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未来市政污水处理技术路在何方?以微藻-菌颗粒

添加时间:2021/09/15

  将来市政污水处置技术的开展方向不断为环境研讨范畴的热点和焦点。将来市政污水处置技术应具备怎样的特质?目前普遍采用的污水处置技术(如活性污泥法)离这些特质有多远?近日,来自新加坡南洋理工大学的科研团队针对上述问题停止了讨论,并从理论和已有研讨结果动身,以近年来开展疾速的微藻-菌颗粒污泥工艺为例,讨论了其作为将来市政污水处置技术的可行性。

  传统活性污泥(CAS)工艺作为市政污水处置的中心技术已有100多年的历史。但是,随着将来污水处置技术对能源耗费、碳排放和排放水质请求的不时进步,CAS工艺已略显乏力。例如,CAS工艺通常需求耗费大量电能曝气用于氧化污水中的有机物和氨,同时释放温室气体(GHG)。据报道,2017年市政污水处置所耗费的电能已到达全球电量耗费的0.3-0.5%,而在某些兴旺国度该占比可到达3-5%,而污水处置过程中所释放的温室气体可占全球全年(2010年)排放量的1.6%。

  另一方面,随着环境与生态维护请求的不时进步,市政污水处置的排放规范亦不时进步,如局部省份/地域已出台政策将排放规范进步至地表水IV类规范。显然,传统的CAS工艺难以满足晋级后的水质排放请求。因而,近年来越来越多的研讨努力于探究污水处置的晋级技术。其中,在已有CAS工艺根底上叠加深度处置工艺单元是目前主要的研讨方向之一。但是,该晋级战略的污水处置工艺固然能够完成较高的出水水质,但却使整个处置系统的复杂性和处置本钱进步,同时增加了能源耗费和温室气体排放。显然,这种由上而下驱动的晋级战略只能提供短期处理计划,而不能为将来市政污水处置技术的改造带来曙光。

  将来的市政污水处置技术应该具备哪些根本特质?研讨作者以为,将来的处置技术应使市政污水处置厂(WWTP)在满足污水处置的根本属性外,应在更宽广的方面扮演重要角色。如图1所示,将来的市政污水处置厂应成为:1)消费高质回用水的水厂,2)具备能源自给以至供应的电厂,3)完成碳中和以至碳捕集的绿色工厂,4)可以回收高附加值产品(例如有机物和营养)的资源厂。

  微藻-菌颗粒污泥工艺是近年来开展疾速的新兴污水处置技术。该工艺由于无需曝气、碳转化以及固液别离好等优势,被以为极具潜力的绿色处置技术。研讨作者依据已有研讨报道,以及理想应用需求,构建了12h(昼,自然光源)-12h(夜,无需光源)运转形式的零曝气自耦合微藻-菌颗粒污泥工艺,用于讨论其在去污、能耗、碳排放和资源回收等方面的性能。

  已有研讨标明,微藻-菌颗粒污泥工艺在光照条件下,可完成有机物(COD)、氨氮和磷酸盐100%、99.6%和100%的去除;在黑暗条件下,工艺亦表现出较高的去污才能,COD、氨氮和磷酸盐去除率分别可达95.1%、96.5%和100%,即在没有光照的夜间微藻-菌颗粒污泥工艺也具有较强的去污才能。因而,基于12h(昼)-12h(夜)运转形式的微藻-菌颗粒污泥工艺,可在无需外部曝气和照明的状况下,为市政废水处置提供技术可行的计划。

  在微藻-菌颗粒污泥工艺中,由于无需外源曝气以及颗粒污泥良好的沉降性能,其能量耗费显著降低。另一方面,工艺将更多的碳固定于生物质内,可产生较多的污泥用于厌氧消化产甲烷,进步了能量回收。经核算,微藻-菌颗粒污泥工艺污水处置单位能耗为-0.178 kWh/m3(表1),即该工艺可完成能量的净增益。从全球范围内来看,若该工艺应用于市政污水处置,每年有望产生641亿kWh能量净输出。

  随着全球气候变化形势的日趋严峻,温室气体排放对全球变暖的作用得到世界各国的普遍关注。据预算,若市政污水处置厂采用以活性污泥法为中心工艺,其每年可奉献全球碳排放2.672亿吨CO2e(表1)。若采用微藻-菌颗粒污泥工艺,市政污水处置过程的碳排放将会大大降低,减排效果可达77%左右。另外,随着碳买卖在世界各国的普遍施行,碳排放将会成为将来污水处置厂不可无视的潜在运转本钱。

  相关于传统活性污泥法,在微藻-菌颗粒污泥工艺中,废水中的更多的营养物(N和P等)会经过微生物异化作用得到去除,并在菌藻生物质内积聚。显然,这更有利于从生物质中提取生物油脂、消费生物肥料等,强化污泥的资源化应用过程。

  市政污水处置技术的晋级不断为环境范畴研讨和讨论的热点,其本来污染物去除的单一功用已不能满足环境和经济可持续开展对污水处置提出的更高请求。将来的市政污水处置技术更倾向于向“水回用-能源回收-碳中和-资源化”的复合型方向开展。经剖析,微藻-菌颗粒污泥工艺根本满足将来市政污水处置技术对去污、能耗、碳排放和资源回收的请求,可提供一种潜在的技术计划。将来市政污水处置技术路在何方?研讨和探究仍在路上。

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