污水無所不能：纖維素回收利用
圖. 用廁紙鋪馬路? |圖源：Stowa
廁紙學問知多少？
視頻. 柏林Kunsthochschule的學生為CirTec制作的介紹視頻 | 來源：Facebook
廁紙富含碳素纖維（約70%-80%的成份為纖維素），而在日常生活中通常都被當成廢物沖進下水道（或者被扔進紙簍），沒多少人意識到它能被循環(huán)利用成為干凈安全的原材料。據(jù)統(tǒng)計，西歐人均廢廁紙的年產(chǎn)量10-14kg，這些廁紙（視乎廁紙的質(zhì)量和成分）大多流入污水廠，據(jù)稱污水廠每年需以約70歐/噸的成本來處理這些“廢紙”。但這些被沖進下水道的的廁紙纖維其實是寶貴的潛在資源。纖維素可以用作瀝青中的絕熱材料，又可以用作玻璃纖維、抹布的化學原材料。有趣的是，荷蘭使用的廁紙的纖維素含量也特別高，這也反過來促進了項目在荷蘭的開展。
既然廁紙可回收成為瀝青中的可再生原材料，荷蘭人馬上動手實踐，在弗里斯蘭省(Friesland)立了個自行車道修建項目，以此向市民展示這個理念和技術的可行性。
Cirtec公司其實自2010年開始就著手污水廠的纖維素回收工作，簡單點說就是提供一些格柵設備，截留污水中的懸浮固體，從中回收有價值的材料 。
圖. CirTec在Stowa資助下開展的早期可行性研究報告 | 圖源：STOWA
經(jīng)過幾年的研發(fā)，Cirtec公司跟Wetterskip Fryslan, De Provincie Fryslan, KNN Cellulose, Roelofs, Jansma 和STOWA等機構(gòu)成立了名為VAZENA的示范項目 (荷蘭語全稱Van Zeefgoed naar Asfalt，即從格柵截留物到瀝青)，并推出了名叫CellVation的纖維素回收提純設備。CirTec首先要說服污水廠它家的CellVation工藝對污水廠是有好處的。他們主要有三大理由：
提高生物處理能力：纖維素在生物好氧曝氣池的降解度有限，從上游工藝移除纖維素，去除了水中的惰性物質(zhì)，提高了污水的可生物降解性。
降低運行成本：去除了纖維素的污水也意味著下游曝氣需求的降低，減少了能耗，污泥產(chǎn)量也會相應減少，后續(xù)污泥處置量也變少了。另外，完全去除進水中的毛發(fā)和纖維，會相應降低工藝設備的維修次數(shù)，延長設備壽命。
占地要求低：如果污水廠要增加生物處理能力，CellVation工藝中的CellCap精細格柵所需的空間遠小于其他替代方案。
那么實際效果如何呢？
試驗結(jié)果
為了考證CirTec技術的市場前景，Aa and Maas 水委會和KWR在Aarle-Rixtel污水廠對CirTec的Screencap細格柵技術進行調(diào)研。主要目的是考察細格柵對下游工藝的影響。
圖. 在Aarle-Rixtel WWTP安裝的細格柵
Aarle-Rixtel 污水廠非常適合進行這次測試，因為它有兩條一模一樣的處理線。研究團隊在其中一條的前端安裝了細格柵，這樣可以很直觀地對其運行表現(xiàn)進行觀察。細格柵截留的物質(zhì)主要是廁紙中的纖維素纖維。這些截留物可用于沼氣生產(chǎn)，其產(chǎn)能是下游處理工藝產(chǎn)生的污泥的2-3倍。但它們也可以用作纖維原料，例如加工成干凈的纖維素用于馬路建材。
圖. 細格柵截留物的潛在用途
結(jié)果顯示，引入細格柵的處理線的出水水質(zhì)沒有受到影響，兩條線的污泥SVI也相當接近，脫水性能也沒有顯著改變。但是，安裝了細格柵的處理線的曝氣能耗降低了15%，污泥產(chǎn)量減少10%，污水處理處理能力提高10%。試驗結(jié)果也促成了CirTec公司和Hollands Noorderkwartier水委會在Geestmerambacht污水廠的日產(chǎn)400kg的纖維素回收工廠項目。這些回收的纖維素有部分運至英格蘭，作為生產(chǎn)生物復合材料的原材料。剩下的纖維素還有待解決。
圖. 位于Geestmerambacht污水廠的纖維素回收系統(tǒng)
潛在用途通過初步測試說服污水廠使用細格柵回收纖維素之后，CirTec下一步要做的就是開發(fā)下游產(chǎn)品了。
纖維素雖然占截留物總質(zhì)量的70-80%，但截留物里還有其他物質(zhì)，例如頭發(fā)、脂質(zhì)、砂石等。這些雜質(zhì)限制了纖維素的回收潛力。因此CirTec和荷蘭最大的垃圾回收公司Attero合作，將Beemster污水廠回收的格柵截留物運到Attero運營的Wijster垃圾處理廠。Wijster垃圾廠作為中試地點，用纖維素作為碳源生產(chǎn)生物塑料（PLA），剩下的物質(zhì)送入消化罐生產(chǎn)沼氣。剛才提到的Aarle-Rixtel 污水廠的截留物直接運到污泥焚燒廠進行處理，并沒有做進一步加工。水委會還在為此尋找更好的出路。
污水中的纖維素的回收利用還在研究階段，包括考察纖維素提純成為瀝青添加劑、生物塑料和生物燃料等，荷蘭多個污水廠已開展了相關的實驗。最新的一個項目是一個叫WOW!的多國協(xié)作項目。該項目由荷蘭水委會Vallei en Veluwe牽頭，一共有六個國家的機構(gòu)參與，包括盧森堡大學、德國凱澤斯勞滕大學、英國水務公司Severn Trent等機構(gòu)，CirTec也有參與其中。該項目總預算640萬歐元，其中歐盟資助經(jīng)費達380萬。WOW!是Wider business Opportunities for raw materials from Wastewater的縮寫，顧名思義，該項目旨在從污水中尋求商機，回收各種原材料，包括纖維素、脂質(zhì)和PHA生物塑料。其中纖維素和生物塑料都是CirTec此前已經(jīng)在研究的對象。該項目從2018年開始，計劃到2021年結(jié)題。
除了CirTec，歐盟地平線2020的一個子項目SMART-PLANT也有關于纖維素資源化的相關研究，感興趣的讀者可以向我們索取相關資料。
圖. SMART-Plant的纖維素資源化技術路線圖 | 圖源：Smart-plant.eu
參考資料https://www.facebook.com/CirTecBV1/videos/2282617041845695
https://www.cirtec.nl/en/gebruikt-toiletpapier-krijgt-tweede-leven/
https://www.kwrwater.nl/en/actueel/wwtp-capacity-increases-by-10-with-finescreen-technology/
https://edepot.wur.nl/326365
https://www.cirtec.nl/en/cados/
http://www.smart-plant.eu/images/publications/smart-processes/19_PPT_Recovery%20of%20Volatile%20Fatty%20Acids%20from%20cellulosic%20sludge___5th%20international__.pdf
https://www.youtube.com/watch?v=xMcmizDC7iQ&feature=emb_logo
https://www.nweurope.eu/projects/project-search/wow-wider-business-opportunities-for-raw-materials-from-wastewater/
https://www.youtube.com/watch?v=0vPLxwmf2dY
https://www.stowa.nl/sites/default/files/assets/PUBLICATIES/Publicaties%202013/STOWA%202013-21.pdf
https://www.stowa.nl/sites/default/files/assets/PUBLICATIES/Publicaties%202010/STOWA%202010-19.pdf
https://edepot.wur.nl/425970