初沉池似乎是所有教科书里都会提到的市政污水处理厂的标配工序之一。它可除去废水中的可沉物和漂流物。废水经初沉后，约可去除50%的悬浮固体和油脂，以及25%的BOD。通过强化作用还能进一步回收BOD，减轻后续处理设施的负荷。这么看来，初沉池应该是非常经济可靠的处理步骤，成为“标配"也就不奇怪了。
但是总有人认为“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，荷兰阿姆斯特丹水务公司Waternet的Hans van Fulpen, Manon Bechger和Tauw公司的 Berend Reitsma就想给自己折腾一下：他们决定还是要亲自算一算，有和没有初沉池的污水厂费用究竟差多少。结果也确实有惊喜，他们把调研结果发表于8月7号在荷兰皇家水协会KNW旗下的杂志H2O上。奥尼卡水处理创新部落本期“学术星期四”专栏小编就自告奋勇把他们的荷兰文报告翻译给大家参考。
AGV水委会的管辖范围 | 图源:agv.nl
初沉池对污水厂可持续发展的影响
建于1974年的荷兰Weesp污水厂已显得十分老旧，当局计划在2020年前用先进的技术和工艺对其进行翻新。他们正对不同的工艺理念(传统的和创新的)进行比较，其中一个讨论点就是是否需要初沉池。如果是新建一个传统的UCT系统，那么配置初沉池要比没有初沉池的成本每年高10-15%。在节能和减少CO2排放上的获益因此比使用风能和/或太阳能要昂贵得多。根据所属水委会(AGV Waterboard)2016年的总体规划，最有可能的是在2020年之际，用一座新的承载最新技术水平的污水厂代替目前的Weesp污水厂。能效和可持续性是新污水厂的基本考虑要素，而下图的Hilversum污水厂是其中的参考模板：
图1. 基于mUCT的Hilversum污水厂: (带有兼性厌氧好氧池的两条平行处理线)
AGV水委会( Amstel Gooi 和Vecht的简称)深知气候变化对未来水务管理的影响。污水厂的改造/新建项目是引入可持续发展的水管理的机会，实现稀缺资源的回用、提高生物多样性和回收能源等，并最终增加营收和降低水费。 AGV水委会希望借此机会来为水行业梳理一个好的榜样，在2020年实现污水厂能量自给的目标。
阿姆斯特丹水务公司Waternet和咨询公司Tauw的四位荷兰人对Weesp污水厂的潜在新建项目的不同工艺理念进行了比较，包括了传统工艺和创新工艺、有和没有初沉池等。结果显示有初沉工序的系统持久性更好，但是造价也明显更高。污水厂要实现可持续发展，成本究竟要多少?或者说污水厂是否可以通过其他其他更便宜的方式，例如风能和太阳能等，实现可持续性?如果Weesp污水厂的替代计划正在规划中，现在是时候做出决定的了。这篇文章对这些问题进行了探讨和阐述，并且讨论这些问题是否对荷兰其他地区也有借鉴参考意义。
延伸阅读：
新水厂要还是不要初沉池?
新建污水厂基本选定了传统的UCT工艺作为主流生物处理的工艺，接下他们想确认的问题是：是否需要建造初沉池?对于一些创新性的工艺，关于初沉池的影响的文献非常有限。所以荷兰人假设UCT系统的数据对其他生物处理工艺也能适用。这个污水厂的氮磷的出水标准为年平均总氮10 mg/L和总磷2mg/L。他们估计在10-15年内污水厂的出水标准不会有新的物质的要求。另外污水厂排除的水体也不是政府的重点关注对象(阿姆斯特丹-莱茵运河并不会敏感水体)。
此处稍微拓展一下：UCT工艺取名南非的开普敦大学(University of Cape Town)，因为发明团队来自该大学。话说南非在70-90年代初曾经是代表污水处理水平最高的国家之一，其中的代表人物是Gerrit van Rooyen Marais教授以及他的学生George Ekama教授。他们从事活性污泥工艺的模型研究已经有30多年的历史。
大家一般认为：传统A2O工艺的缺点是回流污泥中过多的硝酸盐破坏厌氧环境，影响厌氧放磷效果，为此产生了UCT工艺。与传统A2O工艺比较，UCT工艺不同之处在于污泥先回流至缺氧池，再将缺氧池部分混合液回流至厌氧池，从而减少了回流污泥中硝酸盐对厌氧放磷的影响。但UCT工艺增加了一次回流，即多一次提升，相应的运行费用将增加。
UCT工艺流程图
他们假设初沉池的BOD回收率为25%，悬浮固体SS为50%。根据Weesp污水厂的情况，他们对初沉池有否的情况进行了对比， 关键参数的对比结果如下表1：
表1. Weesp污水厂有/无初沉池的工艺运行参数对比
初沉池能使生物反应池的体积减少30%，曝气量和强化混凝土用量也相应减少。但是因为建造初沉池也需要建材，所以就强化混凝土的费用而言，有无初沉池的情况没有明显区别。这样算下来，有初沉池的投资和运行成本比没有的情况高10-15%。
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浓缩的污泥会运到阿姆斯特丹西区污水厂(见下图)进行厌氧发酵和脱水处理。产生的沼气用于热电联产，产电效率为40%，产热目前只用于发酵罐的加热，剩下的余热目前还没有被利用。污泥在经过发酵脱水后运至一个垃圾发电厂进行焚烧处理，产电效率为24%。
图2. Amsterdam-West污水厂的污泥消化反应器
能量平衡分析
他们对有无初沉池的情况进行了能量平衡分析，结果显示加设初沉池的能耗每年节省430000 kWh。但是每年的总运行费用却增加了35万欧元(见表1)。
表2. 有/无初沉池的能量平衡对比
* 包括了Weesp到Amsterdam-West的污泥运输线能耗
**包括了在垃圾焚烧厂的回收能量
碳足迹分析
除了能量分析，他们还分析了有无初沉池的碳足迹，结果如下：
表3. 有/无初沉池的碳足迹对比
* Weesp到msterdam-West运输线约长33km
** 运输量约14300m³ /年。单次运输量为36m³，所以需要421次
***污泥运输量约19500m³/年(573车的运次)
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上表结果显示处理能耗和污泥回收能源对二氧化碳足记的影响最大，其次是污泥运输。强化混凝土和化学药剂的影响很小。
可持续发展污水厂的成本(代价)?
下面的表4是有初沉池的系统与无初沉池的系统的一个成本差对比，以及有初沉池在节能减排方面的好处。
有初沉池的话，节省每度电的成本是0.81欧 ，远高于现在的电价 € 0.10。有没有其他更便宜的可再生能源呢?另外减排1吨二氧化碳的成本是€1.37。二氧化碳的交易价目前是€0.50。所以这么说来，配置初沉池其实是一个昂贵的工序。
应用风能、太阳能等其他技术显得更加吸引，当然值得注意的是，荷兰目前对太阳能板还是有补贴资助的。
表4.初沉池产生的能耗和二氧化碳排放量分析
*费用看上去很高，因为包括了水委会的费用(1.7倍因)
尽管如此，对于还没有应用风能和太阳能的水委会来说，建造初沉池似乎还是确保出水达标排放的核心保障之一。
结论和后续建议
综上所述，对于Weesp这样规模的污水厂，当使用传统UCT系统的时候，配套初沉池会是每年的费用增加10-15%。虽然初沉池的建造虽然提高节能减排的表现，实现成本远高于风能/太阳能等可再生能源。
但是对于还没兴建的污水厂，还有待水委会做出最终的决定。对于水委会来说，确保出水水质永远是第一要务，就这而言，建造初沉池是有好处的，所以依然要继续纳入考虑范围。另外，使用细筛网(fine sieves)代替初沉也是一个可能选择，因为通过筛分技术还能回收纤维素，作为其他生产的原材料(如生产透水沥青等)。这是荷兰的污水资源回收工厂项目的一个鼓励发展方向之一，只是还没有工程应用案例，其商业前景依然不明朗。
延伸阅读：
原标题：节能减排却要亏本？荷兰工程师给污水厂初沉池算了一笔账
