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[转帖] 污水处理的未来:回归生态循环

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发表于2023-12-29 07:14:00|只看该作者回帖奖励|倒序浏览|阅读模式

    编者按:不断严厉的污水排放规范使污水处理晋级改造变成常态,这必然构成处理能耗并导致碳排放量添加。处理城市集中式污水处理“木已成舟”、回归“病入膏肓”,生态“一往无前”寻求巨大上的循环技能怕是不贰挑选。可是污水,我国广阔乡村、处理乡镇区域正处在污水处理技能挑选关键时期,回归是生态沿袭城市集中式处理办法,仍是循环回归生态方式?固然,粪尿返田等原生态方式难上大雅之堂,污水也备受卫生或农业部门诟病。处理可是回归,粪尿返田的生态干流生态效果毋容怀疑,也是循环人类文明对生态循环保存下来的绝无仅有的小小奉献。假如粪尿返田之习气被彻底弃之,生态文明建造恐怕将成为一句废话,由于生态是动态的,是一种循环,绝不是仅仅种点花草树木、再弄点山清水秀那样简略。因而,包含粪尿返田在内的依据天然(Nature-Based Solutions, NBS)处理系统理应成为我国乡村、乡镇涣散式污水处理的首选,也是实践蓝色开展的需求。为此,本期回忆2015年所宣布的文章,从天然水循环根底下手,归纳人类呈现对水循环过程中水量与水质的影响及人类应采纳的对策。以原生态文明可继续含义为布景,审视现代文明中排水体系对生态根底的损坏以及人工康复所需求采纳的技能手段。针对我国现在乡镇化及生态文明建造,指出原生态文明乃应保存与发扬的涣散式处理方式。对木已成舟的城市,言明集中式处理的开展方向以及要点方针。指出未来污水处理的理念与方向,即,一个中心(可继续)、两个根本点(碳中和与磷收回),终究全面变蓝色。

    01。

    适应天然水循环。

    “生命之水天上来”、“条条江河归大海”,这便是所谓的天然水循环。在远古时期,水仅仅用来连续生命,但随着社会高速开展,人类对水的需求现已不止于此,社会开展程度与水质水量呈反比例增加,构成生态环境的严重损坏,而这又反过来按捺社会的可继续开展,构成同归于尽的局势。

    因而,人类要想可继续连续,有必要遵从生态规则、适应比自己生命更久的天然水循环。

    02。

    原生态与现代文明。

    “食物来自土地,排泄物回归土地”是咱们的老祖宗几千年来在实践中构成的农耕文明,即“原生态文明”。这种生活办法使得养分物、能量和水在人与土地之间构成一种良性循环,使磷等不行再生资源未被过度耗费。虽然乡村许多现存的旱厕不卫生,但粪尿作为搜集原生态文明的根本元素是正确的。

    工业革命往后城市化进程的加速导致了冲水马桶、下水道这一现代文明产品的呈现,打断了人与土地之间的养分物循环,使得磷走上流向海洋的不归路。因而陆地上的磷越来越少而水体却因磷含量不断上升而构成富养分化。

    03。

    乡镇化建造与既有城市排水体系挑选。

    原生态文明“生态而不卫生”,现代文明冲水马桶和下水道“卫生而不生态”。比较两种排水体系,就生态含义而言,原生态文明更值得保存和发起。卫生方面的瑕疵能够经过以源别离为根底的“生态卫生”办法处理。这对接近土地、易于完成粪尿返田的乡镇来说是最好的处理与资源运用工艺。可是,关于城市来说显着不太适用,根底设施推倒重来需求支付巨大的经济价值,何况城市远离土地也使得粪尿返田存在许多实践问题。所以,既有城市不得不停留在当时已被确定的集中式处理的领域。

    04。

    生态排水办法。

    以源头别离为根底的涣散式处理办法被称之为“生态卫生(Ecosan) ”,是欧洲国家依据粪尿返田生态原理所规划的一种生态排水办法。经过在卫生洁具或排水系统规划上选用粪尿(黑水)或许尿液(黄水)、粪便(褐水) 独自搜集、别离运送办法而使之与灰水、雨水完成别离、返田,然后到达如图1所示既生态又卫生的意图。

    图1为Ecosan在北京奥运森林公园、清华大学环保楼、北京小汤山、河北邯郸南界河店村等处已有运用或演示。


     污水处理的未来:回归生态循环


    图1 生态排水源别离后各物质及其处理、运用办法与方向。

    05。

    集中式污水处理开展方向。

    集中式污水处理的呈现源于冲水马桶和下水道的运用,最早是为了处理卫生问题,现在已过渡到水资源保护乃至环境保护,在人类走可继续开展路途(见图2)下,未来则以资源与动力收回为首要方针。


     污水处理的未来:回归生态循环


    图2 可继续开展:经济、社会、环境三者调和一致。

    传统污水处理工艺缺点。

    传统污水处理技能首要坏处总结于图3。作为污水中的首要有机污染物COD在传统水处理过程中首要是依托耗费化石动力供氧使其氧化,事实上COD是一种潜在的有机动力,每1kgCOD含14MJ的代谢热,从这个含义上讲,传统污水处理实践上是“以能消能”。一同,耗费化石动力还会引起很多的CO2排放,构成水污染演变为大气污染的“污染转嫁现象”。此外,反硝化以及化学除磷需求日常耗费化学物质、发生很多剩下污泥、平面反应器占地过大等也是传统污水处理工艺与生俱来的缺点。


     污水处理的未来:回归生态循环


    图3 传统污水处理技能首要坏处。

    可继续污水处理理念与技能根底。

    可继续污水处理视污水为资源与动力的载体,着重资源与动力收回,且为收回资源与动力而选用的技能所需动力与资源耗费量应最低,并且不发生二次污染或污染转嫁,工艺占地也应较小。

    市政污水处理以COD、N、P为三大去除方针。如图4所示思路,COD不该直接被氧化至CO2,而应该是在满意脱氮除磷的碳源需求前提下将剩下的COD尽或许转化为动力(如CH4 )运用。反硝化除磷技能将脱氮与除磷合二为一,理论上可节约50%的COD和30%的供氧量。厌氧氨氧化技能则是在不需求COD和O2的状况下直接将氧化为N2。无论是曝气量削减,仍是剩下COD转化动力均意味对外源能耗依靠的削减, CO2排量的下降。

    传统污水处理工艺需求占有很多土地,反应器向空间方向开展,或研制紧凑型工艺亦成为可继续污水处理的一个重要开展方向。好氧颗粒污泥工艺(NEREDA) 优势显着,与传统活性污泥比较,好氧颗粒污泥工艺可节约占地70%、能量40%、出资25%。


     污水处理的未来:回归生态循环


    图4 可继续污水处理根本思路。

    06。

    未来可继续污水处理开展中心。

    开展以资源、动力收回为主的可继续污水处理是现在乃至往后很长时间内技能研制的中心。从理论上讲污水中含万种潜在物质、元素。在资源收回方面,现在最为急迫的属磷元素的收回。在动力收回方面,污水所含余温热能不容小觑,至少能够作为有机动力赤字的弥补,使污水处理到达能量自给自足的“碳中和”状况。因而,未来污水处理方向将是一个中心(可继续)、两个根本点(碳中和与磷收回),技能研制将一直沿这一方向推动和运用。

    碳中和与动力中和。

    表1总结了国外一些致力于碳中和运转的污水处理厂状况。这些实例标明,依据剩下污泥有机物动力,即剩下污泥厌氧消化产CH4,能够满意或最大程度满意动力中和运转方针。可是,剩下污泥产值的多寡又受进水有机物浓度的约束,并不一定能彻底满意动力中和运转的需求,这就需求考虑运用污水余温中所蕴藏的可观热量。

    表1 国外污水处理厂动力中和运转实践事例。

     污水处理的未来:回归生态循环

    针对我国污水水质特色及常用工艺,以北京某大型市政污水处理厂( COD=400 mg /L) 为例,具体核算了该厂有机动力运用仅能满意53% 的动力中和运转方针,赤字能量能够经过水源热泵转化污水中热量予以完成。

    磷收回。

    全球可经济挖掘的磷矿将在50年之内用完,而全球悉数磷储量将在100~200年内耗尽。因而,磷收回已刻不容缓。冲水马桶、下水道、污水处理厂等现代文明产品早已使人类排泄物中的磷难以回归土地;动物粪尿也在被化肥广泛代替的状况下失去了回归土地的时机。

    显着,操控磷的匮乏速度有必要马上康复已根本消失的磷循环,其间,从点源——污水中收回磷则成为最大的一种或许。为此,市政污水与动物粪尿(为污水中磷含量的5倍)一同已被看作是“第二磷矿”。磷收回的方针产品现在首要为鸟粪石(MgNH4PO4·6H2O) ,其间所含P折标P2O5后高达51.8%(依据MgNH4PO4核算) 。但实践上,鸟粪石其实是一种缓释肥,并不合适直接用于粮食生产,较合适于果木、园林等上肥。磷收回产品更多去向应为磷肥工业,而磷肥工业对磷矿石成分并无喜爱,只求尽或许多的磷含量。这便是说,从污水中收回鸟粪石在技能上十分困难,而实践中也没有必要,彻底能够量体裁衣地收回其他方式的磷酸盐。

     NEWs概念与新生代污水处理技能。

    荷兰运用水研讨基金会(STOWA) 早在2008年曾经就用“NEWs”一词高度归纳了未来污水处理厂实践上将是养分物、动力与再生水三厂合一方式。

    传统污水处理观念将处理后的再生水视为“主”产品,而在可继续观念下视为“副”产品,由于在主产品磷收回和碳中和完成后污水自可是然得到净化。减量化→安稳化→无害化→动力化是传统污泥处理/处置的准则与次序。在碳中和运转年代下,则将动力化作为中心,由于剩下污泥最大动力化往后自可是然的就会完成减量化、安稳化、无害化。

    Mark van Loosdrecht教授预言新生代处理工艺仍将定坐落着重可继续性;在磷收回、碳中和两个根本着眼点上,亦将考虑收回纤维素、藻酸盐、PHA、脂类、CO2乃至腐殖酸等。新生代中心技能以好氧颗粒污泥与厌氧氨氧化为主,分为好氧颗粒污泥(干流) 与厌氧氨氧化(侧流)、COD 筛分/浓缩(预处理)与厌氧氨氧化(干流)两种方式。

    07。

    结语。

    纵观集中式污水处理技能理念与开展方向,无外乎是一个中心(可继续)、两个根本点(碳中和与磷收回),其内在实质上与原生态文明异曲同工,不同仅仅技能难度与管理水平不同。从这个含义上说,只需保持并发扬光大老祖宗发明的原生态文明,现已能够处理不少问题,至少不会呈现乡村污水处理难的问题。


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