AnMBR｜打造下一代污水廠的厭氧工藝

　　本文帶您了解英國主流厭氧膜生物反應器 (AnMBR) 項目的最新進展。

　　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的技術創(chuàng)新主管Pete Vale先生則認為未來的污水處理依然需要曝氣設備，但不用現(xiàn)在那么多了。

　　Vale先生于1995年畢業(yè)于英國的Cranfield大學，在Severn Trent公司也已經工作超過18年了。這些年他一直致力于傳統(tǒng)活性污泥的拓展升級的研究，或者再說白一點，就是測試不同曝氣系統(tǒng)，看如何對現(xiàn)有系統(tǒng)進行優(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，也不能否認它的一個缺點，就是非常消耗能源。

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

　　英國的2030大計

　　當然，要使這個愿景成真，需要付出實踐。在英國伯明翰旁邊的一個小鎮(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，因為Severn Trent公司選擇在這個污水廠進行多項創(chuàng)新工藝的中試甚至是大規(guī)模測試。

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

　　為何一間水務公司要給自己下這樣的"戰(zhàn)書"呢？這是因為英國的水務公司聯(lián)合制定一個充滿雄心壯志的目標，就是要在2030年實現(xiàn)凈零碳排放。

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

　　好氧轉厭氧？

　　據統(tǒng)計，歐洲有約22000座污水廠。歐洲每年的電耗有1%用于運行這些污水廠。

　　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約1500萬英鎊。在他看來，就是花了一大筆錢往一個混凝土池里吹泡泡。

　　他一直在想：如何才能讓污水廠實現(xiàn)能量盈余？

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

厭氧MBR

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

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

　　之前行業(yè)一般認為AnMBR更適于處理高濃度廢水(有人認為進水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。

　　但因為使用厭氧工藝可以大大降低用于曝氣的能耗，以及減少污泥產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

　　這個系統(tǒng)由Severn Trent公司和Cranfield大學共同開發(fā)，他們要研究厭氧處理如何能夠適應像英國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計，能更加靈活地進行預制件。其實他們早在2019年就建造了多流試驗床，由于新冠疫情影響，這套系統(tǒng)被延遲到今年2月投產。

營養(yǎng)回收

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

　　因為這個系統(tǒng)還沒正式投產，他們目前只有UASB中試的運行數據，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)的進水COD和BOD是比較低的，這使得UASB的運行變得很有挑戰(zhàn)性， 畢竟厭氧反應一般需要較高的有機負荷。

　　可惜目前數據就這么多，因為MBR池的測試因為疫情的原因也被推遲了。另外他們雖然也有初步的甲烷產量數據，但他們認為目前的數據還不足以下任何結論。但總的來說，跟預期的目標還有一段距離。

　　農業(yè)聯(lián)盟

　　除了對工藝性能進行優(yōu)化，項目組還需要為回收的營養(yǎng)物尋找市場買家。目前來看，Severn Trent已經找到本地的買家了。

　　他們專門成立了一個農場聯(lián)絡小組，與該地區(qū)成熟的農業(yè)社區(qū)進行溝通。經厭氧消化后的污泥將被回收作土地利用，他們也會向當地的農民及時告知Severn Trent的最新研發(fā)進展。

　　“要發(fā)展循環(huán)經濟，從一開始就需要將終端用戶、農民和水務部門拉到一起進行對話，” Vale先生表示， “我們想搞清農民的需求，而不是我們可以生產什么。但可以肯定的是，當地農民已經意識到低碳農業(yè)的好處，而一些新資源(污水)可以幫助他們實現(xiàn)這一目標?！?/p>

資源回收創(chuàng)新中心

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

　　這些項目都由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)，它是英國目前最大的污水創(chuàng)新測試基地，目的是尋求零排放的水處理技術。

　　另外，Spernal的AnMBR項目也屬于NextGen十個示范項目之一。NextGen是一個歐盟地平線2020 (HORIZON 2020)資助的項目，其目標是通過10個示范項目，推動水循環(huán)方案的市場化。項目于2018年7月啟動，為期四年，總預算達1138萬歐元。

　　Christos Makropoulos是雅典國立技術大學的教授，同時也是荷蘭KWR的首席科學家，后者是NextGen項目的牽頭單位。他認為像Spernal這樣的污水廠，完全有潛力成為當地的資源中心，不過前提是要解決一些來自法律法規(guī)的挑戰(zhàn)，背后是供應鏈的問題。他希望到2030年，能看到每個成員國都有一個這樣的示范污水廠，并成為數字時代新的商業(yè)模式。

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

編輯：王媛媛