可持续污水处理理念早在20年前便已在欧洲出现，具体说来说，荷兰代尔夫特理工大学成为这一理念的提出者、倡导者、研发者和实践者。它的Kluvyer生物技术实验室在微生物工程技术方面的成就享誉全球，目前国际上盛行的一些污水生物处理技术，诸如，反硝化除磷与磷回收(BCFS)、短程硝化(SHARON)、厌氧氨氧化(ANAMMOX/CANON)、好氧颗粒污泥(NEREDA)、侧流富集/主流强化硝化(BABE)、生物塑料(PHA)回收等技术无一例外全部都是出自Mark van Loosdrecht教授之手，他因此也获得了2012年度全球水业“诺贝尔”大奖——新加坡李光耀水奖，并连续获得欧洲及荷兰若干技术创新大奖。
对可持续污水处理技术的释义，vanLoosdrecht教授刚刚在《Science》上阐述了他对未来污水处理技术发展的预测，荷兰应用水研究基金会(STOWA)早在2008年便用“NEWs”一词高度概括了未来污水处理厂的组成框架。
1、NEWs框架与意义
NEWs是英文Nutrient(营养物) + Energy(能源) + Water (水)factories(工厂)词组的缩写，表示可持续理念下的污水处理厂其实是营养物、能源和再生水三位一体的生产工厂。NEWs一词既有新闻也有新生事物之意，巧妙地概括了可持续污水处理技术的全部内涵，成为下一代污水处理的新框架。NEWs框架之内涵可展示为图1所示的图文摘要。在NEWs框架下，污水中几乎没有传统意义上的废物：
(1)有机物为能量的载体，转化后可用于弥补运行能耗，实现碳中和运行目的;污水本身所含热量亦可通过水源热泵转换出大量热/冷能，不仅可贡献于碳中和运行，还能向社会输出热/冷量。这就是能源工厂的内容。
(2)污水中的营养物质，特别是磷，在处理过程中可有效回收，以最大限度延缓磷资源的匮乏速度。这便是营养物工厂的内涵。
(3)有机物及营养物回收完成后，也即完成了传统污水处理的主要目标，剩下的资源则是我们熟知的再生水，作为副产品随之产生。所谓再生水工厂，指的就是这层意思。
除此之外，污水中的无机砂砾、纤维素一类的难降解物质、污泥中的重金属/生物塑料(PHA)等亦可列入回收清单。
2、NEWs技术路线图
2.1 设定目标
荷兰STOWA早在2008年便制定出到2030年污水处理厂要实现NEWs框架目标计划，大多数水务局(Water Boards，全荷兰目前共有23个)亦按此计划开始对污水处理厂规划、设计升级改造方案。然而，在其既有的350座污水处理厂中，荷兰目前还没有打算推倒重来或另行选址平地新建NEWs框架下概念厂的设想，因为他们认为虽然实现NEWs的目标一致，但各地、各厂实施方案应有不同，需因地制宜、审慎选择适合自己的可行技术，避免出现全部以所谓高技术代之的概念化、但不切实际之工艺方案。
荷兰人一贯务实的思路与作法为世界注目。虽然近20年中，荷兰人研发了上述众多引领世界的污水处理新技术，但是，他们在上世纪50年代开发的氧化沟目前仍然是其污水处理的主流工艺(约占全部处理工艺的40%，这些目前以传统工艺运行的污水处理厂并不需要被推倒重来，而是要在此基础上逐步被扩展为NEWs工厂。
2.2 影响因素
人口、经济、生态、社会、技术和环境政策发展都将对未来污水处理形式产生影响。具体到细节，影响因素按其优先程度从高到低依次为：出水水质，运行成本，能量碳中和程度，营养物回收，污水政策，风险状况，可持续性，运行维护，水资源匮乏程度，土地利用等等。出水水质，能量碳中和程度和营养物回收等指明了污水处理中产品的生产方向，直接构成NEWs的核心内容，成为荷兰2030年污水处理厂发展方向的框架。
2.3 处理工艺步骤
荷兰将污水处理工艺步骤分为如图2所示的6个过程：1)预处理;2)基本处理;3)后处理;4)污泥处理;5)(污泥脱水)上清液处理;6)能量转化。每一个工艺步骤背后均有许多可选择、研发中的技术予以支持，相同的技术亦可在不同的工艺步骤中获得应用，这取决于处理目的。可以预见，到2030年目前使用的一些技术将寿终正寝，一些研发中的技术将获得应用，新技术也将涌现。
2.4 NEWs框架下的概念工厂
考虑到上述各方面影响和现有技术研发成果，荷兰专家组提出了几个具有代表性、亦能引领2030年NEWs框架目标的营养物回收、能量回收、再生水概念工艺(图3、4、5)，引导荷兰既有污水处理厂根据各自工艺现状和分阶段升级改造目标参考实施。
与营养物工厂有关的工艺步骤为图2所示的(1)®(2)®(4)®(5)，图3绘出了营养物工厂概念工艺与涉及的相关技术。原污水经沉砂池去除无机砂砾后，主要靠生物固磷(强化生物除磷，EBPR)将污水中P富集于污泥中沉淀回收;处理水达标排放/回用;富磷污泥厌氧消化产CH4后经离心机脱水干化，主要从干污泥焚烧灰烬中回收磷，也可氧化上清液产生NH4PO(磷酸盐：(NH4)2HPO4、(NH4)3PO4等)，亦可生产NH4NO3。工艺的主要特点是首先将COD与营养物质分离，分别回收能源与资源。
传统上，能量生产不是污水处理的主要目的，但截止到2010年，荷兰26个(目前已合并至23个)水务局中已有14个开始与科研单位和企业合作，以发展NEWs框架下的能源工厂，使能量生产正式纳入污水处理的回收方向。与能源工厂相关的工艺步骤为图2所示的(1)®(2)®(4)®(6)，图4显示了专家组提出的能量工厂概念工艺流程与涉及的相关技术。原污水经格栅后通过微滤网首先截留20%的颗粒COD;经预沉池再沉淀10%~15%的SS(与微滤网截留的20%COD一起用于超临界气化产H2和CH4);后经AB法A段生物吸附/沉淀或厌氧消化(AD)生产CH4;出水再经主流ANAMMOX反应去除氮(N);最后磷(P)以化学结晶方式回收;再生水在排放之前经水源热泵交换热量供热后排放。微滤截留COD、预沉和沉淀池污泥经超临界气化后产生H2和CH4，它们与厌氧消化产生的CH4一道由燃料电池产电。这一概念工艺强调首先截留COD并使之直接超临界气化，剩余溶解性COD采用厌氧分解产CH4;N与P以无碳源需求的ANAMMOX方式与化学结晶方式去除，以最大化COD转化能源。
与再生水厂相关的处理工艺步骤为图2中的(1)®(2)®(3)过程，具体涉及工艺流程与相关技术如图5所示的概念工艺。再生水厂概念工艺的目标产品为锅炉补水、甚至是饮用水，但是，再生水中绝大部分(80%)最后均进入芦苇湿地和地表水。原污水经AB法的A段和膜生物(MBR)反应器处理后，加臭氧(O3)高级氧化(难降解COD)处理，再经接触池、生物活性炭过滤后，一小部分(30%)处理水经反渗透(RO)深度处理获得锅炉补充水、甚至是饮用水(20%)，10%(间排)的浓液与另外70%(直排)处理水最后排入芦苇湿地或地表水系统。这一概念工艺的特点是，最大程度隔离COD并转化能源(A段)，生物脱氮(MBR)，化学除磷，难降解COD高级氧化。
2.5 实施计划
营养物工厂、能源工厂和再生水工厂的框架已经形成，而未来要做的不是将污水处理厂改造为单一的营养物、能源、或再生水工厂，而是要尽可能更多地发掘污水资源/能源化潜力，在同一污水处理厂内实现营养物、能源和再生水三位一体的生产厂(NEWs)。未来16年，将按NEWs技术路线图逐步形成实体NEWs工艺。最佳NEWs是因地制宜的工艺，同时，NEWs工艺应朝模块化方向发展，从而使其各个单元升级改造可独立进行，以适应平稳发展的需要。需要意识到的是，NEWs能否变为现实的根本条件是其产品——营养物、能源和再生水可否成为下游企业愿意接受的产品。这就需要管理人员在技术研发的同时也要积极寻求产品的潜在市场。
NEWs设计将以现代设计方法为基础，逐步完善并建立营养物、能源与再生水工厂的设计方法。对于正在推进的研究，应予以详细评估，而对于将要进行的研究，要有明确的目标方向，以获得最佳效果，实现理想的NEWs。尤为重要的是彼此独立的营养物、能源和再生水工艺研究应予以综合考察，形成相互参考、互相借鉴、相互促进的良性研发模式。
未完待续!(后续继续介绍NEWS案例)。
原标题：荷兰未来污水处理新框架——NEWs及其实践
