AnMBR｜打造下一代污水廠的厭氧工藝

　　本文帶您了解英國(guó)主流厭氧膜生物反應(yīng)器 (AnMBR) 項(xiàng)目的最新進(jìn)展。

　　歐洲最大的AnMBR案例圖片

　　在之前的《水星漫談》專欄里，我介紹過MABR的前世今身，也介紹了MABR工藝和MBR和MBBR的區(qū)別 。在文中，我也提出過：未來的污水處理廠是不是不再需要曝氣呢？

　　Severn Trent的技術(shù)創(chuàng)新主管Pete Vale先生則認(rèn)為未來的污水處理依然需要曝氣設(shè)備，但不用現(xiàn)在那么多了。

　　Vale先生于1995年畢業(yè)于英國(guó)的Cranfield大學(xué)，在Severn Trent公司也已經(jīng)工作超過18年了。這些年他一直致力于傳統(tǒng)活性污泥的拓展升級(jí)的研究，或者再說白一點(diǎn)，就是測(cè)試不同曝氣系統(tǒng)，看如何對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

　　他表示，盡管世界各地的污水廠基本都采用活性污泥法，無論它如何具備靈活性，也不能否認(rèn)它的一個(gè)缺點(diǎn)，就是非常消耗能源。

　　他認(rèn)為污水處理技術(shù)是有可能發(fā)生重大改變的，這個(gè)變化過程終將使污水處理實(shí)現(xiàn)能量盈余和最大化的資源回收。

　　英國(guó)的2030大計(jì)

　　當(dāng)然，要使這個(gè)愿景成真，需要付出實(shí)踐。在英國(guó)伯明翰旁邊的一個(gè)小鎮(zhèn)Redditch上，有一座叫Spernal的污水廠，最近它成為了污水處理界的明星，因?yàn)镾evern Trent公司選擇在這個(gè)污水廠進(jìn)行多項(xiàng)創(chuàng)新工藝的中試甚至是大規(guī)模測(cè)試。

　　Spernal污水廠進(jìn)行的這些項(xiàng)目，其實(shí)是Severn Trent公司兌現(xiàn)其“三重碳承諾”(“Triple Carbon Pledge”)的實(shí)踐，所謂的三重承諾指在2030年前實(shí)現(xiàn)凈零排放、100%的可再生能源回收和100%的電力自給。

　　為何一間水務(wù)公司要給自己下這樣的"戰(zhàn)書"呢？這是因?yàn)橛?guó)的水務(wù)公司聯(lián)合制定一個(gè)充滿雄心壯志的目標(biāo)，就是要在2030年實(shí)現(xiàn)凈零碳排放。

　　掐指一算，2030年已經(jīng)不遠(yuǎn)了。在Vale看來，要在2030年前實(shí)現(xiàn)凈零排放以及污水的循環(huán)回用，必須要有技術(shù)的創(chuàng)新。他說：“為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)承諾，Spernal污水廠已經(jīng)成為各種創(chuàng)新技術(shù)和工藝的試驗(yàn)床了?！?/p>

　　好氧轉(zhuǎn)厭氧？

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，歐洲有約22000座污水廠。歐洲每年的電耗有1%用于運(yùn)行這些污水廠。

　　1％聽起來感覺不多，但換種算法你就不這么認(rèn)為了——Vale先生介紹說，Severn Trent每年在活性污泥法的曝氣能耗就要花費(fèi)約1500萬英鎊。在他看來，就是花了一大筆錢往一個(gè)混凝土池里吹泡泡。

　　他一直在想：如何才能讓污水廠實(shí)現(xiàn)能量盈余？

　　在他看來，其中一個(gè)可能就是讓污水處理工藝從傳統(tǒng)高能耗的有氧處理轉(zhuǎn)向厭氧處理。

厭氧MBR

　　厭氧膜生物反應(yīng)器(AnMBR)是在Spernal污水廠測(cè)試的工藝之一。這里的測(cè)試被譽(yù)為歐洲最大的AnMBR案例。

　　從1990年代初開始，AnMBR工藝首先出現(xiàn)在工業(yè)廢水領(lǐng)域。AnMBRs (Anaerobic membrane bioreactor)， 顧名思義，就是結(jié)合了厭氧消化和膜技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)出水的同時(shí)，回收污水里的能量。

　　之前行業(yè)一般認(rèn)為AnMBR更適于處理高濃度廢水(有人認(rèn)為進(jìn)水COD需高于5000 mg/L)，而不合適于處理低濃度廢水。它適合處理的工業(yè)污水包括了乳制品廠、啤酒廠、肉類加工廠、食品加工廠和生物燃料廠等等。

　　但因?yàn)槭褂脜捬豕に嚳梢源蟠蠼档陀糜谄貧獾哪芎?，以及減少污泥產(chǎn)量和污泥處理的成本，正因如此，Severn Trent公司想考察AnMBR處理城市污水的表現(xiàn)潛力。

如上圖所示，這套AnMBR系統(tǒng)主要有三部分組成

　　這個(gè)系統(tǒng)由Severn Trent公司和Cranfield大學(xué)共同開發(fā)，他們要研究厭氧處理如何能夠適應(yīng)像英國(guó)這樣的低溫多變的天氣。他們選中WATERLEAU的UASB的原因是看中后者的模塊化設(shè)計(jì)，能更加靈活地進(jìn)行預(yù)制件。其實(shí)他們?cè)缭?019年就建造了多流試驗(yàn)床，由于新冠疫情影響，這套系統(tǒng)被延遲到今年2月投產(chǎn)。

營(yíng)養(yǎng)回收

　　除了AnMBR常規(guī)水處理單元，Severn Trent公司在測(cè)試離子交換系統(tǒng)進(jìn)行氮磷回收的表現(xiàn)。目前他們有一個(gè)10m3/天的反應(yīng)器，有四個(gè)單元組成，包括了：

　　因?yàn)檫@個(gè)系統(tǒng)還沒正式投產(chǎn)，他們目前只有UASB中試的運(yùn)行數(shù)據(jù)，具體表現(xiàn)如下：

　　可以看到，這套模擬了Spernal大型系統(tǒng)的AnMBR系統(tǒng)系統(tǒng)的進(jìn)水COD和BOD是比較低的，這使得UASB的運(yùn)行變得很有挑戰(zhàn)性， 畢竟厭氧反應(yīng)一般需要較高的有機(jī)負(fù)荷。

　　可惜目前數(shù)據(jù)就這么多，因?yàn)镸BR池的測(cè)試因?yàn)橐咔榈脑蛞脖煌七t了。另外他們雖然也有初步的甲烷產(chǎn)量數(shù)據(jù)，但他們認(rèn)為目前的數(shù)據(jù)還不足以下任何結(jié)論。但總的來說，跟預(yù)期的目標(biāo)還有一段距離。

　　農(nóng)業(yè)聯(lián)盟

　　除了對(duì)工藝性能進(jìn)行優(yōu)化，項(xiàng)目組還需要為回收的營(yíng)養(yǎng)物尋找市場(chǎng)買家。目前來看，Severn Trent已經(jīng)找到本地的買家了。

　　他們專門成立了一個(gè)農(nóng)場(chǎng)聯(lián)絡(luò)小組，與該地區(qū)成熟的農(nóng)業(yè)社區(qū)進(jìn)行溝通。經(jīng)厭氧消化后的污泥將被回收作土地利用，他們也會(huì)向當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)民及時(shí)告知Severn Trent的最新研發(fā)進(jìn)展。

　　“要發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，從一開始就需要將終端用戶、農(nóng)民和水務(wù)部門拉到一起進(jìn)行對(duì)話，” Vale先生表示， “我們想搞清農(nóng)民的需求，而不是我們可以生產(chǎn)什么。但可以肯定的是，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民已經(jīng)意識(shí)到低碳農(nóng)業(yè)的好處，而一些新資源(污水)可以幫助他們實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。”

資源回收創(chuàng)新中心

　　值得一提的是，除了AnMBR，還有其他幾個(gè)創(chuàng)新水處理工藝在Spernal污水廠進(jìn)行著測(cè)試，包括了基于DAF工藝的強(qiáng)化預(yù)處理、MABR工藝的中試、活性載體濕地除磷等。

　　這些項(xiàng)目都由Severn Trent的R2IC工作組統(tǒng)籌管理。R2IC是資源回收創(chuàng)新中心的縮寫(Resource Recovery Innocation Center)，它是英國(guó)目前最大的污水創(chuàng)新測(cè)試基地，目的是尋求零排放的水處理技術(shù)。

　　另外，Spernal的AnMBR項(xiàng)目也屬于NextGen十個(gè)示范項(xiàng)目之一。NextGen是一個(gè)歐盟地平線2020 (HORIZON 2020)資助的項(xiàng)目，其目標(biāo)是通過10個(gè)示范項(xiàng)目，推動(dòng)水循環(huán)方案的市場(chǎng)化。項(xiàng)目于2018年7月啟動(dòng)，為期四年，總預(yù)算達(dá)1138萬歐元。

　　Christos Makropoulos是雅典國(guó)立技術(shù)大學(xué)的教授，同時(shí)也是荷蘭KWR的首席科學(xué)家，后者是NextGen項(xiàng)目的牽頭單位。他認(rèn)為像Spernal這樣的污水廠，完全有潛力成為當(dāng)?shù)氐馁Y源中心，不過前提是要解決一些來自法律法規(guī)的挑戰(zhàn)，背后是供應(yīng)鏈的問題。他希望到2030年，能看到每個(gè)成員國(guó)都有一個(gè)這樣的示范污水廠，并成為數(shù)字時(shí)代新的商業(yè)模式。

　　但千里之行，始于足下，要實(shí)現(xiàn)碳中和，還是要從眼前的一座座污水廠做起。

編輯：王媛媛