行業(yè)動(dòng)態(tài)
污水沒(méi)有用?看大家怎么說(shuō)!
在整個(gè)20世紀,城市污水處理中普遍采用的氮處理方法是利用生物過(guò)程,如常規活性污泥將其轉化成氮氣(N2)來(lái)去除銨。雖然這是一項非常成功的保護人類(lèi)健康和保護水生生態(tài)系統的戰略,但氨轉化為元素形式與21世紀發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟不相容。且活性污泥法和其他新興的氨氮去除途徑有幾個(gè)環(huán)境和技術(shù)限制。
為了使氨氮回收技術(shù)便于應用于生活污水,開(kāi)發(fā)的吸附劑不僅需要高選擇性和優(yōu)良的氨氮吸附性能,而且還需要:(i)適合CSTR型反應器的連續模式中運行,以便在現有的污水處理廠(chǎng)基礎設施中重新安裝;(ii)易于與廢水分離;(iii)抗生物污染;(iv)易于針對不同的表面化學(xué)進(jìn)行改性;(v)在不需要大量化學(xué)物質(zhì)的情況下,在銨的釋放和吸附劑的再生方面高效且具有成本效益。
考慮到上述所要求的特性,聚合物基材料具有特殊的意義。根據官能團,聚合物吸附劑可分為非離子型、陽(yáng)離子型或陰離子型;非離子交聯(lián)聚合物(如聚環(huán)氧乙烷)可作為凝膠排阻媒介。另一方面,離子交聯(lián)聚合物可用于選擇性結合有相反電荷的分子(即陽(yáng)離子結合在陰離子聚合物上)無(wú)需離子置換(如沸石和離子交換樹(shù)脂),從而促進(jìn)目標離子的結合。
聚合物吸附劑正在向高選擇性和高吸附容量方向發(fā)展,希望具有較好的防污能力,進(jìn)行可連續進(jìn)行的主流操作,以及聚合物吸附劑無(wú)需大量化學(xué)物質(zhì)的再生能力。
在歐洲,許多廢水處理設施仍然需要遵守歐盟的處理指令,并且需要升級以實(shí)現足夠的養分去除。這為新建污水處理廠(chǎng)向更可持續的技術(shù)過(guò)渡以及需要升級為資源回收設施的現有污水處理廠(chǎng)的改造提供了機會(huì )。
N2O是各種廢水生物脫氮過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物,也是一種極強的溫室氣體,造成了嚴重的環(huán)境風(fēng)險。事實(shí)上,城市污水中N2O的可回收能量與一般的廠(chǎng)內能耗(0.26~0.67 kWh/m3)相比幾乎微不足道。近年來(lái),人們越來(lái)越感興趣的是從廢水中回收N2O作為一種強大的燃料氧化劑。在這種情況下開(kāi)發(fā)了好氧-缺氧-氮分解操作(CANDO)工藝,從厭氧消化液中回收N2O。基本上,CANDO過(guò)程包括三個(gè)操作步驟:(i)NH4+部分硝化為NO2-;(ii)NO2-部分反硝化為N2O,以及(iii)N2O與CH4共燃以回收能量。除了已經(jīng)確立的步驟3之外,實(shí)際上步驟1和2在大規模上仍然具有高度的挑戰性。因此,與傳統的生物脫氮工藝相比,CANDO工藝中生物脫氮的整體性能可能會(huì )受到影響。
與現有污水處理廠(chǎng)的常規反硝化相比,CANDO工藝(圖3)中亞硝酸鹽異養反硝化為N2O所需的廢水COD中的有機碳可減少60%。節約的廢水COD可進(jìn)一步用于生產(chǎn)沼氣進(jìn)行能源回收,抵消污水處理廠(chǎng)部分能耗。總的來(lái)說(shuō),似乎有必要以更全面的方式仔細評估CANDO工藝的工程可行性和經(jīng)濟可行性。
在當前的技術(shù)階段,N2O生產(chǎn)的操作在過(guò)程復雜性和穩定性方面仍然具有挑戰性。城市污水和厭氧消化液產(chǎn)生的N2O的可回收能量與總能耗相比顯得微不足道。由于N2O的溶解度高,需要對N2O進(jìn)行捕集和進(jìn)一步純化,但工藝結構復雜,操作成本高。大量殘留溶解性N2O的排放對溫室效應產(chǎn)生了強烈的影響,對目前N2O生產(chǎn)和能源回收過(guò)程的長(cháng)期環(huán)境可持續性提出了挑戰。
另一方面,廢水厭氧處理過(guò)程中產(chǎn)生的沼氣可作為能源。然而,大量的CH4由于溶解在廢水中不能被回收,UASB等厭氧廢水處理工藝因液體上流速度低和混合不足而受到限制。AnMBR已經(jīng)成功作為處理城市污水的補充設施,其COD去除率高,出水能達到大部分回用的目的。有人建議使用微藻從AnMBR廢水中去除營(yíng)養物。此外,在歐盟LIFE項目MEMORY(life memory.eu)的背景下,介紹了浸沒(méi)式AnMBR(AD和膜技術(shù)的結合)。這種創(chuàng )新的試點(diǎn)實(shí)施為城市污水處理和資源回收提供了有前景的技術(shù)。
而在污泥資源回收方面,城市污水中含有大量纖維素(占懸浮固體總量的30%~50%),纖維素作為一種可通過(guò)篩選從廢水中回收的資源具有巨大的潛力。纖維素脫水污泥的好處是:化學(xué)藥劑消耗減少,曝氣電耗較低,磷酸鹽釋放較少,污泥排放量大幅度減少,污泥處理和管理成本也隨之降低。纖維素回收將為污水處理廠(chǎng)的下游生物工藝增加效益,并用于污水處理廠(chǎng)下游與PHA混合,以及最終生物復合物生產(chǎn)的加工。