn)行的同時，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——原來廠區(qū)需要用到14個沉淀池，現(xiàn)在僅用6個好氧顆粒污泥的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Cora van Nieuwenhuizen出席了開幕儀式，宣布Utrecht污水廠通過調(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)。
臭氣問題
在這次改造項(xiàng)目中，HDSR水委會不僅需要提高出水質(zhì)量，還要確保對環(huán)境的臭味降至最低。要知道這附近有三個新建的居民區(qū)，旁邊還有一個大型的超市，市民會對臭氣十分敏感。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的臭氣問題，附近居民不得不關(guān)著窗入睡。水委會因此收到了很多投訴。他們引入了瑞士公司Colasit的熔巖過濾器(lavafilter)，結(jié)合廢氣洗滌塔和活性炭過濾，對污泥脫水后收集的氣體進(jìn)行過濾凈化。
話說為什么只是處理污泥部分的廢氣呢？
這是因?yàn)樗麄冊谡{(diào)查后發(fā)現(xiàn)，這些臭氣其實(shí)不是來自新建的系統(tǒng)，而是來自HDSR水委會其他15個污水廠收集過來的污泥。因?yàn)檫@些污泥在烏特勒支污水廠進(jìn)行脫水，而這些外來污泥因?yàn)橐呀?jīng)進(jìn)行好幾天的厭氧分解，所以會產(chǎn)生讓人難受的和臭氣。
為了提高市民對新污水廠的信心，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。同時他們還對過濾系統(tǒng)進(jìn)行每月取樣分析，并請第三方公司評估是否達(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)出臭氣報告，他們會請聘請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厭氧消化回收能源。烏特勒支也是個想在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，水委會還對污水源熱泵的技術(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。
有心的讀者可能會問：不是說已經(jīng)沒有土地了嗎？哪還有地方建熱泵呢？大家是否還記得舊廠的14個沉淀池？這些騰出的空間足夠用來建熱泵了，另外他們還會請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潛在技術(shù)方案呢？
話說中國的水源熱泵也挺發(fā)達(dá)的，這能不能成為中國污水廠邁向碳中和的重要能源補(bǔ)充？
不過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，我們再來烏特勒支污水廠是不是未來污水資源回收工廠的答案之一。
