行走的水矿 | 游走欧洲三国的资源回收工厂
- 2022/5/24 11:20:54
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- 来源：JIEI创新实验室 瓦村农夫
- 关键词:污水处理资源利用海水淡化
2020年，欧盟的地平线(Horizon 2020)多了一个名叫水矿(Water Mining)的项目。顾名思义，就是要从水中挖矿，在污水生物处理工艺的副产物中挖掘可商业化的产品。
这个项目从2020年9月正式开始，吸引了12个国家、38个机构的参与，总预算高达1910万欧。该项目计划在4年的时间里，分别对海水、城市污水和工业废水三种水源进行六个案例的研究，并在欧洲多国建造示范工程。
其中在城市污水方面，好氧颗粒污泥回收藻酸盐(Kaumera)是重点考察技术。项目选择了荷兰乌特勒支和葡萄牙法罗的污水厂作为考察对象。小编当初原以为他们会分别在这两地建示范项目，没想到今年4月，Water Mining的发布了一则消息，说一个移动式的藻酸盐提取系统已在荷兰乌特勒支污水厂投产运行。
什么是移动式藻酸盐提取系统？我们来看个究竟。
移动的变色龙
2017年11月，荷兰人宣布在Zutphen建成第一座藻酸盐加工厂，原料是处理废水的好氧颗粒污泥。这个项目最初取名NEO Alginaat，其中alginaat是荷兰语的藻酸盐，NEO则指从Nereda好氧颗粒污泥工艺里提取的有机质(Nereda Extracted Organic)。到了2018年，荷兰人将NEO-Alginaat改名为Kaumera。“Kaumera”一词源自新西兰毛利语，意为“变色龙”。
为什么取这名字？科学家发现从颗粒污泥里提取出来的藻酸盐和不同原材料结合之后，也可展示截然不同的属性，就像变色龙一样百面玲珑——它可做成亲水或者疏水性材料，可以放大和延伸原有材料的特定属性。例如它可以充当各种涂层：它可用作种子的“智能保护层”，帮助幼小的植物更好地吸收养分，增强对疾病的抵抗力，长得更快；作为颗粒肥料的涂层，可以让肥料的分布更均匀；它还可以用作混凝土养护涂层，确保混凝土的固化过程良好进行，防止干裂。
位于乌特勒支污水厂的藻酸盐提取系统由四个移动集装箱组成(如上图所示)。核心是一个装有离心分离单元的集装箱。这个箱下边是一个装有泵、收集池和中控装置的40尺的集装箱。还有一个10尺的箱放置蒸汽发生器，一个20尺的投药箱。
集装箱化的藻酸盐提取系统细节 | 图源：WATER Mining
通过这个示范装置，他们将收集运行数据，跟踪物料平衡情况，分析电耗、物耗，产量，用以评估规模化应用的可行性。
对比试验
乌特勒支污水厂隶属HDSR水委会，他们对污水资源化的方案感兴趣。由于这个项目的主要专家都在荷兰，所以就选择从荷兰起步，并从试点设备获取初步经验。项目计划在2022年下半年，将该设备系统运至葡萄牙Faro的Faro/Olhao的污水厂。后者的运营公司Águas do Algarve和荷兰的水委会对污水资源化有着共同的兴趣。
之所以在两个地方进行考察，是因为荷兰为低温地区，葡萄牙属于温暖地区，借此测试藻酸盐回收工艺在不同温度的表现。荷兰代尔夫特理工大学的Mark van Loosdrecht教授表示：“我们的目标是通过建造这套设备，促进Kaumera国际化的产品研发。这种材料可以增加水圈产业链的经济价值，并实现污水处理的零碳化。”
附带磷回收
你知道，这些颗粒污泥富含磷，主要以钙、镁或铁沉淀物的形式存在。在提取聚合物的过程中，他们发现这会导致pH值变化，相应地也改变了磷的矿物学性质，这意味着可以在碱性条件下以蓝铁矿(vivianite)的形式实现磷回收。
小编在2月份的专栏文章《回收率80%！污水厂用磁铁回收贵价磷矿颜料》里就介绍过荷兰从污水回收蓝铁矿的技术。荷兰代尔夫特理工(TU Delft)和欧洲卓越可持续水处理技术中心(Wetsus)还为此开展合作项目，取名ViviMag，意指利用磷酸铁的磁性进行磷的分离和回收。
最初该工艺只针对厌氧消化后的污泥，因为厌氧消化首先降低了污泥体积，而且能通过沼气的形式回收能量；而在厌氧消化过程中，Fe(III)被还原成Fe(II)，导致蓝宝石的生成。但最近荷兰联合团队的研究有了新进展——他们在探索ViviMag用于剩余污泥的可行性。2022年2月，他们在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表了相关研究成果的文章，Mark van Loosdrecht教授也是作者之一。
文中指出，许多污水厂其实都并没有厌氧消化，还是投加大量铁盐来除磷。对这些污水厂而言，很有必要研究回收蓝铁矿的可行性。他们的研究结果也显示，不需要长时间的厌氧消化，就能形成蓝铁矿。这在荷兰团队看来，对于那些此前没有配置厌氧消化的污水厂，是一个升级成为资源回收工厂的好机会。当然对好氧颗粒污泥的技术供应商，也是一个好机会，因为应用好氧颗粒污泥工艺不仅可以原位提高污水厂的处理能力，多出来的剩余污泥还可以转化成为PHA或Kaumera等有机质，而如果现在还能从中回收磷，那真的就是名副其实的资源回收工厂了。
正是看中这个合二为一的商业前景，这个移动资源回收装置，在提取藻酸盐的同时，还将进行回收蓝铁矿的研究测试。
合作机构
参与这个项目的机构包括了荷兰的TU Delft、RHDHV、Lenntech和Wetsus，葡萄牙的Águas do Algarve水务、西班牙Acciona。他们的职责分工如下：
•TU Delft - 组织协调，包括磷回收、碱发酵和藻酸盐属性评估的研究工作；
•Águas do Algarve - Faro/Õlhao污水处理厂的业主和运营单位；
•ACCIONA - 好氧颗粒污泥Nereda®在葡萄牙和西班牙的技术授权商，旨在开发伊比利亚半岛的 藻酸盐回收项目；
•Lenntech - 乌特勒支污水厂中试的设计、组装和调试工作。
• RHDHV - 为工作小组的各种研发和工程提供支持。
•Wetsus - 研究如何将藻酸盐回收和磷回收相结合
另外在乌特勒支项目里，还有三个协助单位，包括HDSR水委会，它主要提供了场地和设施支持，第二是乌特勒支职业学院，他们提供了四位学生为示范工程提供安装、启动调试工作，同时将参与荷兰和葡萄牙两次产生的藻酸盐的属性对比研究；第三个单位是GEA，他们是离心机的技术供应商，并负责设备的调试。
原标题：行走的水矿 | 游走欧洲三国的资源回收工厂
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