初沉池似乎是所有教科書里都會提到的市政污水處理廠的標配工序之一。它可除去廢水中的可沉物和漂流物。廢水經初沉后，約可去除50%的懸浮固體和油脂，以及25%的BOD。通過強化作用還能進一步回收BOD，減輕后續(xù)處理設施的負荷。這么看來，初沉池應該是非常經濟可靠的處理步驟，成為“標配"也就不奇怪了。
但是總有人認為“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”，荷蘭阿姆斯特丹水務公司Waternet的Hans van Fulpen, Manon Bechger和Tauw公司的 Berend Reitsma就想給自己折騰一下：他們決定還是要親自算一算，有和沒有初沉池的污水廠費用究竟差多少。結果也確實有驚喜，他們把調研結果發(fā)表于8月7號在荷蘭皇家水協(xié)會KNW旗下的雜志H2O上。奧尼卡水處理創(chuàng)新部落本期“學術星期四”專欄小編就自告奮勇把他們的荷蘭文報告翻譯給大家參考。
AGV水委會的管轄范圍 | 圖源:agv.nl
初沉池對污水廠可持續(xù)發(fā)展的影響
建于1974年的荷蘭Weesp污水廠已顯得十分老舊，當局計劃在2020年前用先進的技術和工藝對其進行翻新。他們正對不同的工藝理念(傳統(tǒng)的和創(chuàng)新的)進行比較，其中一個討論點就是是否需要初沉池。如果是新建一個傳統(tǒng)的UCT系統(tǒng)，那么配置初沉池要比沒有初沉池的成本每年高10-15%。在節(jié)能和減少CO2排放上的獲益因此比使用風能和/或太陽能要昂貴得多。根據(jù)所屬水委會(AGV Waterboard)2016年的總體規(guī)劃，最有可能的是在2020年之際，用一座新的承載最新技術水平的污水廠代替目前的Weesp污水廠。能效和可持續(xù)性是新污水廠的基本考慮要素，而下圖的Hilversum污水廠是其中的參考模板：
圖1. 基于mUCT的Hilversum污水廠: (帶有兼性厭氧好氧池的兩條平行處理線)
AGV水委會( Amstel Gooi 和Vecht的簡稱)深知氣候變化對未來水務管理的影響。污水廠的改造/新建項目是引入可持續(xù)發(fā)展的水管理的機會，實現(xiàn)稀缺資源的回用、提高生物多樣性和回收能源等，并最終增加營收和降低水費。 AGV水委會希望借此機會來為水行業(yè)梳理一個好的榜樣，在2020年實現(xiàn)污水廠能量自給的目標。
阿姆斯特丹水務公司Waternet和咨詢公司Tauw的四位荷蘭人對Weesp污水廠的潛在新建項目的不同工藝理念進行了比較，包括了傳統(tǒng)工藝和創(chuàng)新工藝、有和沒有初沉池等。結果顯示有初沉工序的系統(tǒng)持久性更好，但是造價也明顯更高。污水廠要實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，成本究竟要多少?或者說污水廠是否可以通過其他其他更便宜的方式，例如風能和太陽能等，實現(xiàn)可持續(xù)性?如果Weesp污水廠的替代計劃正在規(guī)劃中，現(xiàn)在是時候做出決定的了。這篇文章對這些問題進行了探討和闡述，并且討論這些問題是否對荷蘭其他地區(qū)也有借鑒參考意義。
新水廠要還是不要初沉池?
新建污水廠基本選定了傳統(tǒng)的UCT工藝作為主流生物處理的工藝，接下他們想確認的問題是：是否需要建造初沉池?對于一些創(chuàng)新性的工藝，關于初沉池的影響的文獻非常有限。所以荷蘭人假設UCT系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對其他生物處理工藝也能適用。這個污水廠的氮磷的出水標準為年平均總氮10 mg/L和總磷2mg/L。他們估計在10-15年內污水廠的出水標準不會有新的物質的要求。另外污水廠排除的水體也不是政府的重點關注對象(阿姆斯特丹-萊茵運河并不會敏感水體)。
此處稍微拓展一下：UCT工藝取名南非的開普敦大學(University of Cape Town)，因為發(fā)明團隊來自該大學。話說南非在70-90年代初曾經是代表污水處理水平最高的國家之一，其中的代表人物是Gerrit van Rooyen Marais教授以及他的學生George Ekama教授。他們從事活性污泥工藝的模型研究已經有30多年的歷史。
大家一般認為：傳統(tǒng)A2O工藝的缺點是回流污泥中過多的硝酸鹽破壞厭氧環(huán)境，影響厭氧放磷效果，為此產生了UCT工藝。與傳統(tǒng)A2O工藝比較，UCT工藝不同之處在于污泥先回流至缺氧池，再將缺氧池部分混合液回流至厭氧池，從而減少了回流污泥中硝酸鹽對厭氧放磷的影響。但UCT工藝增加了一次回流，即多一次提升，相應的運行費用將增加。
UCT工藝流程圖
他們假設初沉池的BOD回收率為25%，懸浮固體SS為50%。根據(jù)Weesp污水廠的情況，他們對初沉池有否的情況進行了對比， 關鍵參數(shù)的對比結果如下表1：
表1. Weesp污水廠有/無初沉池的工藝運行參數(shù)對比
初沉池能使生物反應池的體積減少30%，曝氣量和強化混凝土用量也相應減少。但是因為建造初沉池也需要建材，所以就強化混凝土的費用而言，有無初沉池的情況沒有明顯區(qū)別。這樣算下來，有初沉池的投資和運行成本比沒有的情況高10-15%。
濃縮的污泥會運到阿姆斯特丹西區(qū)污水廠(見下圖)進行厭氧發(fā)酵和脫水處理。產生的沼氣用于熱電聯(lián)產，產電效率為40%，產熱目前只用于發(fā)酵罐的加熱，剩下的余熱目前還沒有被利用。污泥在經過發(fā)酵脫水后運至一個垃圾發(fā)電廠進行焚燒處理，產電效率為24%。
圖2. Amsterdam-West污水廠的污泥消化反應器
能量平衡分析
他們對有無初沉池的情況進行了能量平衡分析，結果顯示加設初沉池的能耗每年節(jié)省430000 kWh。但是每年的總運行費用卻增加了35萬歐元(見表1)。
表2. 有/無初沉池的能量平衡對比
* 包括了Weesp到Amsterdam-West的污泥運輸線能耗
**包括了在垃圾焚燒廠的回收能量
碳足跡分析
除了能量分析，他們還分析了有無初沉池的碳足跡，結果如下：
表3. 有/無初沉池的碳足跡對比
* Weesp到msterdam-West運輸線約長33km
** 運輸量約14300m3 /年。單次運輸量為36m3，所以需要421次
***污泥運輸量約19500m3/年(573車的運次)
上表結果顯示處理能耗和污泥回收能源對二氧化碳足記的影響最大，其次是污泥運輸。強化混凝土和化學藥劑的影響很小。
可持續(xù)發(fā)展污水廠的成本(代價)?
下面的表4是有初沉池的系統(tǒng)與無初沉池的系統(tǒng)的一個成本差對比，以及有初沉池在節(jié)能減排方面的好處。
有初沉池的話，節(jié)省每度電的成本是0.81歐 ，遠高于現(xiàn)在的電價 € 0.10。有沒有其他更便宜的可再生能源呢?另外減排1噸二氧化碳的成本是€1.37。二氧化碳的交易價目前是€0.50。所以這么說來，配置初沉池其實是一個昂貴的工序。
應用風能、太陽能等其他技術顯得更加吸引，當然值得注意的是，荷蘭目前對太陽能板還是有補貼資助的。
表4.初沉池產生的能耗和二氧化碳排放量分析
*費用看上去很高，因為包括了水委會的費用(1.7倍因)
盡管如此，對于還沒有應用風能和太陽能的水委會來說，建造初沉池似乎還是確保出水達標排放的核心保障之一。
結論和后續(xù)建議
綜上所述，對于Weesp這樣規(guī)模的污水廠，當使用傳統(tǒng)UCT系統(tǒng)的時候，配套初沉池會是每年的費用增加10-15%。雖然初沉池的建造雖然提高節(jié)能減排的表現(xiàn)，實現(xiàn)成本遠高于風能/太陽能等可再生能源。
但是對于還沒興建的污水廠，還有待水委會做出最終的決定。對于水委會來說，確保出水水質永遠是第一要務，就這而言，建造初沉池是有好處的，所以依然要繼續(xù)納入考慮范圍。另外，使用細篩網(fine sieves)代替初沉也是一個可能選擇，因為通過篩分技術還能回收纖維素，作為其他生產的原材料(如生產透水瀝青等)。這是荷蘭的污水資源回收工廠項目的一個鼓勵發(fā)展方向之一，只是還沒有工程應用案例，其商業(yè)前景依然不明朗。
來源:奧尼卡水處理創(chuàng)新部落
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