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創新實驗室作者：瓦村農夫
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，又或者曾關注過新疆棉事件，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，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展史。因為我在網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發展的驅動力，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，史書稱地球發生了一場全球經濟危機，也就是著名的大蕭條(Great Depression)。但這場經濟危機并沒有緩和環境的污染問題，相反，歐洲很多水環境都在不斷惡化。瑞士也不例外：瑞士日內瓦大學的學者曾統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》也在那個時期應運而生（1955年）。
日內瓦湖中心（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)出現了魚類死亡的現象，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，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。這也已經是瑞士聯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歷著改變。
在他們2021發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)出現魚被污染水體毒死現象
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，但二戰后的經濟困難使此計劃擱置。
1955
隨著經濟向前發展，Uster的污水管網不斷擴建。
同年，瑞士聯邦對水保護法案進行修訂。
1956
Jungholz污水廠開始投產運行，包含機械處理和生物處理工藝。
1958
Jungholz污水廠加入化學除磷(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污水廠增設混凝過濾工藝。
1985
Jungholz污水廠增設熱電聯產裝置。
1987
Jungholz污水廠開始有污泥無害化處置系統。
污水管網長80公里，大部分為雨污混合制管網。
1991
Jungholz污水廠增設第一臺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合同。
2000
本年1月，污水廠獲得瑞士質量和管理體系協會（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，廠區加熱來源轉為沼氣燃燒。同年12月，污水廠更換新的熱電聯產燃機。
2003
5月1日，瑞士宣布污水廠污泥禁止用作農業肥料。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和瑞士能源創新獎兩個獎項。
2004
新辦公樓落成。
2007
安裝新格柵設備
2008
3月，舉行生物清潔生產奠基儀式：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反應器完工。
7月，安裝新的濾池進料泵
11月，新風機系統完成安裝。
12月，東區的SBR系統開始進行調試運行。
2010
6月，西區的SBR模塊投產運行。
2016
11月，SBR的循環系統從靜態調整為動態。
2017
9月，更換電話通訊設備，并安裝個人報警系統
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。
污水廠現況
看完烏斯特市的污水發展史，我們再來看看該市目前唯一的污水廠——Jungholz污水廠的現況。
約十年前，Jungholz污水廠經過了一次擴建(2008-2011)，如今的處理能力為48000人口當量(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名居民產生的生活污水。在雨天，污水廠的處理能力可達到800升/秒。預計在2030年，污水廠的處理能力將提升到60000人口當量。
目前污水廠采用的是SBR工藝，一共有6個SBR反應器，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 辦公樓屋頂裝設光伏系統
2 SBR反應器采用微孔曝氣系統
3 在線控制系統 ：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(35–38°C，總體積1500m³，SRT 20天)，通過熱電聯產設備回收電力和熱能。
數據顯示，污水廠的電力自給率為40%，熱能自給率為100%。此外，他們還應用了水源熱泵技術，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污水廠稱作生態發電站。
此外，廠區有一個中水回用系統，對無需使用飲用水級別的用水，中控系統會將清潔出水分配到專用管道實現水回用。
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。
第一階段的工作已經完成。如下圖所示，一個小小的污水廠已經擁有非常現代風格的辦公大樓。在小編看來，這也是全球的污水廠對建筑設計愈加重視的體現。
第二階段的工作，受疫情影響，已經從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，并在建筑設計方面也花了心思(見下圖)。
第三階段的工作預計在2年后開始。瑞士貌似相當重視微污染物問題，著名的瑞士聯邦水科學和技術研究所（EAWAG）也在快馬加鞭測試不同去除技術的效果。估計Jungholz污水廠也在等待科研機構的測試結果，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，研究成果已經發表在2021年的國際水協會的期刊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
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。小編覺得他們的官方總結也挺不錯的，他們認為，污水廠的變化主要有三大驅動因素：人口發展、不斷提升的處理標準和創新處理技術。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，實現污水廠向資源回收工廠的轉化。如果真有這一天，烏斯特市又可以把這作為可持續發展的案例好好吹噓一下了。
最后附上一批Jungholz污水廠的廠區照片：
