城(chéng)市(shì)污水(shuǐ)節能資源回收和(hé)再利用的(de)有(yǒu)效創新方法

從(cóng)厭(yàn)氧處理(lǐ)系統到生(shēng)物(wù)煉制的(de)概念

01 作(zuò)為(wèi)生(shēng)物(wù)煉制核心的(de)厭(yàn)氧模式的(de)簡要演變

厭(yàn)氧處理(lǐ)是發展可持續衛生(shēng)的(de)最有(yǒu)前景的(de)處理(lǐ)技(jì)術之一，同時(shí)也是資源和(hé)能源回收的(de)核心技(jì)術。上(shàng)流式厭(yàn)氧污泥床（UASB）在市(shì)政污水(shuǐ)處理(lǐ)廠(chǎng)成功建立并得到了廣泛的(de)認可，尤其是在廢水(shuǐ)溫度通(tōng)常高(gāo)于20°C的(de)熱帶和(hé)亞熱帶地(dì)區(qū)。後來(lái)，人(rén)們進一步開(kāi)發了膨脹顆粒污泥床（EGSB），與UASB相(xiàng)比，EGSB增加了水(shuǐ)力混合，增強了處理(lǐ)系統內(nèi)的(de)基質生(shēng)物(wù)量相(xiàng)互作(zuò)用。雖然成熟的(de)UASB/EGSB結構大多滿足厭(yàn)氧處理(lǐ)所需的(de)要求，但(dàn)由于顆粒崩解的(de)不利條件(jiàn)，因此又(yòu)将膜技(jì)術與厭(yàn)氧處理(lǐ)結合起來(lái)，形成了AnMBR的(de)發展。同時(shí)，利用污泥厭(yàn)氧消化(huà)（AD）的(de)熱電(diàn)聯供（CHP）系統已成為(wèi)現(xiàn)有(yǒu)能源自(zì)給型污水(shuǐ)處理(lǐ)廠(chǎng)最常用的(de)技(jì)術。根據生(shēng)命周期比較，與傳統活性污泥加上(shàng)AD相(xiàng)比，AnMBR技(jì)術可以産生(shēng)更多的(de)沼氣淨能量。AnMBR作(zuò)為(wèi)一種主線廢水(shuǐ)處理(lǐ)工(gōng)藝的(de)主要優點是能夠回收廢水(shuǐ)中的(de)大部分能量，而不是目前的(de)好(hǎo)氧厭(yàn)氧處理(lǐ)隻能回收部分能量。

02 厭(yàn)氧工(gōng)藝中的(de)資源回收

2.1 污水(shuǐ)處理(lǐ)方面

廢水(shuǐ)厭(yàn)氧處理(lǐ)過程中産生(shēng)的(de)沼氣可作(zuò)為(wèi)能源。然而，大量的(de)CH4由于溶解在廢水(shuǐ)中不能被回收，UASB等厭(yàn)氧廢水(shuǐ)處理(lǐ)工(gōng)藝因液體(tǐ)上(shàng)流速度低(dī)和(hé)混合不足而受到限制。

在城(chéng)市(shì)污水(shuǐ)價值化(huà)的(de)概念中，兩步生(shēng)物(wù)轉化(huà)是發酵反應器(qì)中一種有(yǒu)吸引力的(de)替代路(lù)線。廢水(shuǐ)中的(de)複雜(zá)有(yǒu)機(jī)物(wù)在最終成為(wèi)其他(tā)有(yǒu)價值的(de)産品之前簡單地(dì)轉化(huà)為(wèi)VFAs。這(zhè)使得生(shēng)物(wù)轉化(huà)機(jī)制分步優化(huà)成為(wèi)更直接的(de)生(shēng)物(wù)生(shēng)産過程。在此過程中，VFAs的(de)濃度和(hé)種類通(tōng)常決定最終産品的(de)質量。

AnMBR已經成功作(zuò)為(wèi)處理(lǐ)城(chéng)市(shì)污水(shuǐ)的(de)補充設施，其COD去(qù)除率高(gāo)，出水(shuǐ)能達到大部分回用的(de)目的(de)。但(dàn)是，如果不進一步去(qù)除營養物(wù)質，通(tōng)常無法将處理(lǐ)後的(de)廢水(shuǐ)排放(fàng)到水(shuǐ)環境中或進行再利用。在這(zhè)方面，有(yǒu)人(rén)建議(yì)使用微(wēi)藻從(cóng)AnMBR廢水(shuǐ)中去(qù)除營養物(wù)。此外(wài)，在歐盟LIFE項目MEMORY（life memory.eu）的(de)背景下(xià)，介紹了浸沒式AnMBR（AD和(hé)膜技(jì)術的(de)結合）。這(zhè)種創新的(de)試點實施為(wèi)城(chéng)市(shì)污水(shuǐ)處理(lǐ)和(hé)資源回收提供了有(yǒu)前景的(de)技(jì)術。

2.2 污泥處理(lǐ)方面

污水(shuǐ)污泥管理(lǐ)是城(chéng)市(shì)污水(shuǐ)處理(lǐ)廠(chǎng)運營費(fèi)用的(de)主要組成部分。在大規模的(de)污水(shuǐ)處理(lǐ)廠(chǎng)中，污泥通(tōng)常經過AD回收能源（富含甲烷的(de)沼氣），從(cóng)而在CHP下(xià)産生(shēng)熱量和(hé)電(diàn)能。将污泥作(zuò)為(wèi)其他(tā)增值工(gōng)藝或者生(shēng)物(wù)能源的(de)原料的(de)趨勢也越來(lái)越大。

污水(shuǐ)處理(lǐ)廠(chǎng)是一個(gè)綜合過程，提取VFA将減少供給AD的(de)有(yǒu)機(jī)物(wù)量，這(zhè)最終将減少能量回收。在這(zhè)方面，應精心設計(jì)和(hé)優化(huà)VFA生(shēng)産和(hé)從(cóng)污水(shuǐ)污泥中提取的(de)效益，以免影響CH4的(de)回收。優化(huà)應着重于兩個(gè)主要準則：（1）發酵和(hé)提取過程的(de)成本（主要投資和(hé)運營費(fèi)用）以及VFA使用或銷售的(de)進一步收益；（2）對(duì)CH4生(shēng)成的(de)影響。根據污水(shuǐ)污泥産酸發酵過程中VFAs的(de)選擇性生(shēng)産，VFAs還(hái)具有(yǒu)較高(gāo)的(de)經濟價值。

WWTPs回收營養物(wù)可用于鳥糞/Ca-P沉澱或生(shēng)物(wù)炭吸附實現(xiàn)，有(yǒu)研究認為(wèi)應考慮采用替代的(de)營養回收技(jì)術（即膜、電(diàn)滲析）來(lái)提高(gāo)回收營養的(de)質量。結晶法回收磷還(hái)有(yǒu)其他(tā)一些好(hǎo)處，例如，産生(shēng)的(de)污泥體(tǐ)積以及其他(tā)不需要的(de)沉澱物(wù)較少，最終降低(dī)了污泥處置成本。

生(shēng)物(wù)聚合物(wù)是一組與石油塑料具有(yǒu)類似性質的(de)聚合物(wù)，由可再生(shēng)資源生(shēng)産，也可由不同類型的(de)細菌利用碳作(zuò)為(wèi)基質而産生(shēng)。PHAs的(de)主要優點是完全可生(shēng)物(wù)降解和(hé)無毒。PHA儲存細菌常見于污水(shuǐ)處理(lǐ)廠(chǎng)的(de)活性污泥工(gōng)藝中，它們将這(zhè)些聚合物(wù)作(zuò)為(wèi)碳源和(hé)能源儲存。PHA回收是一種經濟上(shàng)可持續的(de)選擇。它描述了以下(xià)子(zǐ)過程：（1）纖維素一級污泥發酵，提高(gāo)VFAs的(de)産量，并以可溶性形式（即氨和(hé)磷酸鹽）釋放(fàng)氮和(hé)磷；（2）發酵産物(wù)的(de)固液分離，向污水(shuǐ)污泥發酵液中加入Mg(OH)2形成鳥糞石利于沉澱；（3）铵在SBR中轉化(huà)為(wèi)亞硝酸鹽；（4）通(tōng)過交替改變好(hǎo)氧缺氧條件(jiàn)來(lái)驅動PHA作(zuò)為(wèi)碳源存儲在細菌內(nèi)部，同時(shí)促進反硝化(huà)過程；（5）使用進料分批反應器(qì)進行PHA累積，以最大化(huà)獲得PHA。

城(chéng)市(shì)污水(shuǐ)中含有(yǒu)大量纖維素（占懸浮固體(tǐ)總量的(de)30%~50%），纖維素作(zuò)為(wèi)一種可通(tōng)過篩選從(cóng)廢水(shuǐ)中回收的(de)資源具有(yǒu)巨大的(de)潛力。纖維素脫水(shuǐ)污泥的(de)好(hǎo)處是：化(huà)學藥劑消耗減少，曝氣電(diàn)耗較低(dī)，磷酸鹽釋放(fàng)較少，污泥排放(fàng)量大幅度減少，污泥處理(lǐ)和(hé)管理(lǐ)成本也随之降低(dī)。纖維素回收将為(wèi)污水(shuǐ)處理(lǐ)廠(chǎng)的(de)下(xià)遊生(shēng)物(wù)工(gōng)藝增加效益，并用于污水(shuǐ)處理(lǐ)廠(chǎng)下(xià)遊與PHA混合，以及最終生(shēng)物(wù)複合物(wù)生(shēng)産的(de)加工(gōng)。

面向市(shì)場(chǎng)的(de)技(jì)術

03 聚焦環境技(jì)術驗證和(hé)其他(tā)性能認證

在歐盟方面，創新環境技(jì)術幫助技(jì)術購買者識别符合其需求的(de)創新。除了技(jì)術驗證外(wài)，還(hái)應使用特定的(de)功能測試确定回收材料的(de)特性，以便将回收産品與工(gōng)業(yè)産品進行比較。與其他(tā)回收材料相(xiàng)比，磷酸鹽、生(shēng)物(wù)炭和(hé)熱解材料的(de)使用受到更多的(de)控制和(hé)調節。因為(wèi)來(lái)源不一緻性和(hé)高(gāo)變異性，常規生(shēng)産中回收的(de)PHA的(de)性質表征還(hái)未明(míng)确。

04 回收材料到消費(fèi)品/工(gōng)業(yè)産品的(de)價值化(huà)

有(yǒu)研究對(duì)從(cóng)廢水(shuǐ)中回收的(de)材料進行了可持續性評估，涉及6個(gè)不同類别：經濟福利、資源消耗、環境和(hé)生(shēng)物(wù)質量、技(jì)術福利、人(rén)類健康和(hé)社會福利。結果表明(míng)，從(cóng)生(shēng)産成本和(hé)市(shì)場(chǎng)價值來(lái)看(kàn)，PHA和(hé)鳥糞石在經濟上(shàng)是可行的(de)。然而，PHA需要進行緊急和(hé)進一步的(de)調查，因為(wèi)它顯示出一些關鍵問(wèn)題，這(zhè)與生(shēng)産階段有(yǒu)毒化(huà)合物(wù)的(de)可能排放(fàng)和(hé)市(shì)場(chǎng)對(duì)食品安全的(de)看(kàn)法有(yǒu)關。同樣，鳥糞石的(de)利用也取決于具體(tǐ)應用和(hé)相(xiàng)關的(de)立法，需要進一步評估。另一方面，在紙行業(yè)，纖維素回收和(hé)應用的(de)可能性較小(xiǎo)，因為(wèi)需要額外(wài)的(de)清潔步驟從(cóng)而增加成本。