小厂的美 | 瑞士一座90年不断升级的污水厂
在瑞士苏黎世以东13公里的地方，有一个叫乌斯特(Uster)的小城。这个人口不到4万的小城，估计很多人都没听过。但如果你来自纺织行业，又或者曾关注过新疆棉事件，也许会知道，这个小城里，有家公司的名字就叫Uster。
这究竟是什么企业，敢用城市的名字命名？
在此小编引用微博一位名为geo-textile的网友的话：“全世界的棉花检测及棉纱检测都是被瑞士USTER公司控制，你不用它的标准就要被退货，中国在80年代很穷的时候为了出口棉纱和棉布，被逼着购买瑞士昂贵的棉纱条干仪，这些公司就是坐在金字塔尖攫取超额利润的巨头。新疆有很多Uster的棉花检测仪，600万一台。”
不过今天小编不是要介绍来纺织废水处理，也不是要吹嘘瑞士的机加工水平，而是想分享这座小城的污水厂的发展史。因为我在网上偶遇了他们水厂的介绍册子，一下子就被吸引了——一个日处理量不到2万的污水厂，居然愣是给自己整理出90年的发展史。更有趣的是，它的历史也许能帮助我们更好地了解西方污水处理技术发展的驱动力，所以我想在本期的专栏做此搬砖分享。
大萧条下的改变
1929-1933年，史书称地球发生了一场全球经济危机，也就是著名的大萧条(Great Depression)。但这场经济危机并没有缓和环境的污染问题，相反，欧洲很多水环境都在不断恶化。瑞士也不例外：瑞士日内瓦大学的学者曾统计过瑞士的两个湖泊的重金属含量变迁史，如下图所示，在20世纪中叶前后，这些深山湖的重金属污染到达顶峰。这也不难理解为何瑞士第一部《水保护法案》也在那个时期应运而生（1955年）。
日内瓦湖中心（水深 304 米）和卢塞恩湖港附近（水深 110 米）的沉积微量元素记录（以微克/克计） | 图源：Springer
但俗话有说，冰冻三尺非一日之寒。
1933年，瑞士乌斯特市西边的格里芬湖(Greifensee)出现了鱼类死亡的现象，乌斯特市自此意识到污水处理的重要性，同年开始起草市政污水的处理计划。不过因为大萧条和不久之后的二战，乌斯特市的污水厂计划被搁置。这一等，就等到1956年后，才迎来自己的第一座污水处理厂。这也已经是瑞士联邦水保护法案一年后的事情了。不论怎样，Uster总算有了自己的污水厂，而在随后的60多年里，这个污水厂不断地经历着改变。
在他们2021发布的官方污水厂介绍资料里，他们整理了Uster市污水处理的时间轴，我们一起看看：
1931
Uster起草第一份污水处理计划
1932-1933
格里芬湖(Greifensee)出现鱼被污染水体毒死现象
1933
该市建筑部提出通用污水项目(GKP)需求，并在Uster建造集中式污水厂。
1938
政府委员会通过这个污水厂项目，但二战后的经济困难使此计划搁置。
1955
随着经济向前发展，Uster的污水管网不断扩建。
同年，瑞士联邦对水保护法案进行修订。
1956
Jungholz污水厂开始投产运行，包含机械处理和生物处理工艺。
1958
Jungholz污水厂加入化学除磷(80%的除磷率)
1968
本年12月，Uster就在Nänikon建造第二个污水厂举行全民投票。
1971
Nänikon污水厂投入运营。
瑞士出台新一版的水保护法案。
1973 – 1977
Jungholz污水厂进行扩建，增加了两条平行处理线。
1981
Jungholz污水厂增设混凝过滤工艺。
1985
Jungholz污水厂增设热电联产装置。
1987
Jungholz污水厂开始有污泥无害化处置系统。
污水管网长80公里，大部分为雨污混合制管网。
1991
Jungholz污水厂增设第一台PC计算机
1993
本年11月，Uster市就废除Nänikon污水厂进行公投，该厂于1994年停运。
1999
本年9月，市议会通过了Jungholz污水厂的污水余热利用提案，并与EKZ苏黎世电力工程公司签订相关合同。
2000
本年1月，污水厂获得瑞士质量和管理体系协会（SQS）的ISO14001证书，污水厂的余热将用于57套公寓的供暖。
2001
本年5月，污水厂的办公楼获批扩建。
同年11月，厂区加热来源转为沼气燃烧。同年12月，污水厂更换新的热电联产燃机。
2003
5月1日，瑞士宣布污水厂污泥禁止用作农业肥料。同年，污水厂为新增的72套公寓供暖。
同年11月，Jungholz污水厂获得Médaille d'eau和瑞士能源创新奖两个奖项。
2004
新办公楼落成。
2007
安装新格栅设备
2008
3月，举行生物清洁生产奠基仪式：拆除旧煤气表；
4-6月，安装新的污泥回流泵；
8月，污水厂第一条处理线停运并清空。
2009
6月，第一个SBR反应器完工。
7月，安装新的滤池进料泵
11月，新风机系统完成安装。
12月，东区的SBR系统开始进行调试运行。
2010
6月，西区的SBR模块投产运行。
2016
11月，SBR的循环系统从静态调整为动态。
2017
9月，更换电话通讯设备，并安装个人报警系统
2019
5月市议会批准了污水厂的新扩建计划。
2020
安装新的沉砂池收集砂石和油脂。
污水厂现况
看完乌斯特市的污水发展史，我们再来看看该市目前唯一的污水厂——Jungholz污水厂的现况。
约十年前，Jungholz污水厂经过了一次扩建(2008-2011)，如今的处理能力为48000人口当量(PE)，主要处理乌斯特市约35000名居民和旁边的格里芬市的约5500名居民产生的生活污水。在雨天，污水厂的处理能力可达到800升/秒。预计在2030年，污水厂的处理能力将提升到60000人口当量。
目前污水厂采用的是SBR工艺，一共有6个SBR反应器，HRT约8小时，出水排入格里芬湖。
Jungholz污水厂虽小，但五脏俱全，他们通过各种方式，在往碳中和污水厂迈进，例如：
1 办公楼屋顶装设光伏系统
2 SBR反应器采用微孔曝气系统
3 在线控制系统 ：溶解氧传感器，按需曝气，减少不必要的能耗；
4 中温厌氧消化系统(35–38°C，总体积1500m³，SRT 20天)，通过热电联产设备回收电力和热能。
数据显示，污水厂的电力自给率为40%，热能自给率为100%。此外，他们还应用了水源热泵技术，回收污水中的余热。目前这些热能能为400户约900人提供热能。因此他们把Jungholz污水厂称作生态发电站。
此外，厂区有一个中水回用系统，对无需使用饮用水级别的用水，中控系统会将清洁出水分配到专用管道实现水回用。
下一个十年
话说瑞士是世界上第一个实行新兴污染物点源控制的国家。早在2014年，瑞士国会就批准对新的水保护法案进行修订(Swiss Water Protection Act)，对污水厂出水含有的微污染物设定限值，并要求部分污水厂进行改造，增加深度处理工艺，以12种指示污染物的去除率作为评判标准，且去除率不低于80%。目标是在2040年前，对全瑞士约650座污水厂中的100座进行升级改造，Jungholz污水厂就位列其中。
其实早在2016年，污水厂就已向市议会提交一个新的15年长期计划，主要分成了三个阶段：
阶段1 (2017 – 2020)：机械处理部分的改造，主要是更换沉砂池和办公楼改造，
阶段2 (2019 – 2025)：对污泥处理线进行整修，建设两个新的厌氧消化器；
阶段3 (2024 – 2030)：生物处理工艺和深度处理的升级，加入去除微污染物的工艺技术。
第一阶段的工作已经完成。如下图所示，一个小小的污水厂已经拥有非常现代风格的办公大楼。在小编看来，这也是全球的污水厂对建筑设计愈加重视的体现。
第二阶段的工作，受疫情影响，已经从2019年推迟到2022年2月才开始正式实施。之所以要修建新的厌氧消化器，主要是两个老的消化器已经运行多年，需要逐渐退役了。所以污水厂在不影响日常运行的前提下，将新建两个新的厌氧消化器，并在建筑设计方面也花了心思(见下图)。
第三阶段的工作预计在2年后开始。瑞士貌似相当重视微污染物问题，著名的瑞士联邦水科学和技术研究所（EAWAG）也在快马加鞭测试不同去除技术的效果。估计Jungholz污水厂也在等待科研机构的测试结果，以便选取合适的处理方法。
有趣的是，尽管污水厂的工艺在不断升级，市议会表示乌斯特市民的水费不会因此大幅上涨，将维持在每年150法郎的水平。
除了日常的运行，污水厂也参与一些科研项目。例如他们和Eawag合作研究SBR工艺的N2O排放和”硝化不良”的问题，研究成果已经发表在2021年的国际水协会的期刊Water Research上，在作者名单里大家甚至可以看到著名的Eberhard Morgenroth教授的名字。
小结
从 1956 年一路走来，我们可以看到Jungholz污水厂的变迁和人们生活的变化息息相关。小编觉得他们的官方总结也挺不错的，他们认为，污水厂的变化主要有三大驱动因素：人口发展、不断提升的处理标准和创新处理技术。小编甚至认为，既然他们有着SBR工艺，这意味着污水厂有条件引入好氧颗粒污泥工艺和藻酸盐的回收技术，实现污水厂向资源回收工厂的转化。如果真有这一天，乌斯特市又可以把这作为可持续发展的案例好好吹嘘一下了。
最后附上一批Jungholz污水厂的厂区照片：
