小廠的美 | 瑞士一座90年不斷升級的污水廠
2022-04-24 10:43來源：JIEI創(chuàng)新實驗室作者：瓦村農(nóng)夫
在瑞士蘇黎世以東13公里的地方，有一個叫烏斯特(Uster)的小城。這個人口不到4萬的小城，估計很多人都沒聽過。但如果你來自紡織行業(yè)，又或者曾關(guān)注過新疆棉事件，也許會知道，這個小城里，有家公司的名字就叫Uster。
這究竟是什么企業(yè)，敢用城市的名字命名？
在此小編引用微博一位名為geo-textile的網(wǎng)友的話：“全世界的棉花檢測及棉紗檢測都是被瑞士USTER公司控制，你不用它的標準就要被退貨，中國在80年代很窮的時候為了出口棉紗和棉布，被逼著購買瑞士昂貴的棉紗條干儀，這些公司就是坐在金字塔尖攫取超額利潤的巨頭。新疆有很多Uster的棉花檢測儀，600萬一臺。”
不過今天小編不是要介紹來紡織廢水處理，也不是要吹噓瑞士的機加工水平，而是想分享這座小城的污水廠的發(fā)展史。因為我在網(wǎng)上偶遇了他們水廠的介紹冊子，一下子就被吸引了——一個日處理量不到2萬的污水廠，居然愣是給自己整理出90年的發(fā)展史。更有趣的是，它的歷史也許能幫助我們更好地了解西方污水處理技術(shù)發(fā)展的驅(qū)動力，所以我想在本期的專欄做此搬磚分享。
大蕭條下的改變
1929-1933年，史書稱地球發(fā)生了一場全球經(jīng)濟危機，也就是著名的大蕭條(Great Depression)。但這場經(jīng)濟危機并沒有緩和環(huán)境的污染問題，相反，歐洲很多水環(huán)境都在不斷惡化。瑞士也不例外：瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)的學(xué)者曾統(tǒng)計過瑞士的兩個湖泊的重金屬含量變遷史，如下圖所示，在20世紀中葉前后，這些深山湖的重金屬污染到達頂峰。這也不難理解為何瑞士第一部《水保護法案》也在那個時期應(yīng)運而生（1955年）。
日內(nèi)瓦湖中心（水深 304 米）和盧塞恩湖港附近（水深 110 米）的沉積微量元素記錄（以微克/克計） | 圖源：Springer
但俗話有說，冰凍三尺非一日之寒。
1933年，瑞士烏斯特市西邊的格里芬湖(Greifensee)出現(xiàn)了魚類死亡的現(xiàn)象，烏斯特市自此意識到污水處理的重要性，同年開始起草市政污水的處理計劃。不過因為大蕭條和不久之后的二戰(zhàn)，烏斯特市的污水廠計劃被擱置。這一等，就等到1956年后，才迎來自己的第一座污水處理廠。這也已經(jīng)是瑞士聯(lián)邦水保護法案一年后的事情了。不論怎樣，Uster總算有了自己的污水廠，而在隨后的60多年里，這個污水廠不斷地經(jīng)歷著改變。
在他們2021發(fā)布的官方污水廠介紹資料里，他們整理了Uster市污水處理的時間軸，我們一起看看：
1931
Uster起草第一份污水處理計劃
1932-1933
格里芬湖(Greifensee)出現(xiàn)魚被污染水體毒死現(xiàn)象
1933
該市建筑部提出通用污水項目(GKP)需求，并在Uster建造集中式污水廠。
1938
政府委員會通過這個污水廠項目，但二戰(zhàn)后的經(jīng)濟困難使此計劃擱置。
1955
隨著經(jīng)濟向前發(fā)展，Uster的污水管網(wǎng)不斷擴建。
同年，瑞士聯(lián)邦對水保護法案進行修訂。
1956
Jungholz污水廠開始投產(chǎn)運行，包含機械處理和生物處理工藝。
1958
Jungholz污水廠加入化學(xué)除磷(80%的除磷率)
1968
本年12月，Uster就在Nänikon建造第二個污水廠舉行全民投票。
1971
Nänikon污水廠投入運營。
瑞士出臺新一版的水保護法案。
1973 – 1977
Jungholz污水廠進行擴建，增加了兩條平行處理線。
1981
Jungholz污水廠增設(shè)混凝過濾工藝。
1985
Jungholz污水廠增設(shè)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置。
1987
Jungholz污水廠開始有污泥無害化處置系統(tǒng)。
污水管網(wǎng)長80公里，大部分為雨污混合制管網(wǎng)。
1991
Jungholz污水廠增設(shè)第一臺PC計算機
1993
本年11月，Uster市就廢除Nänikon污水廠進行公投，該廠于1994年停運。
1999
本年9月，市議會通過了Jungholz污水廠的污水余熱利用提案，并與EKZ蘇黎世電力工程公司簽訂相關(guān)合同。
2000
本年1月，污水廠獲得瑞士質(zhì)量和管理體系協(xié)會（SQS）的ISO14001證書，污水廠的余熱將用于57套公寓的供暖。
2001
本年5月，污水廠的辦公樓獲批擴建。
同年11月，廠區(qū)加熱來源轉(zhuǎn)為沼氣燃燒。同年12月，污水廠更換新的熱電聯(lián)產(chǎn)燃機。
2003
5月1日，瑞士宣布污水廠污泥禁止用作農(nóng)業(yè)肥料。同年，污水廠為新增的72套公寓供暖。
同年11月，Jungholz污水廠獲得Médaille d'eau和瑞士能源創(chuàng)新獎兩個獎項。
2004
新辦公樓落成。
2007
安裝新格柵設(shè)備
2008
3月，舉行生物清潔生產(chǎn)奠基儀式：拆除舊煤氣表；
4-6月，安裝新的污泥回流泵；
8月，污水廠第一條處理線停運并清空。
2009
6月，第一個SBR反應(yīng)器完工。
7月，安裝新的濾池進料泵
11月，新風(fēng)機系統(tǒng)完成安裝。
12月，東區(qū)的SBR系統(tǒng)開始進行調(diào)試運行。
2010
6月，西區(qū)的SBR模塊投產(chǎn)運行。
2016
11月，SBR的循環(huán)系統(tǒng)從靜態(tài)調(diào)整為動態(tài)。
2017
9月，更換電話通訊設(shè)備，并安裝個人報警系統(tǒng)
2019
5月市議會批準了污水廠的新擴建計劃。
2020
安裝新的沉砂池收集砂石和油脂。
污水廠現(xiàn)況
看完烏斯特市的污水發(fā)展史，我們再來看看該市目前唯一的污水廠——Jungholz污水廠的現(xiàn)況。
約十年前，Jungholz污水廠經(jīng)過了一次擴建(2008-2011)，如今的處理能力為48000人口當(dāng)量(PE)，主要處理烏斯特市約35000名居民和旁邊的格里芬市的約5500名居民產(chǎn)生的生活污水。在雨天，污水廠的處理能力可達到800升/秒。預(yù)計在2030年，污水廠的處理能力將提升到60000人口當(dāng)量。
目前污水廠采用的是SBR工藝，一共有6個SBR反應(yīng)器，HRT約8小時，出水排入格里芬湖。
Jungholz污水廠雖小，但五臟俱全，他們通過各種方式，在往碳中和污水廠邁進，例如：
1 辦公樓屋頂裝設(shè)光伏系統(tǒng)
2 SBR反應(yīng)器采用微孔曝氣系統(tǒng)
3 在線控制系統(tǒng) ：溶解氧傳感器，按需曝氣，減少不必要的能耗；
4 中溫厭氧消化系統(tǒng)(35–38°C，總體積1500m³，SRT 20天)，通過熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備回收電力和熱能。
數(shù)據(jù)顯示，污水廠的電力自給率為40%，熱能自給率為100%。此外，他們還應(yīng)用了水源熱泵技術(shù)，回收污水中的余熱。目前這些熱能能為400戶約900人提供熱能。因此他們把Jungholz污水廠稱作生態(tài)發(fā)電站。
此外，廠區(qū)有一個中水回用系統(tǒng)，對無需使用飲用水級別的用水，中控系統(tǒng)會將清潔出水分配到專用管道實現(xiàn)水回用。
下一個十年
話說瑞士是世界上第一個實行新興污染物點源控制的國家。早在2014年，瑞士國會就批準對新的水保護法案進行修訂(Swiss Water Protection Act)，對污水廠出水含有的微污染物設(shè)定限值，并要求部分污水廠進行改造，增加深度處理工藝，以12種指示污染物的去除率作為評判標準，且去除率不低于80%。目標是在2040年前，對全瑞士約650座污水廠中的100座進行升級改造，Jungholz污水廠就位列其中。
其實早在2016年，污水廠就已向市議會提交一個新的15年長期計劃，主要分成了三個階段：
階段1 (2017 – 2020)：機械處理部分的改造，主要是更換沉砂池和辦公樓改造，
階段2 (2019 – 2025)：對污泥處理線進行整修，建設(shè)兩個新的厭氧消化器；
階段3 (2024 – 2030)：生物處理工藝和深度處理的升級，加入去除微污染物的工藝技術(shù)。
第一階段的工作已經(jīng)完成。如下圖所示，一個小小的污水廠已經(jīng)擁有非�，F(xiàn)代風(fēng)格的辦公大樓。在小編看來，這也是全球的污水廠對建筑設(shè)計愈加重視的體現(xiàn)。
第二階段的工作，受疫情影響，已經(jīng)從2019年推遲到2022年2月才開始正式實施。之所以要修建新的厭氧消化器，主要是兩個老的消化器已經(jīng)運行多年，需要逐漸退役了。所以污水廠在不影響日常運行的前提下，將新建兩個新的厭氧消化器，并在建筑設(shè)計方面也花了心思(見下圖)。
第三階段的工作預(yù)計在2年后開始。瑞士貌似相當(dāng)重視微污染物問題，著名的瑞士聯(lián)邦水科學(xué)和技術(shù)研究所（EAWAG）也在快馬加鞭測試不同去除技術(shù)的效果。估計Jungholz污水廠也在等待科研機構(gòu)的測試結(jié)果，以便選取合適的處理方法。
有趣的是，盡管污水廠的工藝在不斷升級，市議會表示烏斯特市民的水費不會因此大幅上漲，將維持在每年150法郎的水平。
除了日常的運行，污水廠也參與一些科研項目。例如他們和Eawag合作研究SBR工藝的N2O排放和”硝化不良”的問題，研究成果已經(jīng)發(fā)表在2021年的國際水協(xié)會的期刊Water Research上，在作者名單里大家甚至可以看到著名的Eberhard Morgenroth教授的名字。
小結(jié)
從 1956 年一路走來，我們可以看到Jungholz污水廠的變遷和人們生活的變化息息相關(guān)。小編覺得他們的官方總結(jié)也挺不錯的，他們認為，污水廠的變化主要有三大驅(qū)動因素：人口發(fā)展、不斷提升的處理標準和創(chuàng)新處理技術(shù)。小編甚至認為，既然他們有著SBR工藝，這意味著污水廠有條件引入好氧顆粒污泥工藝和藻酸鹽的回收技術(shù)，實現(xiàn)污水廠向資源回收工廠的轉(zhuǎn)化。如果真有這一天，烏斯特市又可以把這作為可持續(xù)發(fā)展的案例好好吹噓一下了。
最后附上一批Jungholz污水廠的廠區(qū)照片：
