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现在,国际面临着水污染、缺水、气候改变、动力危机以及资源干涸等许多危及人类社会可继续开展的重大问题

2022-05-25 11:47:52来源:本站浏览:16次

经过近十年的高速建造,我国已建成并投入运转了3500多座乡镇污水处理厂,日总处理才干到达了1.4亿m3,已与美国根本相当。跟着水污染操控工作的不断深入和乡镇化进程的加快,我国乡镇污水处理设备还将处于高速建造的态势,并有可能在未来十年内完结乡镇污水处理设备的根本建造任务。可是,根本建造的完结并不意味着开展阻滞,这些设备离社会可继续开展的要求还存在较大距离,已建造施的进步改造(Upgrading)将是一项长期的任务。事实上,现有设备的提标改造几年前就已在重点流域打开。经过不断进步改造,新技能、新材料和新设备得以运用,乡镇污水处理设备更加高效地满足人类社会开展要求。在大规划设备建造即将结束、已建造施改造即将全面打开之际,体系梳理我国乡镇污水处理未来开展方向和技能需求,是一个有着重要现实意义的课题。


   1.乡镇污水处理的开展方向


   现在,国际面临着水污染、缺水、气候改变、动力危机以及资源干涸等许多危及人类社会可继续开展的重大问题,而乡镇污水处理与这些人类社会重大问题密切相关,乡镇污水处理的开展应对这些重大问题的处理有所奉献。


   操控水污染是乡镇污水处理设备的根本功用,这一功用未来需求继续得以强化。跟着经济社会开展,污染强度不断增大、污染物品种日趋复杂;另一方面,跟着公众环境认识的加强,水环境质量要求也必将不断进步。因而,乡镇污水处理应进一步进步处理规范,下降出水中有机污染物和氮磷无机养分物的浓度,强化对内分泌干扰物等新式污染物的去除,满足水环境要求。


   高水平的乡镇污水处理是完成水资源可继续运用的条件。中国水资源总量27000亿m3,但可运用水资源量仅约8000亿m3,现在用水量已超越6000亿m3,缺水问题日益突出。虽然存在跨流域调水以及海水淡化等多种挑选,但总体上,只要将乡镇污水进行深度或超深度处理,完全康复其运用功用,完成水资源可继续运用,才干从根本上应对水危机,处理中国的缺水问题。


   日益显着的气候改变问题要求乡镇污水完成低碳处理。乡镇污水处理是重要的碳排放源,包含直接排放和直接排放。直接排放是指污水处理进程中有机物厌氧分化直接向大气排放的甲烷和氮素生物转化进程中向大气排放的一氧化二氮。直接排放是指污水处理电耗以及所耗化学品在生产进程中发生的碳排放。美国乡镇污水处理耗电导致的直接碳排放约占全社会总排放当量的1%,污水处理直接碳排放约占总排放当量的0.42%,直接排放与直接排放总计约占总排放当量的1.42% 。乡镇污水处理行业虽小,但却是一个不容忽视的碳排放源,应完成低碳处理。


   日益严重的动力危机要求乡镇污水处理进程进行动力开发利,进步动力自给率。乡镇污水处理是高能耗行业,美国乡镇污水处理(POWT)电耗占全社会总电耗的3%,中国乡镇污水处理电耗已打破100亿千瓦时,且将继续增大。另一方面,乡镇污水中“包含”着巨大潜能,有待开发。美国核算,污水潜能是处理污水耗能的10倍!全球每日发生的污水中潜能约相当于1亿吨规范燃油,污水潜能开发可处理社会总电耗的10%。根据欧洲经历,仅采取以节能降耗为目标的提效改造办法和高效厌氧消化收回能量等传统技能,乡镇污水处理动力自给率就可到达60%以上。


   乡镇污水处理是资源循环运用的重要载体。除水资源循环运用外,污水处理进程可完成有机质及磷等资源的循环运用。污水处理发生的污泥经安稳化处理可构成类腐殖质(like-humus),经过农业循环运用可增强土壤聚会功能,增加透气性和持水功能,进步地力。全球磷资源散布严重不均:摩洛哥占42%,美国7%,欧洲1%。总体上,全球磷资源即将干涸,中国储量也只要20~50年,必须构建起磷素的继续循环体系,而乡镇污水处理是磷循环的重要途径。日本2008年进口磷肥或矿石折合磷素26万吨,如将污水中的约5万吨磷素收回运用,可处理进口量20%。(via 《给水排水》杂志)


   综上剖析,人类社会的可继续开展对乡镇污水处理存在多目标要求:进步出水水质,满足水污染操控和水资源可继续循环运用的需求;节能降耗、操控碳排放,完成低碳污水处理;开发污水潜能,进步动力自给率,并逐渐完成清洁动力的净输出;收回有机和无机资源,完成资源的循环运用。因而,乡镇污水处理未来开展方向可归纳为:进步水质、低碳处理、开发动力、收回资源。


   2.乡镇污水处理的技能需求


   按照乡镇污水处理开展方向,未来存在以下技能需求:污水深度和超深度处理技能,详细包含养分物深度去除技能、新式污染物去除技能和高品质再生水超深度集成处理技能;低碳污水处理技能,详细包含可继续新工艺、节能降耗运转优化与高效操控技能以及节能降耗新设备的运用;污水处理动力开发技能,详细包含污水动力开发技能和污泥动力开发技能;污水处理资源收回技能,详细包含PHA生物塑料收回技能和磷收回技能。


   3.1低碳污水处理技能


   根据有机污染物去除的可继续污水处理新工艺首要是厌氧处理技能,能耗低,且可收回动力。高浓度有机废水的厌氧技能已老练,但城市污水有机物浓度低,厌氧处理存在出资大和占地大等障碍。现在,乡镇污水厌氧处理方向研讨的热门是厌氧膜生物反应器AnMBR,与传统厌氧工艺相比,可大幅度减少占地,但技能老练度离生产性运用尚存在距离。另一类可继续污水处理工艺是低能耗、低碳源耗费的脱氮工艺,有许多品种,但首要包含根据短程反硝化原理的SHARON工艺和根据厌氧氨氧化的ANNAMOX/DEMON工艺。与传统的AAO工艺相比,SHARON可节省25%的能耗、40%的碳源耗费,而ANNAMOX工艺可节省60%的能耗、90%的碳源耗费。现在,SHARON和ANNAMOX在高浓度氨氮污水处理中已较老练,在污泥回流液处理中已有一批成功案例。在典型乡镇污水处理上虽有发展,但离实践运用仍有距离。


   污水处理运转优化在节能降耗方面存在巨大潜力。在物料与能流平衡的条件下,依据各工艺参数的改变规则,合理调整并操控溶解氧和回流比,可取得显着节能降耗效果。加拿大、美国以及北欧近两年都在运转优化技能方面开展了大量研讨,我国在水专项中也安排了相应研讨。高效操控技能的研讨发展为运转优化技能的运用提供了手法。其间,精确曝气操控技能可使曝气池的溶解氧按运转优化要求得以精确操控。别的,根据微波污泥含固量在线测定的污泥加药量操控技能也可使脱水药耗大大下降。


   节能降耗新设备的运用对低碳污水处理也有较大的奉献。近两年,鼓风曝气有向超微孔开展的趋势,超微孔曝气器在6米的典型水深下氧转移效率可超越40%;空气悬浮鼓风机和磁悬浮鼓风机的逐渐普及是鼓风机的机械效率有所进步;线性水下拌和器的运用进步了厌氧段和缺氧段的拌和效率。别的,被誉为机械工业“第2次革命”的磁驱动技能也开始在污水处理设备中运用,整体可望获得10%左右机械效率的进步。


   3.2污水处理动力开发技能


   厌氧膜生物反应器AnMBR既是可继续污水处理新工艺,也是有远景的污水动力收回技能。生物电化学技能是近十年来的研讨热门,包含微生物燃料电池(MFC)产电技能和微生物电解电池(MEC)产氢技能。理论上,微生物燃料电池可使污水的动力收回率超越80%,但仍存在反应器放大的困难,离生产性运用还相距甚远。


   污泥厌氧方向的动力化包含厌氧发酵产乙醇、厌氧发酵产氢和厌氧消化产甲烷三个技能路径。产乙醇技能虽然老练,但动力转化率较低;产氢技能现在仍存在反应器放大的困难,限制生产性运用;实践中普遍采用的是厌氧消化技能。传统厌氧消化技动力转化率在30%-40%,而高档厌氧消化技能(AdvancedAnaerobic Digestion)可进步到50%-60%。高档厌氧消化技能包含高温厌氧消化、温度分级厌氧消化(TPAD)和酸-气两相厌氧消化。污泥预处理技能近年来发展较快,详细包含超声细胞破碎技能、微波细胞破碎技能、生物酶水解技能、生物细胞破碎(BIODIET®)、电絮凝技能、聚集电脉冲技能、热水解技能和化学细胞破碎技能(微污泥MicroSludgeTM)。现在运用较多的是热水解技能,国际各地已有几十个成功案例。污泥热水解预处理是将脱水后污泥在高温高压水蒸汽下进行水解反应。污泥热水解后,下降了污泥的粘滞性,且生物细胞被破壁后细胞质释放出来,缩短了后续厌氧消化时刻,进步了产气率,消化污泥的脱水功能也得以进步。


   3.3 污水处理资源收回技能


   经过安稳化污泥的农业循环运用,使污水中的各种资源回到土壤,完成碳、氮、磷的可继续资源循环运用,是资源收回的最重要途径。


   将污水中的碳资源经生物转化合成PHA生物塑料也是研讨热门之一,现在中试规划已经成功,但没有完成产业化。


   鸟粪石磷收回工艺已有多年的研讨堆集,现在荷兰已有生产性演示厂投入运转。日本研讨从污泥焚烧灰中收回磷,并已在岐阜市污水处理厂建造了焚烧灰磷收回演示设备,首要原理为:将碱性溶液参加污泥焚烧灰,维持50OC-90OC的反应温度,然后进行固液别离,别离后的溶液称为磷提取液,固体称为脱磷灰;将熟石灰参加磷提取液中,将磷以磷酸钙的方式沉淀下来,作为磷肥原料。


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