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十年前，荷蘭水委會聯(lián)盟就曾聯(lián)合頒布一個2030年污水廠路線圖報告，并以此為指南開展污水廠的升級改造計劃，目標(biāo)是將在公眾眼里又臭又臟的基建設(shè)施，變成生產(chǎn)清潔用水、清潔能源和高附加值原材料的高科技工廠。十年彈指一揮間，很多當(dāng)時的設(shè)想都已成為現(xiàn)實。2019年10月，位于荷蘭Zutphen的一座污水資源回收工廠正式揭幕運行，這座工廠從污水中提取了一種名為Kaumera Nereda? Gum的新材料。這種膠有多厲害？據(jù)說能成為種子營養(yǎng)物、顆粒肥料、混凝土和油漆中使用的化學(xué)品的綠色替代品。
荷蘭污水廠的2030能量回收計劃 |圖源：Grondstoffenfabriek
資源回收工廠的理論基礎(chǔ)
在發(fā)布2030路線圖之后，許多新一代污水廠相繼在荷蘭落地。2011年，第一座好氧顆粒污泥污水廠在Epe污水廠投入運行，采用新工藝后，該污水廠成為荷蘭全國能耗最低的市政污水廠。2013年，名為Fosvaatje的項目就在阿姆斯特丹的污水廠動工，該項目從污水中回收磷、氮、鉀以及可以生成生物塑料的中間體等原材料。
FosVaatje – 歐洲最大的污水廠磷回收項目之一 |圖源：DutchWaterSector
荷蘭TU Delft的Mark van Loosdrecht教授，曾介紹過，除了出眾的沉降性能之外，這些好氧顆粒顆粒富含胞外聚合物(EPS)。這些EPS里的藻酸鹽（Alginate）含量還高達(dá)20%。要知道藻酸鹽是一種高附加值的生物聚合物。如果污水廠可以變成提純藻酸鹽的原料加工廠，這將改變污水廠的商業(yè)運營模式，這正是荷蘭人決定興建藻酸鹽加工廠的理論基礎(chǔ)。
Mark van Loosdrecht教授在IWA的國際會議上做報告發(fā)言
2017年11月，荷蘭人宣布在Zutphen建一座第一座藻酸鹽加工廠，原料是處理廢水的好氧顆粒污泥。這個項目最初取名NEO Alginaat，其中alginaat在荷蘭語中指藻酸鹽，NEO則指從Nereda好氧顆粒污泥工藝?yán)锾崛〉挠袡C質(zhì)（Nereda Extracted Organic）。這個項目的目標(biāo)是想開辟污水資源回收的新道路——以藻酸鹽作為初級產(chǎn)品，將污水處理延伸至精細(xì)化工領(lǐng)域，生產(chǎn)出首飾、服裝等大眾消費品。
Zutphen污水廠2017年冬天(左)和2019年9月(右)的進度對比 | 圖源: Kaumera
荷蘭Zutphen污水廠資源回收項目建設(shè)回顧
無所不能的變色龍
在2018年的荷蘭設(shè)計周上，天生就是營銷大師的荷蘭人決定將NEO-Alginaat改名為Kaumera。“Kaumera”一詞源自新西蘭毛利語，意為“變色龍”。為什么取這名字？話說變色龍以其多變的顏色和對環(huán)境的適應(yīng)性而聞名。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)從顆粒污泥里提取出來的藻酸鹽和不同原材料結(jié)合之后，也可展示截然不同的屬性，就像變色龍一樣百面玲瓏——它可做成親水或者疏水性材料，放大和延伸原有材料的特定屬性。例如它可以充當(dāng)各種涂層：它可用作種子的“智能保護層”，幫助幼小的植物更好地吸收養(yǎng)分，增強對疾病的抵抗力，長得更快；作為顆粒肥料的涂層，可以讓肥料的分布更均勻；它還可以用作混凝土養(yǎng)護涂層，確保混凝土的固化過程良好進行，防止干裂。
Kaumera材料的神奇屬性，還給了科學(xué)家和藝術(shù)家跨界交流的空間。一位叫Nienke Hoogvliet的荷蘭人，就將污水處理產(chǎn)生的一些污泥副產(chǎn)物，包括藻酸鹽、厭氧氨氧化菌和污泥磷酸鹽提取的藍(lán)鐵礦(vivianite)，搖身一變成為印染日本和服的天然染料。除了營銷噱頭，藻酸鹽確實能夠使紡織品更好地吸收染料，減少紡織印染產(chǎn)生的水耗。隨著材料化學(xué)研究的不斷深入，Kaumera還有更多的才能等待發(fā)掘，例如可以做成粘合信封和木材的生物膠水、陶瓷釉，甚至是防火材料。但在目前，荷蘭水委會打算先在農(nóng)業(yè)和園藝行業(yè)進行推廣應(yīng)用。
將污水廠改造成為藻酸鹽的另一大好處是減少污泥產(chǎn)量。據(jù)介紹，Zutphen污水廠需要處置的污泥可減少20-35%。由這種原料生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品聚合物在能耗方面也要比傳統(tǒng)工藝低30-80%，相當(dāng)于減少了113噸二氧化碳的年排放量。
更多的資源回收工廠
荷蘭的Kaumera項目計劃興建兩個生產(chǎn)單元，Zutphen這個廠率先面世，它處理的是食品工業(yè)產(chǎn)生的廢水；另一個生產(chǎn)單元位于之前提到的Epe污水廠，主要處理的是市政污水，計劃今年年底前開始運行。
除了Rhine and Ijssel和Vallei en Veluwe兩家水委會，參與KAUMERA項目的機構(gòu)還包括Royal Haskoning DHV、TU Delft、荷蘭水應(yīng)用研究基金會STOWA、生物技術(shù)公司ChainCraft和能量資源工廠委員會(EFGF)。每個合作伙伴都為Kaumera的研發(fā)、生產(chǎn)和和推廣貢獻了各自的專業(yè)知識和資源。此外，Noorderzijlvest、, Vechtstroom、Waterbedrijf Limburg等多家水委會也在各自所屬地區(qū)的污水廠探索應(yīng)用Kaumera技術(shù)的可行性。
Vallei en Veluwe水委會的代表Tanja Klip-Martin表示：“水委會已經(jīng)將Kaumera作為Gelderland省在2050年前實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟的重要貢獻之一。”因此，這個項目得到了各方的支持，包括得到了歐盟LIFE項目、荷蘭經(jīng)濟部和Gelderland省政府以及Friesland Campina等著名企業(yè)的經(jīng)費資助。他們都希望這些污水處理創(chuàng)新技術(shù)能最終實現(xiàn)市場化。
Kaumera項目的合作伙伴 | 圖源：Kaumera.com
小結(jié)
荷蘭在污水資源化的研發(fā)方面一直走在世界前端。Kaumera的面世，再次展示了污水廠升級成為可持續(xù)生物材料加工廠的可行性，進一步推動了污水處理向資源回收和循環(huán)經(jīng)濟的邁進。Mark van Loosdrecht教授在Zutphen污水廠的啟動儀式上發(fā)言說：“每個人都想登頂爭第一，但真正的挑戰(zhàn)在于開拓新領(lǐng)域。”污水處理固然需要深耕細(xì)作的匠人，也需要更多的創(chuàng)新人才，引領(lǐng)行業(yè)不斷地往前發(fā)展。最后附上Rhine and Ijssel水委會制作視頻，一起了解Kaumera各合作伙伴的角色和貢獻。