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，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80年代投產(chǎn)的污水廠的水平應該是很高的了，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的結局。
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，還被當時的荷蘭環(huán)保部長稱是“荷蘭污水處理技術的新標準”。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?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行一次改造和擴建。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行，但到了2010年前后，很多設施組件都需要更換了。此時，當?shù)厮瘯矊ξ鬯畯S的出水提出了更嚴格的要求：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，但后期的運行成本會少很多。UCT工藝比好氧顆粒污泥再便宜一點的原因是前者可以沿用當時的二沉池。
他們又對運行成本進一步拆分估算：
因為荷蘭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)進行評估：
最后他們結合對三種方案進行綜合打分。下圖的評比結果顯示，好氧顆粒污泥工藝在多個分項都得到了加分。
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將污水廠改造項目的合同授予了荷蘭建筑公司Heijmans和GMB。當時的項目耗資報價為1.2億歐元，包括了污水廠的設計、建造和十年的維護。
施工從2017年開始。好氧顆粒污泥由于設計更緊湊，所以可以在舊設備正常運行的同時，在廠區(qū)另一側的土地進行新系統(tǒng)的興建。
除了能效提高30%，項目方最引以為豪的亮點在于——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目的主要挑戰(zhàn)。六個反應池的污泥都要從頭培養(yǎng)。因此，在2018年建好之后，相關人員用了一年的時間進行調(diào)試，到2019年4月反應池和調(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)運行。荷蘭基礎設施及水利部部長Cora van Nieuwenhuizen出席了開幕儀式，宣布Utrecht污水廠通過調(diào)試，甚至稱這項技術將成為荷蘭污水處理技術的標準。新工藝能滿足從2019年開始實施的5mg/L總氮和0.5mg/L總磷的新出水標準。
臭氣問題
在這次改造項目中，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。項目期間，污水廠確實遇到了麻煩，例如2018年那年荷蘭的夏季有點熱，但因為污水廠的臭氣問題，附近居民不得不關著窗入睡。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)，結合廢氣洗滌塔和活性炭過濾，對污泥脫水后收集的氣體進行過濾凈化。
話說為什么只是處理污泥部分的廢氣呢？
這是因為他們在調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，這些臭氣其實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。因為這些污泥在烏特勒支污水廠進行脫水，而這些外來污泥因為已經(jīng)進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)進行每月取樣分析，并請第三方公司評估是否達標。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。
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進行考察，最終他們選擇了Eneco公司的熱泵技術，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目，預計在2022年投產(chǎn)使用。據(jù)項目人員介紹，Eneco稱這套設備能為烏特勒支市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
城市化使許多污水廠從當年的郊區(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方案呢？
話說中國的水源熱泵也挺發(fā)達的，這能不能成為中國污水廠邁向碳中和的重要能源補充？
不過烏特勒支污水廠改造還未正式完成，等運行結果發(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。
