WFRL-AO辽宁省沈阳市一体化豆制品厂污水处理设备

潍坊日丽环保闫雪为您简介未来可持续污水处理技术的愿景

市政污水处理以COD、N、P为三大去除目标。按图4所示思路，COD不应直接被氧化至CO₂，而应该是在满足脱氮除磷碳源需要前提下将多余的COD尽可能转化为能源（如，CH₄）使用。这样，传统污水处理以去除COD为主要目的的碳氧化便被弱化、甚至被阻止。为此，凡是在脱氮除磷过程中能够节省、甚至不消耗COD的技术便受到青睐。对此，反硝化除磷、厌氧氨氧化（ANAMMOX）技术自被认知以来，很快便应用于工程，如，世纪之交首先在荷兰应用的BCSF与CANON工艺^[7]。

反硝化除磷细菌（DPB）将脱氮与除磷合二为一，理论上可至少节省50%的COD和30%的供氧量。COD节省不仅意味着污泥量大幅度减少（50%），而且也暗示着进水中多余COD可通过筛分（固态）或转化污泥（溶解态）被直接用于厌氧消化转化能源(CH₄）。无论是曝气量减少，还是多余COD转化能源均意味对外源能耗依赖减少，导致CO₂排量降低。

反硝化除磷细菌（DPB）脱氮除磷作用原理图解

ANAMMOX实际上是一种自养脱氮过程，在不需要O₂和COD的情况下，NH₄⁺以NO₂^-作为电子接受体直接被氧化至N₂，所以，它在可持续性上的意义非同小可。

6. 未来污水处理技术核心

发展以资源、能源回收为主的可持续污水处理是目前乃至今后很长时间内技术研发的核心。虽然从理论上看污水中可能含有万种潜在物质/元素，但是，较为急迫和现实的当属磷回收。在能源回收方面，除**能源外，污水温度所含热量亦不可小觑，它甚至可以产生比COD还多的能量，至少可以作为**能源赤字的补充，使污水处理达到能量自己自足的“碳中和”状态^[2]。

因此，未来污水处理方向将是一个中心（可持续），两个基本点（磷回收与碳中和）。技术研发始终将沿这一方向推进和应用。

6.1 磷回收

磷像其它物质一样，主要存在于地壳之中。农耕文明时期，人与土地之间建立起一种朴素的物质循环方式[图1（a）]，根本不知道开采磷矿藏。工业革命后，人类“聪明”地发明了化肥，用之代替水冲马桶与下水道导致不可能再回归土地的营养元素。结果，磷被送上一条“流放”海洋的不归之路 [图1（b）]；同时，导致地表水体富营养化现象增多。按每年对磷需求量增加3%来计算，**可以经济开采的磷矿将会在50 a内用完，而**全部磷储量将在100~200 a内耗尽^[13]。

显然，控制磷的匮乏速度必须立刻恢复已基本消失磷循环，其中，从点源——污水中回收磷则成为较大的一种可能。为此，市政污水与动物粪尿（为污水中磷含量的5倍）一起已被看作是“*二磷矿”^[13]。对污水实施磷回收也意味着将水体富营养化防治与磷的可持续利用**结合，具有一石二鸟之作用。磷回收目标产物目前对鸟粪石（MgNH₄PO₄×6H₂O）趋之若鹜，因为其中所含P折标P₂O₅后高达51.8%（基于MgNH₄PO₄计算）。

我们经10年研究与调研表明^[14]，从污水中以纯鸟粪石形式回收磷在技术十分困难、回收成本也很高，很可能出现买豆腐花了肉价钱的尴尬局面。况且，鸟粪石其实是一种缓释肥，并不适合直接用于粮食生产，较合于果木、园林等施肥。事实上，磷回收产物更多去向应为磷肥工业，而磷肥工业对磷矿石成分并无喜好，只求尽可能多的磷含量。不论何种磷矿石，在磷肥生产时都会被湿法或热法溶解，只取其中的PO₄^3-。这就是说，从污水回收鸟粪石技术上非常困难，而实际中也没有必要，完全可以因地制宜地回收其它形式的磷酸盐。

6.2 碳中和

为避免、甚至消除传统污水处理“以能消能”、“污染转嫁”的弊端，欧美学者本世纪初已提出污水处理应向着“碳中和（Carbon Neutrality）”目标方向发展。应对这一挑战，美国计划到2030年时基本实现污水处理碳中和运行目标^[15]。率先提出可持续污水处理概念的荷兰等欧洲国家也不甘示弱，为此早已制定了着眼于包括碳中和在内的2030年污水处理技术路线图^[5]。

污水处理碳中和狭义目标就是能源使用要实现自给自足，广义目标还包括因资源回收、利用所引的厂外其它耗能下降导致的CO₂减少。显然，污水处理要实现碳中和运行目标，唾手可得的能源当属剩余污泥厌氧消化产CH₄。然而，剩余污泥产量的多寡又受进水**物浓度的限制，并不一定能完全满足碳中和运行的需要，这就需要考虑利用污水余温中所蕴藏的可观热量。此外，国外一些污水处理厂甚至还采用风能和太阳能来满足能量的需求。表1^[2]总结了国际上一些致力于碳中和运行的污水处理厂情况。这些实例表明，基于剩余污泥**物能源可以满足或较大程度满足碳中和运行目标。此外，我们针对中国污水水质特点及常用工艺，以北京某大型市政污水处理厂（COD=400 mg L^-1）为例，详细计算了该厂**能源利用仅能满足53%的碳中和运行目标，赤字能量可以通过水源热泵转换污水中热量予以实现^{[2, 16-17]}。

6.3 NEWs概念与新生代污水处理技术

荷兰应用水研究基金会（STOWA）早在2008年以前便对可持续污水处理理念下的未来污水处理厂发展方向以及核心技术绘制了路线图，并以“NEWs”一词高度概括了未来污水处理厂实际上将是营养物、能源与再生水三厂合一模式^[18]。

在传统污水处理观念下，处理后的再生水被视为“主”产品，而在可持续污水处理理念下再生水实际上变成了“副”产品，因为将主产品磷回收与碳中和完成后，污水随之得到净化，这与传统目标异曲同工。减量化?稳定化?无害化?能源化是传统污泥处理/处置的四项基本原则与顺序。在以强调碳中和运行的时代，这个四项基本原则并没有改变，只是顺序颠倒，以能源化作为核心。事实上，只要能将剩余污泥较大程度地转化为能源，减量化、稳定化、无害化也随之实现。可见，可持续污水处理理念的核心并不是研发“高大上”的技术，而是对传统观念的否定与转变。其实，大多数传统工艺在可持续理念下依然可以发挥它们的有效作用，即使在荷兰也没有一座全新NEWs理念下平地而起的污水处理厂，大多数既有污水处理厂一般都是根据现存工艺因地制宜地按NEWs目标逐渐完成升级改造。

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