R3Water | 欧盟污水资源回收和药物处理项目

从2014年1月开始，历时42个月，总预算780万欧元的R3Water项目将要在今年6月告一段落。R3Water中的三个R指的是城市污水处理的水回用、资源回收和回收效率（Reuse of water, Recovery of valuable Substances & Resource efficiency），另外还包含了对污水中的药物的去除。本期我们给大家介绍这一项目在过去4年的发现和成果。

R3Water项目联合体由瑞典环境科学研究院IVL作为协调方，由英国、德国、比利时、西班牙、瑞典、挪威和芬兰欧洲7国的12个技术合作伙伴组成，包括一些中小型企业和科研中心。越来越多人意识到污水处理厂可以成为提供能源、营养物、回用水和其他有用物质的生产单元，这需要提高处理效率和引入新的技术和商业模式来实现。

主要目标

R3Water项目的主要目标是给城污水处理厂展示可行的解决方案：

  • 展示提高处理效率的新技术和解决方案，包括创新监测、控制系统和管理措施；

  • 展示可以回用水和资源的创新污水技术；

  • 推动展示技术在全球不同地区的市场吸收度。

为了实现这三个目标，他们选取了瑞典、西班牙和比利时三个国家作为示范项目地点。同时他们的R3还有另一层含义：Reviewed（评估） – Referenced （参照）–Recognized（验证），这是一种商业模式上的探索：在示范项目进行的同时，他们对项目申请欧盟ETV环境技术验证（EU ETV Pilot programme）的评估程序，这样能提高技术在欧洲国家的市场认可度，并且减少测试的需要。

▲ R3Water项目的目标概念图

试验场地

瑞典斯德哥尔摩

Hammarby Sjöstadsverk瑞典水创新中心是一个研发和展示水处理和相关环境技术的开放性平台。 它位于斯德哥尔摩东南部的Henriksdalsberget山上，而在它下面就是瑞典最大的污水厂Henriksdal 污水厂(地埋式污水厂)。

▲ Hammarby Sjöstadsverk瑞典水创新中心

Hammarby Sjöstadsverk为瑞典皇家理工学院KTH和瑞典环境科学研究院IVL共同所有。它会接收来自Henriksdal污水厂的进水，这给他们提供了研究实际污水的机会。在R3Water项目中，瑞典团队一方面研究活性污泥工艺、MBR和射流振荡(fluidicoscillation)的结合技术来改善资源回收、能量回收和提高生物沼气的产率的效果，另一方面研究臭氧和活性炭对污水中的药物残留物的去处效果，来确保污水的安全回用。

▲ a.活性污泥工艺与膜生物反应器(MBR)的反应器现场；b.用于提高曝气效率的射流振荡(fluidicoscillation)

西班牙Girona

西班牙的示范项目地点位于其东北部巴塞罗那附近的Girona，主要执行者为Consorci Costa Brava (CCB )这个水务公司，具体项目分布如下：

▲ Castell–Platja D’Aro污水厂（左）, Girona污水厂（中）, Empuriabrava污水厂（右）

比利时

比利时的试验任务由运营281家污水厂运行的水务公司Aquafin负责，他们在10个污水厂对7项创新技术进行了测试。这10个污水厂分别为Aarteselaar, Bevere, Brugge, Antwerpen-Zuid, Harelbeke,Wijer,Leuven, Geraardsbergen, Mechelen-Nord and Genk。

▲ Brugge布鲁日污泥焚烧厂（左）和Antwerpen-Zuid安特卫普南污水厂（右）

7项测试技术为：

  • 射流振荡技术减少曝气能耗

  • 射流振荡技术增加沼气产量

  • HTC污泥处理工艺

  • 从焚烧灰渣中回收资源

  • 厌氧氨氧化控制系统

  • 污水厂节能模型

  • Optim EDAR在线曝气管理系统

R3Water技术简介

下图总结了R3Water项目所要测试的技术在污水处理工艺具体环节的分布情况。

水回用技术（Reuse of Water）

  • aquaBio (ADASA, 西班牙)

  • AQUATRACK®  (Aqua-Q, 瑞典)

  • 臭氧消毒 (Aqua-Q, 瑞典)

  • doscontrol® (Teqma, 西班牙)

这四项技术中，aquaBio 和AQUATRACK是对污水水质进行连续监测的。Doscontrol是控制UV紫外消毒和投氯的控制技术(在瑞典场地只对投氯做测试)，能提供更高效的消毒工艺。而药物去除的研究则对臭氧和活性炭的工艺的效果作调查和对比。

▲ AQUATRACK, aquaBio和doscontrol的设备图

资源效率技术（Resource efficiency）:

  • Anammox ( 瑞典IVL和比利时Aquafin)

  • OptimEDAR (西班牙ADASA)

  • Microbubbles (英国Perlemax)

  • Model based predictive control (挪威Prediktor)

  • Whole plant modeling (西班牙ICRA和比利时Aquafin)

这些技术都是为了提高污水厂的资源效率，降低能耗或者减少化学品的使用。其中通过射流振荡产生的微泡技术展示出更高效的曝气，并可提高厌氧消化的沼气产量。基于模型的预判控制系统提供动态曝气点，给传统的活性污泥处理工艺提供更高效的曝气控制，也能给厌氧氨氧化Anammox工艺提供创新性的控制算法，减少脱氮所需的能耗。

资源回收技术 (Resource recovery):

  • Hydrothermal carbonization HTC(Ava-CO2, 德国)

  • Sludge ash valorization (Renotech, 芬兰)

前者是德国的Ava-CO2公司的水热碳化技术，它在厌氧热化学工艺中将生物质转化为生物质煤。后者则是芬兰Renotech公司对污泥灰渣资源化的技术。测试地点都在比利时。

▲ HTC技术

药物去除

在R3Water对污水中的药物去除的测试中，他们用MBR或者MBBR反应器的出水作为研究对象，因为这些工艺技术的SRT更长，跟传统活性污泥工艺相比，对药物化学品降解效果更好。为了实现90-95%的去除率，他们选了强氧化剂(臭氧)和活性炭来作对比测试。前者是通过氧化作用破坏化合物，后者是药物从水相中分离。

▲ 中试项目工艺流程图:左边为臭氧，右边为活性炭

实验已经在近期完成，评估工作还在进行中，但初步结果显示两种技术都是很有前景的，而活性炭的去除效果还稍微好一些，当然这也视乎臭氧的投加浓度(试验的臭氧浓度为7g ozone/m3)。不过不同的药物的去除效率差异较大，这意味着如果要实现对所有所选药物的去除，需要增加其他处理工艺。

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