中试规模很重要 比利时污泥磷回收大型中试经验分享

北极星环保网讯:国际污水处理界近几年涌现出了许多新技术。严谨的科学家和工程人员对新技术大多抱有好奇又怀疑的态度。大家一方面知道没有经过验证的技术是不能冒然采用的，但又苦于一些经过验证的新兴技术大多停留在实验室或者小试规模。今天国际水协会微信公众号将通过比利时公司Aquafin的成功案例，来探讨水务公司如何才能在技术创新和风险管理中找到平衡点。

项目背景

Aquafin是一家负责比利时北部弗拉芒地区(Flemish Region)污水处理业务的公司，由地区政府于1990年成立，现由Flemish Environmental Holding全资控股。Aquafin拥有281座污水处理厂，覆盖约五百万人口当量。

每天有大量的含磷污水都流经污水厂。和其他水务公司一样，Aquafin也逐渐意识到了在处理过程中提高磷资源利用率的重要性。Aquafin拥有自己的营养物质回收技术，能以鸟粪石的形式回收污泥中的磷。虽然该技术被认为拥有改善污泥脱水性能、降低管道堵塞风险和减少磷回流率等优点，但技术是否适宜投资还要视乎其实际的运行效果。

2012年Aquarin决定对其污泥磷回收技术进行评估调研。如何能清晰地了解并降低这项新技术中一些敏感运行参数的不确定性呢?过去一般是通过纯理论的经济模型加上相关文献来作分析，但是Aquafin公司则决定，通过中试项目来对技术的不确定性进行实际分析，他们认为实施中试是非常重要的，因为如果只是小试，很可能得到无法对技术有客观而全面的考察和评估。

比利时鲁汶污水厂中试项目

比利时鲁汶污水厂(WWTP Leuven)处理能力约为120,000PE。厂区有一个集中式污泥处理设备，包括了污泥浓缩、厌氧消化、离心脱水和干化等工序。早在2013年，污水厂就在厌氧消化器后边安装了一套鸟粪石的回收设备(比利时的NuReSys)。污水厂本身采用生物除磷工艺，所以消化器中的细胞水解作用释出大量的磷酸盐，结合鸟粪石磷回收的自身价值，Aquafin公司认为值得对该工艺的市场前景作进一步的评估。

在2012年，Aquarin基于当时的文献和技术方提供的数据进行了可研分析。在挑选出他们认为最合适的技术合作方后，Aquafin于2013年四月搭建了一个全尺寸(full-scale)的中试系统，设置优化了氯化镁的投加量和pH等运行参数，并开始对数据进行监测分析。2014年以及2015年初，工作重点则放在鸟粪石结晶的成核作用、晶体生成和分离的工艺优化上。项目团队利用这些结果建立了一个具体的经济模型，来对以此工艺的敏感度和不确定性开展分析。

项目初期，建模团队参考了例如荷兰STOWA基金会和NuReSys公司的报告等文献和数据，对模型的主要参数设定一个数值范围来搭建最初的模型。然后再利用中试获得的足够多的数据对假定参数进行修正调整。每一个不确定性分析，他们都会进行1100次的 Monte-Carlo算法的模拟，来验证鸟粪石磷回收技术在鲁汶污水厂的经济可行性。

财务分析

一个财务分析的不确定性涉及许多因素。项目团队首先进行了案头调研(desk study)。案头调研的数据来源一般来自文献和技术供应方。前者的测试规模大小不一，污泥性质和测试时间和各异;而后者的数据则一般过于乐观。

▲ 财务不确定性模型的决策树的概念流程图

总运行时间(跟污泥的季节性变化有关)和中试规模是不确定性分析的决定因素。对于那些介于实验室规模和全面工程应用规模的可测量变量，测量结果的标准差直接跟输入变量的不确定性范围相关。而那些在任何规模的测试或者特定时间里都不能通过测量得到数据的变量，则通过参考文献设定一个误差范围，加上均匀分布，然后进行Monte-Carlo模拟。

整个项目分为了三个大阶段：案头调研、六个月的全尺寸中试和两年的全尺寸中试。在三个阶段里Monte-Carlo算法模拟得到了不同的经济可行性结果，变量的变动范围如下表。

▲ 鲁汶污水厂财务模型三个阶段的不同输入变量的默认值和范围

变量的误差范围随着从案头调研到第二阶段的全尺寸中试的推进得到了缩窄，概率分布图也作出相应的调整。不确定变量的误差范围在第三阶段得到了进一步缩小，而且发现了污泥脱水性和氯化镁/氢氧化钠投加量参数间的关联性。

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