”新概念污水厂？“—基于NEWs理念的污水厂案例分享 高度概括为营养物+能量+再生水工厂的NEWs框架

3 NEWs实践与案例

3.1 营养物工厂

磷回收实践很早就已出现在荷兰。1993年起，Geestmerambacht污水处理厂已开始在侧流中采用结晶反应器从剩余污泥中回收颗粒状磷酸钙，用于磷酸盐工业原料。其实，侧流磷回收工艺曾经在很多污水处理厂都有使用过，但因为投加化学药剂成本过高，且运行中存在一些问题，使得这种磷回收工艺大都销声匿迹。到2004年， Geestmerambacht厂成为唯一坚守此工艺的污水处理厂。

Steenderen污水处理厂处理来自于土豆加工厂废水和当地市政污水。该厂以投加MgO方式生产鸟粪石，并实现污泥减量。同时，该厂采用ANAMMOX工艺侧流处理污泥消化液。

在荷兰南部SNB地区，污水处理厂污泥采用焚烧处理（400 000 t/a），磷酸盐（PO₄^3-）被浓缩后残留于灰烬中，其含量可达80 g P/kg灰分。从污泥灰烬中回收磷，每年可生产PO₄^3- 达3 100 t P/a，并被销售至磷酸盐工业（Thermphos）。

Deventer 污水处理厂采用BCFS工艺，该工艺厌氧池侧流上清液中含有高浓度PO₄^3-（30~50 mg P/L），可使用化学结晶方法投加金属盐予以分离、回收。该污水处理厂对多种金属盐（钙、铝和镁）试验发现，钙是最佳的化学药剂，且附加成本低于附加收益。

3.2 能源工厂

Dokhaven污水处理厂位于荷兰南部城市鹿特丹市中心一废弃码头，是荷兰唯一的地下污水处理厂，其设计处理能力小时流量分别为9 100 m³/h（旱季）和19 000 m³/h（雨季）；该厂主流工艺采用AB法，侧流采用了SHARON+ANAMMOX技术对污泥厌氧消化液进行自养脱氮。A、B两段剩余污泥以不同脱水方式脱水至进入后续消化池（2座）厌氧消化产CH₄，并用于CHP发电和产热：电用于污水处理厂运行，余热用于消化系统加热和冬季办公室取暖等。目前生产沼气量达4 214 081 m³/a，发电量可达8 282 946 kWh/a，而污水处理厂电力消耗为18 934 740 kWh/a，这使得电力自给率达到43.74%。若考虑余热利用这部分能量，该厂的碳中和率实际已达70%以上。

Veluwe水务局与Apeldoorn市政局及Essent供电公司合作，在Apeldoorn 污水处理厂引入厌氧共消化技术来同步处理剩余污泥和餐余垃圾，同时对污泥厌氧消化液采用侧流自养脱氮（DEMON）工艺处理，以减少碳源消耗，增加更多剩余污泥量供厌氧消化转化沼气后用于CHP发电，CHP余热为水厂附近2 500户家庭供热，可减少该居民区50%~60%CO₂排放量。

Garmerwolde污水处理厂采用AB法中的A段将COD作为污泥（生物吸附）分离，并利用2个连续厌氧消化池处理这些污泥以及邻近污水处理厂剩余污泥。消化污泥脱水上清液处理采用节能型中温亚硝化SHARON工艺；沼气CHP发电可以满足60%~70%运行能耗，余热则用于加热消化池。

阿姆斯特丹西区（AmsterdamWest）污水处理厂目前是荷兰最大的污水处理厂之一，处理能力达1百万当量人口/a。该厂采用传统污泥消化工艺，同时处理自产污泥和邻近的其它污水处理厂的污泥（达100 000 t/a）。沼气和消化后污泥送至附近垃圾焚烧厂使用和最终处置并生产能量：1）电20 000 MWh/a；2）热50 000 GJ/a。反向，由垃圾焚烧厂向污水处理厂供电供热，可满足污水处理厂电力需求的40%，同时可使污水处理厂减少使用天然气1 800 000 m³/a，进而避免温室气体（当量CO₂）排放3 200 t/a。

3.3 综合应用案例

NEWs发展的终级目标是在同一污水处理厂内实现营养物、能源与水的三位一体生产。

Vallei & Eem水务局在2010~2015年综合处理计划中，将可持续污水处理作为其运行目标，并制定出一些实施措施。

Vallei & Eem水务局于2009年与其它12个水务局共同参与了能源工厂计划（the Energy Factory Project），希望通过升级改造污水处理厂并达到碳中和运行目标。Vallei & Eem水务局计划以Amersfoort污水处理厂为案例，探求新技术与新工艺，以使污水处理厂至少能达到能量自给自足的水平。具体目标^[17]是，在2014年Amersfoort污水处理厂（处理能力：300 000当量人口/d，处理水量约9 000 m³/h；出水标准：N=10 mg N/L, P=0.2 mg P/L）将以能量工厂方式运行，除能量回收外，营养物质（N，P）也予以回收利用。为增加产能并降低能耗，Amersfoort污水处理厂从2010年起使用活性炭过滤沼气，以提高沼气中CH₄含量；2011年引入微曝气系统以提高曝气效率。这些措施使得Amersfoort污水处理厂的能量自给率已从30%提高到了50%。为进一步提高能量自给率，该厂于2012年引入DEMON自养脱氮反应器；2013年采用了更高效的CHP技术。

2010年，Vallei & Eem水务局开展了综合污水处理厂实践研究，研究目标是实现可持续污水处理，将所有具有重要价值的资源与能源从污水中回收利用。为使Amersfoort污水处理厂转变为可持续的污水处理厂，Vallei & Eem水务局的主要考虑依据为：

1）工艺能耗最小化；

2）消化产能最大化；

3）回收污水中有价值的产品（营养）。

相应采取的具体技术为：1）吸纳他厂污泥在Amersfoort厂集中消化；2）采用热压水解方式预处理污泥，以提高沼气产量；3）磷回收；4）消化污泥上清液自养脱氮；5）应用有机朗肯循环（ORC）改善沼气发电效率；6）余热干化污泥，干化污泥用作热电厂燃料。

经为期1年的综合研究，基本确定了综合污水处理的大方向：1）生物除磷与化学磷回收；2）不在进水中投加聚电解质 PE（在初沉池中投加PE增加初沉污泥量对消化产能并没有起到积极作用，并可能影响出水水质）；3）水务局北部地区其它3个污水处理厂（Soest,Nijkerk与Woudenberg）污泥在Amersfoort厂集中厌氧消化+热压水解（TPH），并干化75%消化污泥（因用于污泥干化的余热是有限的）；5）采用不设有机朗肯循环（ORC）的CHP方式。

基于综合污水处理厂研究结果，Vallei& Eem水务局与荷兰应用水研究基金会（STOWA）已开始了执行Omzet-Amersfoort合作研究计划（2011~ 2016年），Omzet-Amersfoort合作研究计划之目标是通过可持续污水处理，实现较为有效的资源与能源利用，这一计划主要在Amersfoort污水处理厂中实施，将Amersfoort污水处理厂转变为能源与资源回收工厂。Omzet-Amersfoort计划分3个阶段实施: 1）污泥集中消化+热压水解（TPH）；2）生物除磷与化学磷回收；3）CHP余热干化污泥。欧盟LIFE+资助的方向为：1）创新项目（TPH，磷回收，污泥干化）；2）监测结果；3）知识共享。

为了将Amersfoort污水处理厂改造为资源与能源回收工厂，水务局需要将污水处理厂既有工艺进行升级改造，并分别通过公开招标方式由德国、荷兰以及加拿大等国公司分获设计、施工等项目，最终将Amersfoort污水处理厂升级改造为如图7所示工艺。

Nijkerk污水处理厂目前拥有较新的CHP，故将初沉污泥送往Amersfoort污水处理厂集中处理并不经济，初沉污泥仍在Nijkerk厂单独厌氧消化处理，沼气经CHP产电和热用于Nijkerk污水处理厂。Woudenberg厂未设初沉池，因而没有初沉污泥。4个污水处理厂初沉污泥和二沉污泥（Nijkerk 和Woudenberg初沉污泥除外）送往磷分离单元（Wasstrip工艺）池中释放磷后富磷上清液送往Peal反应器回收磷，污泥经带式浓缩机浓缩后送往消化池。消化过程中，污泥通过热压水解处理以生产更多沼气，沼气通过CHP发电产热。消化污泥脱水上清液进入Peal反应器（投加适量Mg²⁺）与来自于Wasstrip池富磷上清液在此实现磷回收。经Peal反应器磷回收后高氨氮污泥上清液通过自养脱氮（DEMON）方式被大部分去除。CHP所产电和热主要用于Amersfoort污水处理厂运行，过剩的电将送往外部电网，余热将在未来用于污泥干化或其他目的。

新工艺中主要采用了：1）污泥热压水解技术（THP）。在高温高压下裂解污泥细胞结构以提高沼气产量；2）磷回收技术（Wasstrip^[22] +Peal^[23]）。Wasstrip工艺是对Peal营养回收技术的理想补充，这一工艺在剩余污泥浓缩消化之前将磷和镁从剩余污泥中分离，形成富磷与镁的上清液，并被直接送往Peal反应器。Peal技术用于侧流处理含高磷和氨氮浓度的脱水污泥上清液，主要生成鸟粪石（MgNH₄PO₄·6H₂O）产品。Peal技术可以回收上清液中90%以上的磷，鸟粪石颗粒纯度超过99.9%，其颗粒尺寸和硬度都非常适合用作肥料，收集干燥后可包装成优质肥料——Crystal Green.

Omzet-Amersfoort计划的第一和第二阶段预计于2015年完成，这将成为Vallei & Veluwe水务局实现污水处理碳中和运行的里程碑，同时实现从污泥脱水上清液中回收营养物的目标。目前，Amersfoort污水处理厂升级改造设计已经完成。因采用热压水解（TPH）而大大促进了污泥厌氧消化产CH₄，这便可使Amersfoort 污水处理厂能源自给率高达130%，产生2 M kWh/a剩余电量供应社会（足以满足600家庭1年使用）； 4个污水处理厂总的能源自给率也将达到70%；CHP余热最大限度被回收。 4个污水处理厂进水总磷的42%将得以回收并转化为对环境无害的高质肥料Crystal Green（900 t/a）；化学药剂使用将减少50%。

4 结语

视污水为资源与能源载体的认识转变致使荷兰自上世纪末起对污水处理目标追求不仅仅是满足单一出水标准的需要，完全明确了污水处理的首要目标不是“去除”而是“回收”。在代尔伏特理工大学早期能源利用与资源回收可持续污水处理理念指导下，荷兰STOWA于2008年将这一理念高度概括为营养物+能量+再生水工厂的NEWs框架，并在污水处理基本流程与现有技术的基础上分别提出了三种不同侧重的概念工艺。然而，STOWA的终极目标是完全实现NEWs框架下的三位一体的工厂目标。

NEWs框架的建立虽然针对未来污水处理方向，但并不预示着既有污水处理设施要被推倒重来，也没有平地新建示范厂的打算，而是强调既有污水厂根据自身情况、因地制宜地向着NEWs框架的部分或全部逐渐逼近。这就是荷兰人一贯务实的作风，也是我们在学习理念、技术时最先应该学到的内涵。

纵观一些实践NEWs框架污水处理厂的工程实践不难看出，传统工艺仍然占据着荷兰污水处理的主流。资源、能源回收目前以磷回收与污泥转化能源（CH₄）为主要核心，也最为现实。磷回收强调生物除磷与化学磷回收相结合的方式共同实施，污泥转化能源则要求最大化污泥产量，即，污泥增量化。

水进展点评：

NEWs框架含义为”营养物+能量+再生水“三位一体的框架，荷兰NEWs的2030年路线图，在污水处理基本流程与现有技术的基础上分别提出了三种不同侧重的概念工艺。这些理念，一直在引领国际上污水处理技术的先进发展方向。NEWs框架并不是对既有工艺的否定，也不提倡盲从新技术，而是要求荷兰既有污水处理厂按框架内容、因地制宜地选择适合自己的升级改造工艺方案。

本文根据《中国给水排水》2014年20期郝晓地教授论文，原文题目“

荷兰未来污水处理新框架——NEWs及其实践”

删减整理。

文中照片非论文内容，由“水进展”编辑提供。