焦点提醒：污水处置的将来：回归生态轮回 时候：2022-01-10 来历：水业碳中和资讯 作者：郝教员等 编者案：不竭严酷的排放尺度使污水处置进级革新酿成常态，这必将形成处置能耗并致使碳排放量增添。城阛阓中式污水处置“米已成炊”、“不成救药”，“一往无前”寻求高峻上的手艺怕是不贰选择。但是，我国泛博农村、乡镇地域正处在污水处置手艺选择要害期间，是沿用城阛阓中式处置体例，仍是回归生态模式？诚然，粪尿返田等原生态模式难上年夜雅之堂，也备受卫生或农业部分诟病。可是，粪尿返田的支流生态感化毋容置疑，也是人类文明对生态轮回保存下来的独一无二的小小进献。假如粪尿返田之习惯被完全弃之，生态文明扶植生怕将成为一句废话，由于生态是动态的，是一种轮回，毫不是仅仅种点花卉树木、再弄点湖光山色那样简单。是以，包罗粪尿返田在内的基在天然（Nature-Based Solutions, NBS）处置系统理应成为我国农村、乡镇分离式污水处置的首选，也是实践蓝色成长的需要。为此，本期回首2015年所颁发的文章，从天然水轮回根本入手，归纳综合人类呈现对水轮回进程中水量与水质的影响和人类应采纳的对策。以原生态文明可延续意义为布景，审阅现代文明中排水体系体例对生态根本的粉碎和人工恢复所需要采纳的手艺手段。针对我国今朝城镇化和生态文明扶植，指出原生态文明乃应保存与发扬的分离式处置模式。对米已成炊的城市，言明集中式处置的成长标的目的和重点方针。指出将来污水处置的理念与标的目的，即，一个中间（可延续）、两个根基点（碳中和与磷收受接管），终究周全变蓝色。 01 适应天然水轮回 “生命之水天上来”、“条条江河归年夜海”，这就是所谓的天然水轮回。在远古期间，水只是用来延续生命，但跟着社会高速成长，人类对水的需求已不止在此，社会成长水平与水质水量呈反比例增加，形成生态情况的严峻粉碎，而这又反过来按捺社会的可延续成长，形成两败俱伤的场合排场。 是以，人类要想可延续延续，必需遵守生态纪律、适应比本身生命更久的天然水轮回。 02 原生态与现代文明 “食品来自地盘，分泌物回归地盘”是我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”。这类糊口体例使得养分物、能量和水在人与地盘之间构成一种良性轮回，使磷等不成再生资本未被过度耗损。虽然农村很多现存的旱厕不卫生，但粪尿作为搜集原生态文明的根基元素是准确的。 工业革命今后城市化历程的加速致使了冲水马桶、下水道这一现代文明产品的呈现，打断了人与地盘之间的养分物轮回，使得磷走上流向海洋的不归路。是以陆地上的磷愈来愈少而水体却因磷含量不竭上升而形成富养分化。 03 城镇化扶植与既有城市排水体系体例选择 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”。比力两种排水体系体例，就生态意义而言，原生态文明更值得保存和倡导。卫生方面的瑕疵能够经由过程以源分手为根本的“生态卫生”体例处理。这对接近地盘、易在实现粪尿返田的城镇来讲是最好的处置与资本操纵工艺。可是，对城市来讲明显不太合用，根本举措措施推倒重来需要支出庞大的经济价格，何况城市阔别地盘也使得粪尿返田具有很多现实问题。所以，既有城市不能不逗留在当前已被锁定的集中式处置的范围。 04 生态排水体例 以泉源分手为根本的分离式处置体例被称之为“生态卫生(Ecosan) ”，是欧洲国度按照粪尿返田生态道理所设想的一种生态排水体例。经由过程在卫生洁具或排水系统设想上采取粪尿(黑水)或尿液(黄水)、粪便(褐水) 零丁搜集、别离输送体例而使之与灰水、雨水实现分手、返田，从而到达如图1所示既生态又卫生的目标。 图1为Ecosan在北京奥运丛林公园、清华年夜学环保楼、北京小汤山、河北邯郸南界河店村等处已有利用或示范。 图1 生态排水源分手后各物资和其处置、操纵方式与标的目的 05 集中式污水处置成长标的目的 集中式污水处置的呈现源在冲水马桶和下水道的利用，最早是为领会决卫生问题，今朝已过渡到水资本庇护甚至情况庇护，在人类走可延续成长道路（见图2）下，将来则以资本与能源收受接管为首要方针。 图2 可延续成长：经济、社会、情况三者协调同一 保守污水处置工艺缺点 保守污水处置手艺首要短处总结在图3。作为污水中的首要无机污染物COD在保守水处置进程中首要是依托耗损化石能源供氧使其氧化，现实上COD是一种潜伏的无机能源，每1kgCOD含14MJ的代谢热，从这个意义上讲，保守污水处置现实上是“以能消能”。同时，耗损化石能源还会引发年夜量的CO2排放，形成水污染演化为年夜气污染的“污染转嫁现象”。另外，反硝化和化学除磷需要平常耗损化学物资、发生年夜量残剩污泥、平面反映器占地过年夜等也是保守污水处置工艺与生俱来的缺点。 图3 保守污水处置手艺首要短处 可延续污水处置理念与手艺根本 可延续污水处置视污水为资本与能源的载体，强调资本与能源收受接管，且为收受接管资本与能源而采取的手艺所需能源与资本耗损量应最低，而且不发生二次污染或污染转嫁，工艺占地也应较小。 市政污水处置以COD、N、P为三年夜去除方针。如图4所示思绪，COD不该间接被氧化至CO2，而应当是在知足脱氮除磷的碳源需要条件下将过剩的COD尽量转化为能源（如CH4 ）利用。反硝化除磷手艺将脱氮与除磷合二为一，理论上可节流50%的COD和30%的供氧量。厌氧氨氧化手艺则是在不需要COD和O2的环境下间接将氧化为N2。不管是曝气量削减，仍是过剩COD转化能源均意味对外源能耗依靠的削减， CO2排量的下降。 保守污水处置工艺需要占有年夜量地盘，反映器向空间标的目的成长，或研发紧凑型工艺亦成为可延续污水处置的一个主要成长标的目的。好氧颗粒污泥工艺(NEREDA) 劣势较着，与保守活性污泥比拟，好氧颗粒污泥工艺可节流占地70%、能量40%、投资25%。 图4 可延续污水处置根基思绪 06 将来可延续污水处置成长焦点 成长以资本、能源收受接管为主的可延续污水处置是今朝甚至此后很长时候内手艺研发的焦点。从理论上讲污水中含万种潜伏物资、元素。在资本收受接管方面，今朝最为紧急的属磷元素的收受接管。在能源收受接管方面，污水所含余温热能不容小觑，最少能够作为无机能源赤字的弥补，使污水处置到达能量自力更生的“碳中和”状况。是以，将来污水处置标的目的将是一个中间（可延续）、两个根基点（碳中和与磷收受接管），手艺研发将一直沿这一标的目的推动和利用。 碳中和与能源中和 表1总结了国外一些努力在碳中和运转的污水处置厂环境。这些实例注解，基在残剩污泥无机物能源，即残剩污泥厌氧消化产CH4，能够知足或最年夜水平知足能源中和运转方针。但是，残剩污泥产量的多寡又受进水无机物浓度的限制，其实不必然能完全知足能源中和运转的需要，这就需要斟酌操纵污水余温中所储藏的可不雅热量。 表1 国外污水处置厂能源中和运转现实案例 针对中国污水水质特点和经常使用工艺，以北京某年夜型市政污水处置厂( COD=400 mg /L) 为例，具体计较了该厂无机能源操纵仅能知足53% 的能源中和运转方针，赤字能量能够经由过程水源热泵转换污水中热量予以实现。 磷收受接管 全球可经济开采的磷矿将在50年以内用完，而全球全数磷储量将在100～200年内讧尽。是以，磷收受接管已火烧眉毛。冲水马桶、下水道、污水处置厂等现代文明产品早已令人类分泌物中的磷难以回归地盘；动物粪尿也在被化肥普遍替换的环境下掉去了回归地盘的机遇。 明显，节制磷的匮乏速度必需马上恢复已根基消逝的磷轮回，此中，从点源——污水中收受接管磷则成为最年夜的一种可能。为此，市政污水与动物粪尿(为污水中磷含量的5倍)一路已被看做是“第二磷矿”。磷收受接管的方针产品今朝首要为鸟粪石(MgNH4PO4·6H2O) ，此中所含P折标P2O5后高达51.8%(基在MgNH4PO4计����Ϸapp算) 。但现实上，鸟粪石实际上是一种缓释肥，其实不合适间接用在食粮出产，较合适在果木、园林等施肥。磷收受接管产品更多去向应为磷肥工业，而磷肥工业对磷矿石成份并没有爱好，只求尽量多的磷含量。这就是说，从污水中收受接管鸟粪石在手艺上很是坚苦，而现实中也没有需要，完全能够随机应变地收受接管其他情势的磷酸盐。 NEWs概念与重生代污水处置手艺 荷兰利用水研究基金会(STOWA) 早在2008年之前就用“NEWs”一词高度归纳综合了将来污水处置厂现实大将是养分物、能源与再生水三厂合一模式。 保守污水处置不雅念将处置后的再生水视为“主”产物，而在可延续不雅念下视为“副”产物，由于在主产物磷收受接管和碳中和完成后污水天然而然获得净化。减量化→不变化→无害化→能源化是保守污泥处置/措置的准绳与挨次。在碳中和运转时期下，则将能源化作为焦点，由于残剩污泥最年夜能源化今后天然而然的就会实现减量化、不变化、无害化。 Mark van Loosdrecht传授预言重生代处置工艺仍将定位在强调可延续性；在磷收受接管、碳中和两个根基着眼点上，亦将斟酌收受接管纤维素、藻酸盐、PHA、脂类、CO2乃至腐殖酸等。重生代焦点手艺以好氧颗粒污泥与厌氧氨氧化为主，分为好氧颗粒污泥(支流) 与厌氧氨氧化(侧流)、COD 筛分/浓缩(预处置)与厌氧氨氧化(支流)两种情势。 07 结语 纵不雅集中式污水处置手艺理念与成长标的目的，无外乎是一个中间（可延续）、两个根基点（碳中和与磷收受接管），其内在本色上与原生态文明殊途同归，不同只是手艺难度与治理程度分歧。从这个意义上说，只需保持并发扬光年夜老祖宗缔造的原生态文明，已能够处理很多问题，最少不会呈现农村污水处置难的问题。
污水处置的将来：回归生态轮回
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