水处理

1959年的污水厂如何改造?好氧颗粒污泥+热泵了解一下

2021-05-08 09:28:25 JIEI创新实验室 作者:瓦村农夫

2019年4月,网络一条消息引起了小编的注意——《喜大普奔!天山污水处理厂正式停运,后续规划已定》。在上海长宁住的朋友可能都曾路过这里,它的臭气问题一直困扰着周围的居民,所以也难怪地方媒体用“喜大普奔”来报道它停运的新闻。

天山污水厂建于1986年,1987年还和著名的上海西区污水厂(1926年)合并。能在上世纪80年代投产的污水厂的水平应该是很高的了,毕竟到2006年,中国污水处理厂总数还不到1000座。可惜没想到33年后,天山自己也难逃停运的结局。

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小编一直好奇为何中国不能也出几个百年污水厂呢?是新建或者搬迁的成本远低于原地改造吗?我之前介绍过英国谢菲尔德的一座跨越百年的污水厂,初衷就是想证明污水厂可以是很长寿的基建设施。在本期《水星漫谈》专栏里,我想再介绍一座有60年历史的荷兰污水厂。2019年4月,在天山污水厂停运的时候,荷兰的这座污水厂却换上最前沿的污水处理工艺,还被当时的荷兰环保部长称是“荷兰污水处理技术的新标准”。它是怎么做到的呢?

1959年的污水厂如何升级改造

乌得勒支(Utrecht)是荷兰的第四大城市,人口只有36万。虽然知名度比不上阿姆斯特丹和鹿特丹等城市,但在我很多荷兰朋友眼中,它是一座更正宗的荷兰城市。当地最大的污水厂叫乌特勒支污水处理厂,从二战之前就开始规划,最终建于1959年,目前由荷兰水委会HDSR管理,出水排入莱茵河的支流De Vecht河。

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乌特勒支污水厂周边环境 | 图源:Google Earth

该污水厂大概每十年就会进行一次改造和扩建。经过1990年代的升级改造后,目前的处理能力为75000m³/天。尽管1959年以来的一些工艺组件还能运行,但到了2010年前后,很多设施组件都需要更换了。此时,当地水委会也对污水厂的出水提出了更严格的要求:在2015-2019年间,污水厂出水的总氮和总磷分别要在8.0mg/L和0.5mg/L以下,而从2019年之后,更是提升到5.0mg/L和0.5mg/L以下。对此,HSDR水委会需要寻找污水厂的改造方案。

三个方案的比较

早在2010年他们就考察过搬迁的可能性,不过由于没有可用的土地和出于成本的考虑,这个方案很快就被否决了。

随后,他们锁定了三种改造方案,分别是采用UCT工艺、好氧颗粒污泥工艺以及翻新重建。

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上边是他们对三种方案的成本估算,结果显示,

新建UCT和好氧颗粒污泥工艺的前提投资都高于现有工艺的翻新改造,但后期的运行成本会少很多。UCT工艺比好氧颗粒污泥再便宜一点的原因是前者可以沿用当时的二沉池。

他们又对运行成本进一步拆分估算:

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因为荷兰水委会有碳排放的要求,所以他们对三个方案的能耗表现进行评估:

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最后他们结合对三种方案进行综合打分。下图的评比结果显示,好氧颗粒污泥工艺在多个分项都得到了加分。

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经过综合评估,乌特勒支污水厂最后敲定了好氧颗粒污泥作为改造的创新工艺。

原位新建

2016年4月,水委会HDSR将污水厂改造项目的合同授予了荷兰建筑公司Heijmans和GMB。当时的项目耗资报价为1.2亿欧元,包括了污水厂的设计、建造和十年的维护。

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施工从2017年开始。好氧颗粒污泥由于设计更紧凑,所以可以在旧设备正常运行的同时,在厂区另一侧的土地进行新系统的兴建。

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除了能效提高30%,项目方最引以为豪的亮点在于——原来厂区需要用到14个沉淀池,现在仅用6个好氧颗粒污泥的SBR池就可以完全替代。

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如何培养足够的颗粒污泥是项目的主要挑战。六个反应池的污泥都要从头培养。因此,在2018年建好之后,相关人员用了一年的时间进行调试,到2019年4月反应池和调节池都有充足的颗粒污泥了。

2019年10月,污水厂正式宣告好氧颗粒物工艺投产运行。荷兰基础设施及水利部部长Cora van Nieuwenhuizen出席了开幕仪式,宣布Utrecht污水厂通过调试,甚至称这项技术将成为荷兰污水处理技术的标准。新工艺能满足从2019年开始实施的5mg/L总氮和0.5mg/L总磷的新出水标准。

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臭气问题

在这次改造项目中,HDSR水委会不仅需要提高出水质量,还要确保对环境的臭味降至最低。要知道这附近有三个新建的居民区,旁边还有一个大型的超市,市民会对臭气十分敏感。项目期间,污水厂确实遇到了麻烦,例如2018年那年荷兰的夏季有点热,但因为污水厂的臭气问题,附近居民不得不关着窗入睡。水委会因此收到了很多投诉。他们引入了瑞士公司Colasit的熔岩过滤器(lavafilter),结合废气洗涤塔和活性炭过滤,对污泥脱水后收集的气体进行过滤净化。

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话说为什么只是处理污泥部分的废气呢?

这是因为他们在调查后发现,这些臭气其实不是来自新建的系统,而是来自HDSR水委会其他15个污水厂收集过来的污泥。因为这些污泥在乌特勒支污水厂进行脱水,而这些外来污泥因为已经进行好几天的厌氧分解,所以会产生让人难受的和臭气。

为了提高市民对新污水厂的信心,他们从2020年10月8日起还开通了专门的投诉热线,方便市民的监督。同时他们还对过滤系统进行每月取样分析,并请第三方公司评估是否达标。他们甚至成立了气味小组,由附近15-20名居民组成,一旦有组员发出臭气报告,他们会请聘请的第三方公司去确认。

污水热泵

由于采用了好氧颗粒污泥工艺,污泥处置改为外包的方式,所以乌特勒支污水厂不再通过厌氧消化回收能源。乌特勒支也是个想在2030实现碳中和的城市,少了厌氧消化的沼气产出,污水厂如何满足2030年的目标呢?

早在2013年,在污水厂改造的备忘录里,除了污水处理部分,水委会还对污水源热泵的技术进行考察,最终他们选择了Eneco公司的热泵技术,从废水中回收热能。

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2018年10月,HDSR水委会和Eneco公司签订了合作协议,在乌特勒支污水厂建造容量为25MW的热泵。这是目前荷兰最大的热泵项目,预计在2022年投产使用。据项目人员介绍,Eneco称这套设备能为乌特勒支市10000户家庭提供100%的可再生供暖,覆盖全市15%的供暖需求。

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有心的读者可能会问:不是说已经没有土地了吗?哪还有地方建热泵呢?大家是否还记得旧厂的14个沉淀池?这些腾出的空间足够用来建热泵了,另外他们还会请景观公司提高污水厂的颜值。

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小结

城市化使许多污水厂从当年的郊区“移到”了市里,好氧颗粒污泥+热泵是不是这些污水厂原地改造的一个潜在技术方案呢?

话说中国的水源热泵也挺发达的,这能不能成为中国污水厂迈向碳中和的重要能源补充?

不过乌特勒支污水厂改造还未正式完成,等运行结果发布之后,我们再来乌特勒支污水厂是不是未来污水资源回收工厂的答案之一。


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