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无所不能的变色龙Kaumera | 荷兰污水厂升级成为海藻酸原料厂

发布日期:2020-10-29 来源: IWA国际水协会
  十年前,荷兰水委会联盟就曾联合颁布一个2030年污水厂路线图报告,并以此为指南开展污水厂的升级改造计划,目标是将在公众眼里又臭又脏的基建设施,变成生产清洁用水、清洁能源和高附加值原材料的高科技工厂。十年弹指一挥间,很多当时的设想都已成为现实。2019年10月,位于荷兰Zutphen的一座污水资源回收工厂正式揭幕运行,这座工厂从污水中提取了一种名为Kaumera Nereda® Gum的新材料。这种胶有多厉害?据说能成为种子营养物、颗粒肥料、混凝土和油漆中使用的化学品的绿色替代品。
  荷兰污水厂的2030能量回收计划 |图源:Grondstoffenfabriek
   资源回收工厂的理论基础
  在发布2030路线图之后,许多新一代污水厂相继在荷兰落地。2011年,第一座好氧颗粒污泥污水厂在Epe污水厂投入运行,采用新工艺后,该污水厂成为荷兰全国能耗最低的市政污水厂。2013年,名为Fosvaatje的项目就在阿姆斯特丹的污水厂动工,该项目从污水中回收磷、氮、钾以及可以生成生物塑料的中间体等原材料。
  FosVaatje – 欧洲最大的污水厂磷回收项目之一 |图源:DutchWaterSector
  荷兰TU Delft的Mark van Loosdrecht教授,曾介绍过,除了出众的沉降性能之外,这些好氧颗粒颗粒富含胞外聚合物(EPS)。这些EPS里的藻酸盐(Alginate)含量还高达20%。要知道藻酸盐是一种高附加值的生物聚合物。如果污水厂可以变成提纯藻酸盐的原料加工厂,这将改变污水厂的商业运营模式,这正是荷兰人决定兴建藻酸盐加工厂的理论基础。
  Mark van Loosdrecht教授在IWA的国际会议上做报告发言
  2017年11月,荷兰人宣布在Zutphen建一座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在荷兰语中指藻酸盐,NEO则指从Nereda好氧颗粒污泥工艺里提取的有机质(Nereda Extracted Organic)。这个项目的目标是想开辟污水资源回收的新道路——以藻酸盐作为初级产品,将污水处理延伸至精细化工领域,生产出首饰、服装等大众消费品。

  Zutphen污水厂2017年冬天(左)和2019年9月(右)的进度对比 | 图源: Kaumera
  荷兰Zutphen污水厂资源回收项目建设回顾
  无所不能的变色龙
  在2018年的荷兰设计周上,天生就是营销大师的荷兰人决定将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?话说变色龙以其多变的颜色和对环境的适应性而闻名。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,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。
  Kaumera材料的神奇属性,还给了科学家和艺术家跨界交流的空间。一位叫Nienke Hoogvliet的荷兰人,就将污水处理产生的一些污泥副产物,包括藻酸盐、厌氧氨氧化菌和污泥磷酸盐提取的蓝铁矿(vivianite),摇身一变成为印染日本和服的天然染料。除了营销噱头,藻酸盐确实能够使纺织品更好地吸收染料,减少纺织印染产生的水耗。随着材料化学研究的不断深入,Kaumera还有更多的才能等待发掘,例如可以做成粘合信封和木材的生物胶水、陶瓷釉,甚至是防火材料。但在目前,荷兰水委会打算先在农业和园艺行业进行推广应用。
  将污水厂改造成为藻酸盐的另一大好处是减少污泥产量。据介绍,Zutphen污水厂需要处置的污泥可减少20-35%。由这种原料生产的农产品聚合物在能耗方面也要比传统工艺低30-80%,相当于减少了113吨二氧化碳的年排放量。
  更多的资源回收工厂
  荷兰的Kaumera项目计划兴建两个生产单元,Zutphen这个厂率先面世,它处理的是食品工业产生的废水;另一个生产单元位于之前提到的Epe污水厂,主要处理的是市政污水,计划今年年底前开始运行。
  除了Rhine and Ijssel和Vallei en Veluwe两家水委会,参与KAUMERA项目的机构还包括Royal Haskoning DHV、TU Delft、荷兰水应用研究基金会STOWA、生物技术公司ChainCraft和能量资源工厂委员会(EFGF)。每个合作伙伴都为Kaumera的研发、生产和和推广贡献了各自的专业知识和资源。此外,Noorderzijlvest、, Vechtstroom、Waterbedrijf Limburg等多家水委会也在各自所属地区的污水厂探索应用Kaumera技术的可行性。
  Vallei en Veluwe水委会的代表Tanja Klip-Martin表示:“水委会已经将Kaumera作为Gelderland省在2050年前实现循环经济的重要贡献之一。”因此,这个项目得到了各方的支持,包括得到了欧盟LIFE项目、荷兰经济部和Gelderland省政府以及Friesland Campina等著名企业的经费资助。他们都希望这些污水处理创新技术能最终实现市场化。
  Kaumera项目的合作伙伴 | 图源:Kaumera.com
  小结
  荷兰在污水资源化的研发方面一直走在世界前端。Kaumera的面世,再次展示了污水厂升级成为可持续生物材料加工厂的可行性,进一步推动了污水处理向资源回收和循环经济的迈进。Mark van Loosdrecht教授在Zutphen污水厂的启动仪式上发言说:“每个人都想登顶争第一,但真正的挑战在于开拓新领域。”污水处理固然需要深耕细作的匠人,也需要更多的创新人才,引领行业不断地往前发展。最后附上Rhine and Ijssel水委会制作视频,一起了解Kaumera各合作伙伴的角色和贡献。