污泥微塑料(污泥变废为宝技术)_过滤器

在过去的十年中，世界各地的水公司一直在寻找废水回收技术。作为行业巨头，法国威立雅公司也不甘落后。早在年，其子公司AnoxKaldnes就已在欧洲三个地点进行试点实验：比利时的布鲁塞尔北污水处理厂、瑞典的Eslv和荷兰的Leeuwarden：以工业和市政应用有机废物为原料进行回收由污水中的混合微生物培养而成的可降解塑料——聚羟基脂肪酸酯。

然而，年，威立雅关闭了比利时污水厂的试点。在一些业内人士看来，这是一个“退缩”的信号。幸运的是，荷兰水务委员会敢于接手，该项目一直持续至今。为什么荷兰人要拯救被威立雅放弃的项目？本期专栏，我们一起来了解一下。

污泥微塑料(污泥变废为宝技术)

污泥变成塑料

说起污水资源化，大多数人只知道氮磷回收。事实上，污水中所蕴含的资源远不止于此。或许是因为荷兰人吝啬的民族性格深入骨髓，物尽其用的精神在废水行业也得到了充分体现：磷的回收已经是很多污水厂、当地水委的常规操作。荷兰也在进行各种“资源回收厂”，例如荷兰西部的Geestmerambacht污水厂回收纤维素并将其加工成筑路材料，东南部的Zutphen污水厂成功从污泥中提取藻酸盐胞外聚合物。

年至年间，荷兰的五个水务委员会建立了一个名为PHARIO的项目，目标是从污水污泥中提取PHA。

PHARIO是荷兰语“PHAuitRIOolwater”的缩写，即来自污水的PHA。顾名思义，其原理是利用污水处理产生的活性污泥作为生产PHA的原料。事实上，回收这类聚合物并不容易。例如，威立雅十多年前就开始探索从污水中回收PHA的技术，但未能成功结束。幸运的是，荷兰人有信心继续下去，于是就有了PHARIO项目。

什么是PHA

PHA是聚羟基脂肪酸酯的缩写。它是一种不同结构的脂肪族共聚酯，可由微生物通过多种碳源发酵合成。最常见的是聚3-羟基丁酸酯、聚羟基戊酸酯以及两者的共聚物。

大家可能都听说过生物除磷工艺。事实上，PHA的生物生产原理是利用聚磷细菌在无氧环境下吸收水中的挥发性脂肪酸，在细胞内形成PHA。**大学里也有很多研究小组在研究PHA的回收利用。有兴趣的读者可以百度搜索一下。

PHA具有生物降解性、生物相容性等诸多优异性能，将在生物医用材料、组织工程材料、缓释材料、电气材料、包装材料等方面发挥重要作用。如果合成共聚物PHBV，还可以改善PHB由于结晶度高、脆性大的弱点，从而提高机械性能、耐热性和耐水性。用途广泛，如一次性餐具、无纺布、包装材料、农用涂料、玩具、涂料、胶水、纤维等可降解产品。

PHARIO项目与多家公司合作，利用从污泥中提取的PHA生产多种产品。

第一公斤产品

PHARIO选择荷兰泽兰省巴斯污水厂作为试验地点，因为该污水厂采用生物脱氮工艺，包括预缺氧反硝化和化学除磷。这些工艺条件有利于聚磷菌的筛选和培养。

测试数据显示，比利时布鲁塞尔中试装置与荷兰巴斯污水厂活性污泥二级处理系统获得的PHA含量相近，高达0.47gPHA/gVSS。一般来说，0.40gPHA/gVSS被认为是工业化应用的及格线，这说明从纯技术上来说，PHARIO可以将PHA生产技术融入到城市/工业污水厂的生产线中。

巴斯污水厂的剩余污泥被送往中试工厂作为生产PHA的基本原料。中试过程中，PHA的产量稳定高于0.40gPHA/gVSS的水平。此外，他们还引入外部进料，例如来自附近糖果厂的富含VFA的液体或初级污泥；纯乙酸和丙酸的混合物也用作进料。从污水厂获得的PHA将被送往AnoxKaldnes位于瑞典隆德的试点精炼厂进行净化和回收。10个月内，试点系统建立了1公斤PHA/周的生产能力。

年10月，拥有污水处理厂的布兰班特三角洲水务委员会将第一批1公斤PHA转移到当地塑料包装厂Oerlemans，用于制作运输袋。

本次中试初步论证了利用活性污泥生产高品质PHA的可行性。与市场价格相比，活性污泥生产PHA的成本具有竞争力。项目组预计，基于活性污泥生产的PHA可重复利用5次以上。生命周期分析结果还表明，成本仅为目前从污水中回收沼气的五分之一，对环境的影响是目前常规PHA生产方法的30%。然而项目完成后，项目组得出的最终结论是“这个产品还不足以投放市场”。原因是塑料生产商希望PHARIO有充足的货源来测试加工和使用效果。在此背景下，荷兰需要组建新项目、进行更大规模的测试、提高产能以说服下游制造商。

PHA2使用

在此背景下，年底，荷兰五个水务委员会与STOWA、污水处理公司Paques和污泥焚烧公司HVC联手创建了一个名为PHA2USE的新项目。他们选择了鹿特丹附近多德雷赫特的一座污泥焚烧厂进行更大规模的试点测试。

这个新型生物塑料中试系统由三个主要部分组成，包括脂肪酸储罐、用于生产生物塑料的生物反应器和用于泥水分离的沉降器。据称，五个水务委员会的投资额为250万欧元。

这些PHBV储存在细菌细胞中，因此要获得PHBV，必须首先将其与细胞分离。提取技术是关键。PHA2USE的目标是产能为25公斤/天，但投入饲料量并未透露。

回到基础研究

事实上，在年，PHA2USE开始与另一个欧盟项目InterregNWEWOW合作！荷兰Wetsus研究所和阿文斯应用科学大学联合对提取工艺进行了优化。

为什么中试后还要回到实验室进行研究？这是因为PHARIO和PHA2USE团队还没有理解一些基本原理，因此无法保证过程的重现性和稳定性。为了实现大规模生产，他们正在寻找更基本问题的答案，例如：

?获得最大PHA含量和产量的条件是什么？

?不同的饲料基质对生物加工有何影响？

?反应堆建造和设计对产量有何影响？

Wetsus研究院是欧洲知名的科研机构，整合了各国大学、环保企业和最优势资源。主要从事可持续水环境技术的研发，致力于解决全球水环境问题。在污水处理资源化利用方面有大量基础研究。这些研究经验对于从污泥中提取PHA也非常有用。Wetsus和Paques之前也有过密切的合作关系，所以PHA2USE项目找到Wetsus也是很自然的事情。