今年5月召開(kāi)的第五屆中國(guó)城市水環(huán)境與水生態(tài)發(fā)展大會(huì)暨三峽環(huán)境科技大會(huì)，分別舉行兩場(chǎng)國(guó)際工程科技戰(zhàn)略高端論壇，聚焦“水能耦合的環(huán)境前沿科技問(wèn)題”，邀請(qǐng)數(shù)十位國(guó)內(nèi)外水環(huán)境科技領(lǐng)域一流科學(xué)家分享研究、思考和探索。其中，荷蘭皇家科學(xué)院及工程院雙院士、美國(guó)國(guó)家工程院外籍院士、中國(guó)工程院外籍院士、荷蘭代爾夫特理工大學(xué)環(huán)境生物技術(shù)教授MarkvanLoosdrecht(下文簡(jiǎn)稱Mark)以“WastewaterTreatmentandEnergy-MinimizationandRecovery”為題做了主題發(fā)言。報(bào)告主要分為能耗最小化、能源生產(chǎn)和資源回收三大部分。

　　未來(lái)新水務(wù)專家工作組專家、北京建筑大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院教授郝曉地對(duì)此次報(bào)告內(nèi)容大力推薦，并親自撰寫(xiě)推薦按語(yǔ)如下：

　　他的演講為未來(lái)污水處理技術(shù)指明了發(fā)展方向。為此，我們特意將其發(fā)言內(nèi)容整理成中文并附上其演講PPT，以供國(guó)內(nèi)同行參考學(xué)習(xí)。同時(shí)，我們也將其發(fā)言內(nèi)涵根據(jù)我們的系統(tǒng)理解作了進(jìn)一步解讀，以方便大家深刻理解與領(lǐng)會(huì)。

　　演講中他特別強(qiáng)調(diào)傳統(tǒng)處理技術(shù)以單純追求水質(zhì)達(dá)標(biāo)的時(shí)代已經(jīng)過(guò)去，隨之而來(lái)的則是同步水質(zhì)達(dá)標(biāo)與碳中和及其資源回收為核心的技術(shù)潮流。在此前提下，節(jié)能型厭氧氨氧化(ANAMMOX)技術(shù)與好氧顆粒污泥技術(shù)（AGS）應(yīng)該非常貼切這一主題。

　　然而，ANAMMOX自養(yǎng)脫氮技術(shù)的主要應(yīng)用場(chǎng)景為污泥厭氧消化化液，或針對(duì)無(wú)/少有機(jī)物的高氨氮工業(yè)廢水。這就決定了ANAMMOX乃小眾技術(shù)而非大眾技術(shù)。也意味著市政污水前端通過(guò)捕捉碳（COD）用于后端厭氧消化產(chǎn)甲烷、剩余污水中的氨氮以ANAMMOX去除的設(shè)想很難實(shí)現(xiàn)，特別是剩余污水中的磷還不得不靠高能耗（藥劑生產(chǎn)與運(yùn)輸）的化學(xué)除磷來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，對(duì)主流ANAMMOX厭氧氨氧化的嘗試也會(huì)因類似問(wèn)題而會(huì)受阻。

　　AGS技術(shù)節(jié)地、節(jié)能效果非常顯著。節(jié)地靠得是聚集高濃度顆粒污泥濃度（可達(dá)10g/L以上），這一點(diǎn)可以完勝M(fèi)BR；且SBR形式曝氣池一池多用，完全省去了污泥回流、攪拌等能量消耗，在完成同步COD、N及P去除的同時(shí)可以節(jié)省大量能源。如此看來(lái)，開(kāi)發(fā)連續(xù)流AGS只具有學(xué)術(shù)上的意義，并沒(méi)有任何實(shí)際節(jié)能效果，不應(yīng)具有實(shí)際工程意義。

　　有關(guān)從污水中回收能源，似乎唯有發(fā)揚(yáng)光大污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷技術(shù)。但殊不知，厭氧消化對(duì)有機(jī)化學(xué)能的轉(zhuǎn)化率很低（＜15%，包括熱電聯(lián)產(chǎn)）；況且，若對(duì)甲烷控制不當(dāng)，很容易成為溫室氣體而泄露。相形之下，污泥干化焚燒對(duì)有機(jī)化學(xué)能的轉(zhuǎn)化率則很高（＞30%）；況且，填埋因“無(wú)地自容”和農(nóng)用因“無(wú)人愿用”之窘境必然會(huì)導(dǎo)致污泥處理、處置會(huì)走向干化焚燒。因此，污泥干化焚燒應(yīng)該是未來(lái)污泥處理、處置的終極手段。相形之下，污水中蘊(yùn)含著大量余溫?zé)崮?，?duì)出水余溫?zé)崮苤苯永糜诠┡?制冷目的遠(yuǎn)比污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷高的多（荷蘭已有應(yīng)用案例）。

　　在污水有機(jī)物（COD）能源化還是資源化問(wèn)題上存在著矛盾、甚至是爭(zhēng)議。但COD只能被利用一次，若用于厭氧消化產(chǎn)甲烷則不能再對(duì)其資源化。從熵的角度看，CH₄是高熵物質(zhì)，燃燒后會(huì)變?yōu)殪刂蹈叩腃O₂，長(zhǎng)此以往會(huì)導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)逐漸崩潰。從這個(gè)意義上講，COD應(yīng)該在低熵的有機(jī)物之間不斷循環(huán)才是。這就導(dǎo)致對(duì)污水中纖維素、PHA和EPS等的回收技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用。當(dāng)有機(jī)物難以再循環(huán)之時(shí)再對(duì)其厭氧消化或直接干化焚燒。

　　污水處理直接碳排放除甲烷外，氧化亞氮（N₂O）是另外一種更強(qiáng)溫室效應(yīng)氣體，其產(chǎn)生量雖小，但溫室效應(yīng)是CO₂的近300倍。所以，污水處理碳減排必須予以重視。雖然N₂O產(chǎn)生機(jī)理還不夠充分清楚，但可以肯定的是完全的硝化反應(yīng)可以有效抑制N₂O產(chǎn)生，即，應(yīng)盡量避免亞硝酸氮產(chǎn)生。從這個(gè)意義上看，為ANAMMOX產(chǎn)生電子接收體的短程硝化似乎存在很大產(chǎn)生N₂O隱患，雖然ANAMMOX過(guò)程本身并不產(chǎn)生N₂O。

　　以下為Mark教授發(fā)言正文。

　　1、能耗最小化項(xiàng)

　　1.1能源自給

　　為什么污水處理廠要尋求能耗最小化措施？

　　第一個(gè)原因可能是對(duì)污水廠能源完全自給的嘗試。

　　從運(yùn)營(yíng)角度而言，如果污水廠能真正從電網(wǎng)獨(dú)立出來(lái)，不再為電力付費(fèi)，將會(huì)節(jié)省很多的錢；但若只是節(jié)省部分電力，能省的錢其實(shí)并不算多。

　　如果真有污水廠敢于并實(shí)現(xiàn)獨(dú)立供電，其經(jīng)濟(jì)效益會(huì)大大增加，但直到目前我好像還沒(méi)聽(tīng)說(shuō)哪個(gè)處理廠真的這樣做了，盡管有不少實(shí)現(xiàn)能源自己的嘗試。

　　1.2改善氣候影響

　　追求能耗最小化的另一個(gè)原因則或多或少與氣候變化有關(guān)。

　　我們想減少二氧化碳排放，但我們其實(shí)需要在氣候變化和二氧化碳減排背景下討論污水處理能耗，而不應(yīng)只關(guān)注能源生產(chǎn)或能源最小化，還應(yīng)關(guān)注除二氧化碳以外的溫室氣體排放，尤其是甲烷和一氧化二氮等氣體。

　　以上圖荷蘭的污水廠為例，上圖左側(cè)Papendrecht和Kortenoord污水廠均采用了氧化溝工藝(卡魯塞爾型)，且沒(méi)有污泥厭氧厭氧消化，它們的氣候足跡幾乎全部來(lái)自電力消耗。所以，如果你的污水廠沒(méi)有厭氧消化，那么該廠曝氣鼓風(fēng)機(jī)電耗決定了污水廠的氣候足跡。

　　但像Kralingseveer(位于鹿特丹)這種配備了厭氧消化的污水廠，通?？赡苡谐^(guò)一半的氣候足跡是來(lái)自于厭氧消化過(guò)程產(chǎn)生的甲烷排放。除此以外，還有一氧化二氮(N2O)排放，也就是俗稱的笑氣排放。N2O是一種比CO2強(qiáng)近300倍的溫室氣體，而且它在污水廠排放情況非常多變。

　　目前來(lái)說(shuō)，只要你想的話，甲烷排放是可以控制的。至于笑氣控制，我們還在討論可以做什么、怎么做的階段。

　　以Kralingseveer污水廠為例，圖中是它10月份N2O排放情況，還算不錯(cuò)，但2月情況卻非常糟糕。如果不關(guān)注N2O排放問(wèn)題，任何能耗最小化措施，都不能有效降低該廠對(duì)氣候的影響。

　　如果你從氣候變化角度來(lái)規(guī)劃污水廠能源最小化，那要考慮到CH4和N2O問(wèn)題。在荷蘭，一個(gè)污水廠如果有厭氧消化工藝而且運(yùn)行良好，產(chǎn)生的CH4通常有5-10%會(huì)進(jìn)入大氣。

　　而實(shí)際上很多污水廠厭氧消化CH4釋出情況非常嚴(yán)重，主要因?yàn)镃H4在污泥濃縮、脫水系統(tǒng)和污泥緩沖池等位置也會(huì)逸出。

　　例如，脫水后的污泥可能會(huì)在污泥緩沖池停留2-3天。但池里的細(xì)菌仍在產(chǎn)生CH4，它自然就會(huì)逸散到空氣中。智能通風(fēng)系統(tǒng)可以解決這個(gè)問(wèn)題，

　　所以，這可以通過(guò)智能通風(fēng)來(lái)解決。污水廠可以通過(guò)配備熱力發(fā)電機(jī)，捕獲含有CH4的尾氣來(lái)去除CH₄。盡管看似很容易做到，但荷蘭污水廠也很少去實(shí)施。

　　N2O情況則更加復(fù)雜。我至少需要一個(gè)小時(shí)來(lái)討論這個(gè)問(wèn)題，所以，我就不展開(kāi)細(xì)說(shuō)了。但總體而言，N2O問(wèn)題還沒(méi)有完全搞清楚。雖然已經(jīng)總結(jié)出一些趨勢(shì)，但也不是非常的確定，所，以還不能作為實(shí)際操作建議。各污水廠還是要進(jìn)行實(shí)際測(cè)量。但有一點(diǎn)可以確定的是，利用好氧硝化反應(yīng)可以有助減少N2O排放。

　　對(duì)于想增設(shè)生物沼氣設(shè)備的污水廠，無(wú)論你計(jì)劃通過(guò)什么方式來(lái)優(yōu)化曝氣管理降低能耗，只要你的最終目的是降低氣候變化的影響，你必須清楚污水廠的CH4和N2O兩種因素的情況。

　　1.3低能耗新工藝

　　除了更好的工藝控制和污水廠管理，另一個(gè)實(shí)現(xiàn)能耗最小化的方式是引進(jìn)新工藝。當(dāng)下有兩個(gè)新工藝正被廣泛討論。其中一個(gè)是厭氧氨氧化工藝(Anammox)。

　　如果只需脫氮，如果進(jìn)水沒(méi)有有機(jī)碳，厭氧氨氧化是一個(gè)非常高效的工藝，所以，處理污泥厭氧消化后的出水或厭氧廢水處理效果非常好。這一工藝在工業(yè)廢水處理中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，至今最大的厭氧氨氧化反應(yīng)器就在中國(guó)，每天處理大約11噸氮，我沒(méi)記錯(cuò)已經(jīng)有超過(guò)15年時(shí)間了。

　　側(cè)流厭氧氨氧化效果非常好，但主流厭氧氨氧化還有很多討論。理論上主流厭氧氨氧化是可行的，但目前還存在一些障礙。而最大的阻礙并不是厭氧氨氧化工藝本身。因?yàn)槿绻麥囟葔蚋?，或者使用生物膜和限制曝氣量，是可以?shí)現(xiàn)主流厭氧氨氧化的。例如，最近關(guān)于西安污水廠的論文，就是這種情況，你可以自然地在主流中獲到厭氧氨氧化菌。但問(wèn)題是，僅僅通過(guò)厭氧氨氧化并不能獲得能量。您要捕獲BOD或COD并將其轉(zhuǎn)移到厭氧消化池才會(huì)獲得能量。但現(xiàn)在太多的注意力放在主流厭氧氨氧化，并沒(méi)有太多關(guān)注BOD，但后者才是能夠節(jié)能的部分。

　　在我看來(lái)，主流厭氧氨氧化未必有真正需求。采用A-B工藝的鹿特丹Dokhaven污水廠就做過(guò)主流厭氧氨氧化中試，結(jié)論是A段BOD/COD去除是應(yīng)用主流厭氧氨氧化的瓶頸所在。這個(gè)問(wèn)題得不到解決的話，Anammox會(huì)一直受到B段的干擾。

　　第二項(xiàng)技術(shù)是好氧顆粒污泥。該工藝在十多年前由RoyalHaskoningDHV公司率先引入市場(chǎng)，并取名為Nereda工藝，目前已經(jīng)有100個(gè)污水廠案例。幾周前，美國(guó)佛羅里達(dá)州一個(gè)污水廠成為Nereda第100個(gè)應(yīng)用案例。這個(gè)節(jié)能新工藝是通過(guò)序批式反應(yīng)器(SBR)實(shí)現(xiàn)的。

　　SBR本身不是什么新生事物，但加入顆粒污泥的SBR則變得非常高效。因?yàn)槟嗨蛛x總是SBR工藝主要瓶頸之一。因?yàn)樾蚺降钠款i總是泥水分離問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題得到解決的話，SBR應(yīng)用會(huì)變得非常輕松。

　　與傳統(tǒng)SBR不同的是，我們的SBR是定容的，也就是說(shuō)沒(méi)有潷水器(decanter)。

　　如果采用好氧顆粒污泥工藝進(jìn)行脫氮除磷，能耗可減少約30%。如果不需要去除營(yíng)養(yǎng)物，節(jié)能比例則會(huì)減少，因?yàn)镹ereda節(jié)省都是攪拌機(jī)、泵等產(chǎn)生的能源。

　　Nereda工藝只有一個(gè)進(jìn)水泵和鼓風(fēng)機(jī)，而其它工藝還要在污泥回流、沉淀池、循環(huán)泵、缺氧和厭氧攪拌器等地消耗能量。這就是節(jié)能的主要環(huán)節(jié)，不是污泥減量或耗氧量。這也是為什么使用SBR工藝有優(yōu)勢(shì)的原因，因?yàn)楫?dāng)所有工序都在一個(gè)池里完成時(shí)，你不需要那么多泵了。

　　另外，SBR也有助于更有效地利用BOD。如果你有更好的前端BOD回收率，該工藝可以應(yīng)對(duì)更低的BOD負(fù)荷，在實(shí)際條件下仍有良好的去除效果。如下圖所示，與UCT工藝相比，Nereda可以省去大量泵等設(shè)備，而由于無(wú)需沉淀池，還能節(jié)省占地。

　　但重點(diǎn)還是在于序批式運(yùn)行。與連續(xù)式運(yùn)行工藝相比，序批式運(yùn)行可以提供良好的動(dòng)態(tài)曲線，大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)也有助工藝優(yōu)化。

　　重要的是，盡管生化反應(yīng)是序批式操作，但整個(gè)污水廠運(yùn)行，包括所有前處理和后處理都可以保持連續(xù)式進(jìn)行。而生化反應(yīng)部分只要通過(guò)多個(gè)反應(yīng)池并聯(lián)方式，就可以實(shí)現(xiàn)整體連續(xù)運(yùn)行。

　　要補(bǔ)充的一點(diǎn)是：目前連續(xù)流好氧顆粒污泥工藝很受關(guān)注，這對(duì)已有污水廠優(yōu)化很有幫助，因?yàn)槊馊バ陆ǐ@擴(kuò)建的需要。無(wú)需花費(fèi)太多錢就能有更好的污泥屬性，更好的沉降性能，容納更高的負(fù)荷。但就能耗而言，并沒(méi)有省很多錢，而且對(duì)工藝控制的要求提高了。

　　所以如果是新建項(xiàng)目，我認(rèn)為SBR式好氧顆粒污泥始終是首選。

　　2、能源生產(chǎn)

　　2.1厭氧消化

　　現(xiàn)在我們來(lái)談?wù)勎鬯哪茉瓷a(chǎn)，當(dāng)然這不是什么新鮮事了。例如，荷蘭1920年建造第一座污水廠的時(shí)候，就已經(jīng)配有厭氧消化來(lái)生產(chǎn)能源。當(dāng)然這也因?yàn)楫?dāng)時(shí)能源供應(yīng)比現(xiàn)在復(fù)雜得多，無(wú)論如何，當(dāng)時(shí)建好的厭氧消化反應(yīng)器至今還在，成為污水廠很好的補(bǔ)充部分。

　　當(dāng)下的荷蘭對(duì)能量中和污水廠有很多關(guān)注。左側(cè)地圖就是荷蘭，它并不大，總面積也就150公里乘300公里左右，所以，不需要要夸大這些(能源工廠)項(xiàng)目。盡管如此，荷蘭還是有相當(dāng)多的污水廠已經(jīng)通過(guò)優(yōu)化厭氧消化工藝和其它途徑實(shí)現(xiàn)了能量中和。

　　目前的厭氧消化反應(yīng)主要采用完全混合池形式進(jìn)行。但由于消化反應(yīng)的本質(zhì)是化學(xué)工程的一級(jí)反應(yīng)(注：指反應(yīng)速度只與反應(yīng)物濃度的一次方成正比的反應(yīng))，因此，其實(shí)采用推流式的反應(yīng)器理應(yīng)有更高的效率。

　　推流式反應(yīng)器并沒(méi)有真正廣泛使用，主要是因?yàn)樗鼈兊慕ㄔ斐杀靖咛?。但是，如果你的最終目標(biāo)是要得到盡可能多的能源，在相同反應(yīng)體積條件下，建造推流式反應(yīng)器可以為你帶來(lái)更高的沼氣產(chǎn)量。

　　上圖右側(cè)是RoyalHaskoningDHV公司基于此原理，建造了一款產(chǎn)品，名為Ephyra。

　　目前已在多個(gè)地方施工建造中。這不僅能優(yōu)化污泥沼氣總產(chǎn)量，還能最大限度地減少厭氧消化后甲烷繼續(xù)生成并造成逸散排放的處理手段。

　　我在世界各地看到好些污水廠，通過(guò)引入廚余垃圾來(lái)實(shí)現(xiàn)能量中和。我認(rèn)為這做法不對(duì)。因?yàn)橐霃N余垃圾本身而引入外來(lái)能源，這不是真正的能量中和。這些廚余本可以在其它地方進(jìn)行厭氧消化。當(dāng)然這種引入外源COD實(shí)現(xiàn)能量中和對(duì)污水廠本身而言可能是好事，但對(duì)環(huán)境整體來(lái)看未必是好事。這個(gè)問(wèn)題有待商榷。

　　2.2出水余熱

　　有一個(gè)很重要但仍被忽視的能量來(lái)源是出水蘊(yùn)含的余溫?zé)崮堋?/span>

　　但在此之前，我先說(shuō)一下污泥處理。對(duì)污泥進(jìn)行厭氧消化的好處在于，可在不去除營(yíng)養(yǎng)物的情況下最大限度地減少污泥，尤其對(duì)于污泥農(nóng)用的情況，厭氧消化很有好處。

　　但如果污泥最終的處理方案是焚燒，原因可能是不允許或者不想農(nóng)用，那是否還要應(yīng)用沼氣系統(tǒng)就有疑問(wèn)了。

　　如果是進(jìn)行焚燒，無(wú)論是污泥脫水還是干燥，原則上都可以利用出水余熱或者熱電聯(lián)產(chǎn)余熱來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　但這里有一個(gè)問(wèn)題，你對(duì)污泥脫水了，然后送去焚燒廠，這時(shí)候是算焚燒廠產(chǎn)生了能源，而不是污水廠。有些污水廠為了確保產(chǎn)能歸屬，會(huì)因此保留厭氧消化系統(tǒng)，并表明他們能夠做到能量中和，但從社會(huì)學(xué)角度來(lái)看，最理想的產(chǎn)能方案應(yīng)該是一個(gè)高效的污泥干燥系統(tǒng)后直接焚燒。

　　在荷蘭，一個(gè)焚燒廠(熱轉(zhuǎn)電)的效率大概在33%左右，與普通的煤電廠相當(dāng)。另一方面，當(dāng)你有厭氧消化系統(tǒng)的時(shí)候，如果控制不好，造成甲烷排放，則會(huì)增加污水廠的碳足跡。

　　污泥干燥的一個(gè)有效方法是熱堆肥。荷蘭有1/3的污泥都是這樣處理的。技術(shù)上來(lái)說(shuō)它就是個(gè)堆肥過(guò)程，只是使用的是干燥的空氣。這意味著能帶走所有水分。而且在70℃左右溫度進(jìn)行，污泥變得非常干燥，里邊也沒(méi)有生物活性了，但又不是常規(guī)堆肥那樣直到礦化。這種干燥非常有效，干燥后的污泥運(yùn)到發(fā)電廠進(jìn)行焚燒，可以從中產(chǎn)生盡可能多的能量。

　　現(xiàn)在我們?cè)倩氐匠鏊酂?。下圖右上方是荷蘭的烏特勒支污水廠，它在改建后采用了好氧顆粒污泥工藝(右側(cè)的六個(gè)圓池)，左側(cè)綠地是舊廠留下的空地。他們算過(guò)，該廠每年可以從沼氣中得到1.5-2MW能量。但實(shí)際上，他們選擇在廠區(qū)中間位置建造一個(gè)出水余熱回收站，每年可生產(chǎn)50MW的能量。

　　所以，如果談?wù)撐鬯畯S能量回收，50MW余熱回收遠(yuǎn)比沼氣系統(tǒng)更為有效。

　　該廠選擇余熱而不是沼氣，還有另外一個(gè)原因，就是居民區(qū)離污水廠不遠(yuǎn)，這些余熱可能有效地輸送到供暖系統(tǒng)。

　　但要說(shuō)明的是，這些余熱實(shí)際上是由供暖公司進(jìn)行回收的，所以，碳信用歸供暖公司，而不是污水廠。不過(guò)因?yàn)閮烧叨际钦畣挝?，而且?jīng)過(guò)協(xié)商，他們認(rèn)為這樣操作在總體上對(duì)社會(huì)效益更優(yōu)，就不用糾結(jié)碳信用歸屬權(quán)問(wèn)題了。

　　目前荷蘭有兩個(gè)這樣的設(shè)施系統(tǒng)，一個(gè)建在海牙的一個(gè)100萬(wàn)人口當(dāng)量的污水廠，另一個(gè)就是烏得勒支這個(gè)60萬(wàn)人口當(dāng)量的處理廠，進(jìn)行全面的污水余熱回收。

　　這要以能夠連接供暖系統(tǒng)為前提。當(dāng)然除了用余熱冷暖，其實(shí)還能用于制冷，只是效率只有約60%，所以，烏特勒支污水廠出水余熱只能得到約30MW制冷能力。但這數(shù)值還是遠(yuǎn)高于沼氣系統(tǒng)可以帶來(lái)的能量。所以，我認(rèn)為污水的余熱回收應(yīng)該受到更多的關(guān)注。

　　3、資源回收

　　有人說(shuō)，能源和資源回收只能取其一，如果選擇回收資源，就不能做能源回收，或者會(huì)有所損失。

　　這個(gè)觀點(diǎn)在一定程度上是正確的。因?yàn)镃OD只能用一次，要么取其電子產(chǎn)生能量，要么利用其中的碳源。

　　在荷蘭，我們一直在尋找各種污水資源回收的嘗試，尤其是纖維素回收、生物塑料和EPS細(xì)胞外聚合物(Kaumera)等用于建材等用途。從可持續(xù)發(fā)展角度來(lái)看，將碳作為化學(xué)品來(lái)回收要比把它當(dāng)做能量燒掉好得多。

　　或者換一個(gè)角度來(lái)看，先把碳作為化學(xué)品回收，什么時(shí)候你不要它們了，這時(shí)候再把它們燒掉也能獲得能量。從整個(gè)社會(huì)角度來(lái)看，資源回收是更好的選擇。

　　可能你的污水廠能效會(huì)因此受到影響，但這也取決于如何統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

　　我們看看下圖，左邊是荷蘭一般污水廠情況，灰色是進(jìn)水被氧化掉的COD，綠色部分是去到污泥中的COD，藍(lán)色則是出水中殘留COD。

　　右側(cè)是如果應(yīng)用了纖維素和EPS回收的污水廠情況。可以看出，污泥中的COD轉(zhuǎn)移到纖維素和EPS中了。

　　3.1纖維素

　　污水資源回收也在切切實(shí)實(shí)地取得進(jìn)展，雖然規(guī)模還不是很大，但算是進(jìn)入商用階段了，不再是停留在學(xué)術(shù)研究或者靠政府補(bǔ)貼維持研發(fā)的階段。如下圖所示，荷蘭已經(jīng)有好幾個(gè)纖維素回收的污水廠案例。

　　水務(wù)局愿意采用纖維素回收是因?yàn)闇p少了污泥總量，且增加了污泥活性。尤其在荷蘭這些低溫地區(qū)，纖維素很難降解。通過(guò)回收纖維素，能夠提高污泥的活性，所以，從運(yùn)營(yíng)角度來(lái)考量，這是實(shí)施纖維素回收的好處所在。目前有家叫Recell公司專門進(jìn)行纖維素的收集并特定產(chǎn)品的市場(chǎng)投放工作，這屬于荷蘭水委會(huì)的商業(yè)操作。

　　我們一直在研究普通纖維素和納米纖維素或者EPS制造復(fù)合材料的產(chǎn)品，或者做成珍珠那樣的材料。圖中的Re-Plex則是用纖維素做成可用于3D打印的復(fù)合材料，這些應(yīng)用還處于規(guī)?；?jí)的研發(fā)階段。

　　3.2 PHA

　　如果你有活性污泥，加上VFA，(例如，乙酸鹽)，可以生產(chǎn)生物塑料PHA。

　　在Dordrecht污泥焚燒廠有個(gè)示范項(xiàng)目，以污泥為基礎(chǔ)，產(chǎn)能為50kgPHA/d。

　　每3kgCOD可以產(chǎn)出1m³甲烷；在美國(guó)和歐洲，1m³甲烷的價(jià)格約€0.1-0.2，政府補(bǔ)貼項(xiàng)目的價(jià)格約€0.60。而PHA市場(chǎng)價(jià)格目前約為€ 5/kg。所以，你利用COD產(chǎn)生不同的產(chǎn)品，就經(jīng)濟(jì)而言會(huì)有很大差別。當(dāng)然生產(chǎn)PHA比生產(chǎn)沼氣費(fèi)勁，所以，我這么說(shuō)也不是100%正確，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，生產(chǎn)PHA依然更具效益。

　　這個(gè)示范項(xiàng)目正在大量生產(chǎn)中，產(chǎn)品可供應(yīng)給化工行業(yè)和加工業(yè)。其中，有家叫PAQUESbiomaterials的公司，是PAQUES衍生子公司，專門從事污水的生物塑料生產(chǎn)。他們也在快馬加鞭地做市場(chǎng)布局，明年將會(huì)建成一個(gè)大型PHA回收工廠。兩年前公司剛成立時(shí)只有10名員工，如今已經(jīng)擴(kuò)張到30人，業(yè)務(wù)是在快速增長(zhǎng)的。

　　3.3EPS

　　最后談一下污泥提取胞外聚合物（EPS）。目前的示范工程規(guī)模為年產(chǎn)500噸。

　　目前一年所簽下的商業(yè)合同的銷售額約300噸，可以說(shuō)正在從示范試點(diǎn)向商業(yè)市場(chǎng)發(fā)展中。目前在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域有一些應(yīng)用，例如，用作種子保護(hù)層、顆粒肥料，以替代例如聚氨酯等其他在環(huán)境中不可降解的化學(xué)品。因?yàn)樗写龠M(jìn)根部生長(zhǎng)的活性，所以，有家叫Koppert的公司為此每年購(gòu)進(jìn)300噸原料，用于其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

　　我們研究用它制造復(fù)合材料，例如，和粘土結(jié)合生成耐火阻燃材料，和納米纖維素做成耳環(huán)裝飾，它還可以用作混凝土養(yǎng)護(hù)涂層，減少混凝土5%-10%的用量。

　　這也意味著可以減少碳足跡。

　　如果你想進(jìn)行沼氣回收的話，回收EPS并不會(huì)減少沼氣產(chǎn)量。因?yàn)镋PS提取是在污泥濃縮后進(jìn)行的。下圖是EPS的提取工藝流程圖。

　　第一步是在堿性環(huán)境做提取，條件為80℃，pH9-11，然后離心，溶解性部分也就那些聚合物轉(zhuǎn)移到酸性條件下沉淀。而離心底部剩下的是堿性殘留物，這部分在堿性條件下占污泥量的2/3到70或80%不等。

　　大家都知道堿性預(yù)處理可以提高厭氧消化的甲烷產(chǎn)量，所以，經(jīng)過(guò)堿性處理后，這些離心殘留物可以進(jìn)一步產(chǎn)生甲烷，所以總的來(lái)說(shuō)，與沒(méi)有EPS提取的系統(tǒng)的甲烷總產(chǎn)量相當(dāng)。

　　我們現(xiàn)在在研究直接在堿性條件下(pH=8.5/9/9.5)進(jìn)行厭氧消化的效果，這樣的好處是由于所有CO2都保留在液相，所以，可以得到純的甲烷氣體，可以將其接入常規(guī)的天然氣系統(tǒng)中。

　　當(dāng)pH=9的時(shí)候，由于硫化氫(H₂S)也很好地保留在液相中，此時(shí)你多了一個(gè)很好的機(jī)會(huì)通過(guò)汽提從溶液中回收氨。這樣，我們就能將EPS回收和沼氣生產(chǎn)以及氨回收結(jié)合起來(lái)。

　　4、總結(jié)

　　最后做個(gè)小結(jié)。

　　首先，是要關(guān)注節(jié)能減排。仔細(xì)考慮各種節(jié)能可能性的同時(shí)，不要忽略N2O問(wèn)題，因?yàn)樗且粋€(gè)影響污水廠氣候足跡的重要因素。如果不是為了減少氣候影響而改造污水廠，盡量減少能耗就可以了。

　　第二，沼氣作為能源的價(jià)值被高估了。我并不是說(shuō)不應(yīng)該做厭氧消化，而是說(shuō)除了厭氧消化，其實(shí)還有其它選擇，污水廠應(yīng)該要對(duì)各選項(xiàng)進(jìn)行評(píng)估，而不是簡(jiǎn)單地信手拈來(lái)。

　　最后，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，相比僅以能量中和為目標(biāo)，污水廠資源回收更具社會(huì)效益，盡管對(duì)水務(wù)公司來(lái)說(shuō)未必。

　　借此我感謝代爾夫特理工大學(xué)環(huán)境生物技術(shù)組的所有成員，以及與中-荷未來(lái)污水處理技術(shù)研發(fā)中心郝曉地教授的合作。謝謝你們的聆聽(tīng)！