荷兰水质欧洲倒数？污水厂说试试这个新工艺吧
荷兰水质欧洲倒数？污水厂说试试这个新工艺吧
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水星漫谈 Vol. 70
2022年欧洲环境署(EEA)的一份报告显示，荷兰的浴场用水水质竟然排名欧洲倒数。个中原因或许比较复杂，例如荷兰是莱茵河的出口，要承担上游国的污染负荷。但也有学者指出，荷兰自身的农业和工业也是重要排放源。荷兰知名水务咨询公司RoyalHaskoningDHV的水质专家Roel Knoben甚至认为，荷兰300多个城市污水处理厂中，有至少60座污水厂出水的磷没有达标排放，就更加不用说PFAs等新型污染物的排放问题了。
2021年欧洲各国优质浴场用水占比排行 | 图源：欧洲环境署
其实在这份报告出炉前，荷兰人早就已经知道自身的潜在问题，并着手改善地表水水质的工作。他们认为，去除污水中的微污染物是其中的重要工作之一。你们有想过用活性炭粉末加好氧颗粒污泥工艺去除微污染物吗？他们就对这个工艺组合进行了一年多的测试。
效果如何呢？我们一起来看看。
PACAS+AGS
小编在之前专栏里已经介绍过 荷兰的PACAS项目 ——通过在活性污泥法中投加活性炭去除处理出水中残留的微污染物(如药物残留等)。荷兰的几个水委会，联合荷兰水研究基金会STOWA、荷兰基建及水管理部，成立了名为IPMV(Innovatieprogramma Microverontreinigingen)的创新研究计划，专门研究微污染物的去处技术，PACAS就是其中的子项目。
位于荷兰Simpelveld污水厂的粉末活性炭投加单元(右)和储存罐(左) | 图源：STOWA
为了减少微污染物向地表水的排放，在这个研究计划中，他们确定了11种指导物质作为考察对象，其中9种为药物残留。这有利于对所有研究中持续监测的结果进行横向比较。他们也对其设定了至少70%的去除率目标。
荷兰去除微污染物创新计划IPMV选出的 11指导物质
PACAS项目显示，粉末活性炭能有效去除活性污泥污水厂中的药物残留。 但它对好氧颗粒污泥工艺同样有效吗？ 荷兰水委会对这个问题非常感兴趣，因为越来越多的污水厂考虑用好氧颗粒污泥工艺(AGS)对污水厂进行扩容改造。
试验设置
2021年，相关团队在Simpelveld污水厂进行了试验研究。Simepveld污水厂隶属林堡水委会(Limburg Water Authority, WBL)，有两个好氧颗粒污泥处理线，其中一个处理1/3的进水，另一个处理剩下的2/3。
在测试阶段，粉末活性炭投加到处理量较小的那条线中，另一条作为对照，两者出水先在缓冲池混合，然后导入砂滤池。整个测试为期14个月，期间的活性炭投加量逐步增加(5, 10, 15,20 mg PAC/L进水)，最后还对不同碳源的活性炭进行了简短测试。
活性炭投加点设在曝气阶段结束时，停留时间在30分钟左右，然后再进入下一个阶段。投加量视进水情况而定，例如旱天采用上述浓度的固定投加比例，而雨天的投加量会相对减少(毕竟雨水不含药物残留)。
监测项目
每个投加周期，相关团队每天都会对两个处理线的进水和出水进行采样。
分析内容包括微污染物(指导物质)、营养物(氮磷)、常规参数(COD、BOD、悬浮固体)，污泥成分以及，PFAs等。根据这些数据，计算出去除率以及活性炭剂量对出水水质、污泥质量的影响。计算方法依据是荷兰基建及水管理部和STOWA制定的《污水处理厂废水药物残留采样和化学分析临时工作指南》，最终去除率是每个水样中11种指导物质中去除率最高的7种的平均值。
去除效率和其他影响
计算结果显示，参照处理线中药物残留的去除效率平均为35%。随着 PAC剂量的增加，5mg/L剂量的去除率提高到 45%，20 mg/L的去除率则为到84%，而10 mg/L 剂量的去除率已经能完全满足其制定的70%的目标要求。但粉末活性炭对PFAS和重金属的去除没有提升。
砂滤池一般能再去除8%的药物残留。不过他们认为需要进一步考察来确认如果整条处理线都经过粉末活性炭处理后(包括对照组)，情况会不会有变化。
不同剂量的PAC对污水中的药物残留去除率对比
另一方面，粉末活性炭不会对生物脱氮除磷产生负面影响，也没有影响污泥沉降特性和颗粒污泥的形成。投加的炭粉被污泥颗粒捕获，并以剩余污泥的形式排出。但额外的污泥增量不大。按 15 mg/L的剂量计算，Simpelveld污水厂的污泥量仅增加约 5%。
他们参照瑞士和德国的方法，检查粉末活性炭被污水处理厂废水冲走的可能性。该方法（检测限为1mg/L）未检测到任何碳流失。他们猜测在 Simpelveld 污水厂，未被污泥捕获的碳可能大部分留在砂滤池中。
由于好氧颗粒污泥可以用于回收提炼海藻酸原料(Kaumera)，所以他们还考察了活性炭粉末是否会影响海藻酸的回收效率。结果显示，两条处理线回收的污泥的海藻酸产量几乎相同(PAC处理线为25.7%，而对照处理线的数值为27.5%)。
试验设置
在测试最后阶段，研究团队对用松木生产的可再生活性炭（Acticarbone 2SW，Chemviron）进行了为期一个月的测试。结果显示，在15mg/L剂量条件下，再生炭的去除率与之前测试用的炭粉 (Pulsorb WP 235)的效果没有显着差异，去除率分别为 74%和76%。
但他们也指出，因为选择这款Acticarbone松木活性炭的密度较低 (180 kg/m3)，所以投加没那么容易。
环保PAC和化石PAC的去处率对比
值得看好的技术
总的来说，这次测试的结果表明，PACAS可以和AGS有效结合，去除污水中的药物残留，且负面影响可忽略不计。所需的炭粉剂量可以非常精确地设定，使用10-15 mg/L就能满足IPMV制定的去除率。另外，这套设备可以作为即插即用的模块加到现有的污水厂中，因此也能用于针对特定药物残留的医院废水处理设施。目前发现的唯一缺点是环保炭粉的使用方便度比不上化石PAC。要实现大规模的工程应用，可能需要对投加设备再作改良，以适应不同属性的炭粉。
参考资料
1. STOWA, 2018; PACAS poederkooldosering in actiefslib voor verwijdering van microverontreinigingen [PACAS powdered carbon dosing in activated sludge for the removal of micropollutants]. Research on effectiveness and efficiency at WWTP Papendrecht (STOWA, 2018-02)
2. STOWA, 2023; Pilot Poederkooldosering Nereda Simpelveld (STOWA 2023-02) in voorbereiding [Poederkooldosering Nereda Simpelveld (STOWA 2023-02) pilot in preparation]
3. Platz, 2015; S. Platz; Charakterisierung, Abtrennung und Nachweis von Pulveraktivkohle in der Abwasserreinigung, PhD-thesis, Universität Stuttgart.
4. Metzger, 2011; S. Metzger, A. Rössler, H. Kapp; Optimierung der Pulveraktivkohleabtrennung durch Filtration als Grundlage zur Anlagendimensionierung; Abschlussbericht, Hochschule Biberach.
5. STOWA, 2017; Landelijke Hotspotanalyse Geneesmiddelen RWZI’s; STOWA 2017-42 [National Hotspot Analyse of Medicines at WWTPs; STOWA 2017-42]
6.https://www.stowa.nl/sites/default/files/assets/PUBLICATIES/Publicaties%202020/STOWA%202020-20%20Nereda%20poederkooldosering.pdf
7.https://www.dutchnews.nl/2022/06/the-netherlands-has-the-lowest-bathing-water-quality-in-western-europe/
8.https://www.wur.nl/en/newsarticle/wageningen-world-bottom-of-the-class-for-water-quality.htm
9.https://www.lanuv.nrw.de/fileadmin126459646/forschung/Projektsteckbrief_BePAK.pdf
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