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2020年，歐盟的地平線(Horizon 2020)多了一個(gè)名叫水礦(Water Mining)的項(xiàng)目。顧名思義，就是要從水中挖礦，在污水生物處理工藝的副產(chǎn)物中挖掘可商業(yè)化的產(chǎn)品。
這個(gè)項(xiàng)目從2020年9月正式開(kāi)始，吸引了12個(gè)國(guó)家、38個(gè)機(jī)構(gòu)的參與，總預(yù)算高達(dá)1910萬(wàn)歐。該項(xiàng)目計(jì)劃在4年的時(shí)間里，分別對(duì)海水、城市污水和工業(yè)廢水三種水源進(jìn)行六個(gè)案例的研究，并在歐洲多國(guó)建造示范工程。
其中在城市污水方面，好氧顆粒污泥回收藻酸鹽(Kaumera)是重點(diǎn)考察技術(shù)。項(xiàng)目選擇了荷蘭烏特勒支和葡萄牙法羅的污水廠作為考察對(duì)象。小編當(dāng)初原以為他們會(huì)分別在這兩地建示范項(xiàng)目，沒(méi)想到今年4月，Water Mining的發(fā)布了一則消息，說(shuō)一個(gè)移動(dòng)式的藻酸鹽提取系統(tǒng)已在荷蘭烏特勒支污水廠投產(chǎn)運(yùn)行。
什么是移動(dòng)式藻酸鹽提取系統(tǒng)？我們來(lái)看個(gè)究竟。
移動(dòng)的變色龍
2017年11月，荷蘭人宣布在Zutphen建成第一座藻酸鹽加工廠，原料是處理廢水的好氧顆粒污泥。這個(gè)項(xiàng)目最初取名NEO Alginaat，其中alginaat是荷蘭語(yǔ)的藻酸鹽，NEO則指從Nereda好氧顆粒污泥工藝?yán)锾崛〉挠袡C(jī)質(zhì)(Nereda Extracted Organic)。到了2018年，荷蘭人將NEO-Alginaat改名為Kaumera。“Kaumera”一詞源自新西蘭毛利語(yǔ)，意為“變色龍”。
為什么取這名字？科學(xué)家發(fā)現(xiàn)從顆粒污泥里提取出來(lái)的藻酸鹽和不同原材料結(jié)合之后，也可展示截然不同的屬性，就像變色龍一樣百面玲瓏——它可做成親水或者疏水性材料，可以放大和延伸原有材料的特定屬性。例如它可以充當(dāng)各種涂層：它可用作種子的“智能保護(hù)層”，幫助幼小的植物更好地吸收養(yǎng)分，增強(qiáng)對(duì)疾病的抵抗力，長(zhǎng)得更快；作為顆粒肥料的涂層，可以讓肥料的分布更均勻；它還可以用作混凝土養(yǎng)護(hù)涂層，確保混凝土的固化過(guò)程良好進(jìn)行，防止干裂。
位于烏特勒支污水廠的藻酸鹽提取系統(tǒng)由四個(gè)移動(dòng)集裝箱組成(如上圖所示)。核心是一個(gè)裝有離心分離單元的集裝箱。這個(gè)箱下邊是一個(gè)裝有泵、收集池和中控裝置的40尺的集裝箱。還有一個(gè)10尺的箱放置蒸汽發(fā)生器，一個(gè)20尺的投藥箱。
集裝箱化的藻酸鹽提取系統(tǒng)細(xì)節(jié) | 圖源：WATER Mining
通過(guò)這個(gè)示范裝置，他們將收集運(yùn)行數(shù)據(jù)，跟蹤物料平衡情況，分析電耗、物耗，產(chǎn)量，用以評(píng)估規(guī)模化應(yīng)用的可行性。
對(duì)比試驗(yàn)
烏特勒支污水廠隸屬HDSR水委會(huì)，他們對(duì)污水資源化的方案感興趣。由于這個(gè)項(xiàng)目的主要專家都在荷蘭，所以就選擇從荷蘭起步，并從試點(diǎn)設(shè)備獲取初步經(jīng)驗(yàn)。項(xiàng)目計(jì)劃在2022年下半年，將該設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)至葡萄牙Faro的Faro/Olhao的污水廠。后者的運(yùn)營(yíng)公司Águas do Algarve和荷蘭的水委會(huì)對(duì)污水資源化有著共同的興趣。
之所以在兩個(gè)地方進(jìn)行考察，是因?yàn)楹商m為低溫地區(qū)，葡萄牙屬于溫暖地區(qū)，借此測(cè)試藻酸鹽回收工藝在不同溫度的表現(xiàn)。荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的Mark van Loosdrecht教授表示：“我們的目標(biāo)是通過(guò)建造這套設(shè)備，促進(jìn)Kaumera國(guó)際化的產(chǎn)品研發(fā)。這種材料可以增加水圈產(chǎn)業(yè)鏈的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，并實(shí)現(xiàn)污水處理的零碳化。”
附帶磷回收
你知道，這些顆粒污泥富含磷，主要以鈣、鎂或鐵沉淀物的形式存在。在提取聚合物的過(guò)程中，他們發(fā)現(xiàn)這會(huì)導(dǎo)致pH值變化，相應(yīng)地也改變了磷的礦物學(xué)性質(zhì)，這意味著可以在堿性條件下以藍(lán)鐵礦(vivianite)的形式實(shí)現(xiàn)磷回收。
小編在2月份的專欄文章《回收率80%！污水廠用磁鐵回收貴價(jià)磷礦顏料》里就介紹過(guò)荷蘭從污水回收藍(lán)鐵礦的技術(shù)。荷蘭代爾夫特理工(TU Delft)和歐洲卓越可持續(xù)水處理技術(shù)中心(Wetsus)還為此開(kāi)展合作項(xiàng)目，取名ViviMag，意指利用磷酸鐵的磁性進(jìn)行磷的分離和回收。
最初該工藝只針對(duì)厭氧消化后的污泥，因?yàn)閰捬跸紫冉档土宋勰囿w積，而且能通過(guò)沼氣的形式回收能量；而在厭氧消化過(guò)程中，F(xiàn)e(III)被還原成Fe(II)，導(dǎo)致藍(lán)寶石的生成。但最近荷蘭聯(lián)合團(tuán)隊(duì)的研究有了新進(jìn)展——他們?cè)谔剿鱒iviMag用于剩余污泥的可行性。2022年2月，他們?cè)凇禞ournal of Environmental Chemical Engineering》發(fā)表了相關(guān)研究成果的文章，Mark van Loosdrecht教授也是作者之一。
文中指出，許多污水廠其實(shí)都并沒(méi)有厭氧消化，還是投加大量鐵鹽來(lái)除磷。對(duì)這些污水廠而言，很有必要研究回收藍(lán)鐵礦的可行性。他們的研究結(jié)果也顯示，不需要長(zhǎng)時(shí)間的厭氧消化，就能形成藍(lán)鐵礦。這在荷蘭團(tuán)隊(duì)看來(lái)，對(duì)于那些此前沒(méi)有配置厭氧消化的污水廠，是一個(gè)升級(jí)成為資源回收工廠的好機(jī)會(huì)。當(dāng)然對(duì)好氧顆粒污泥的技術(shù)供應(yīng)商，也是一個(gè)好機(jī)會(huì)，因?yàn)閼?yīng)用好氧顆粒污泥工藝不僅可以原位提高污水廠的處理能力，多出來(lái)的剩余污泥還可以轉(zhuǎn)化成為PHA或Kaumera等有機(jī)質(zhì)，而如果現(xiàn)在還能從中回收磷，那真的就是名副其實(shí)的資源回收工廠了。
正是看中這個(gè)合二為一的商業(yè)前景，這個(gè)移動(dòng)資源回收裝置，在提取藻酸鹽的同時(shí)，還將進(jìn)行回收藍(lán)鐵礦的研究測(cè)試。
合作機(jī)構(gòu)
參與這個(gè)項(xiàng)目的機(jī)構(gòu)包括了荷蘭的TU Delft、RHDHV、Lenntech和Wetsus，葡萄牙的Águas do Algarve水務(wù)、西班牙Acciona。他們的職責(zé)分工如下：
•TU Delft - 組織協(xié)調(diào)，包括磷回收、堿發(fā)酵和藻酸鹽屬性評(píng)估的研究工作；
•Águas do Algarve - Faro/Õlhao污水處理廠的業(yè)主和運(yùn)營(yíng)單位；
•ACCIONA - 好氧顆粒污泥Nereda®在葡萄牙和西班牙的技術(shù)授權(quán)商，旨在開(kāi)發(fā)伊比利亞半島的 藻酸鹽回收項(xiàng)目；
•Lenntech - 烏特勒支污水廠中試的設(shè)計(jì)、組裝和調(diào)試工作。
• RHDHV - 為工作小組的各種研發(fā)和工程提供支持。
•Wetsus - 研究如何將藻酸鹽回收和磷回收相結(jié)合
另外在烏特勒支項(xiàng)目里，還有三個(gè)協(xié)助單位，包括HDSR水委會(huì)，它主要提供了場(chǎng)地和設(shè)施支持，第二是烏特勒支職業(yè)學(xué)院，他們提供了四位學(xué)生為示范工程提供安裝、啟動(dòng)調(diào)試工作，同時(shí)將參與荷蘭和葡萄牙兩次產(chǎn)生的藻酸鹽的屬性對(duì)比研究；第三個(gè)單位是GEA，他們是離心機(jī)的技術(shù)供應(yīng)商，并負(fù)責(zé)設(shè)備的調(diào)試。
原標(biāo)題：行走的水礦 | 游走歐洲三國(guó)的資源回收工廠
