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5.2 可持续污水处理技术基础
市政污水处理以COD、N、P为三大去除目标。按图4所示思路,COD不应直接被氧化至CO2,而应该是在满足脱氮除磷碳源需要前提下将多余的COD尽可能转化为能源(如,CH4)使用。这样,传统污水处理以去除COD为主要目的的碳氧化便被弱化、甚至被阻止。为此,凡是在脱氮除磷过程中能够节省、甚至不消耗COD的技术便受到青睐。对此,反硝化除磷、厌氧氨氧化(ANAMMOX)技术自被认知以来,很快便应用于工程,如,世纪之交首先在荷兰应用的BCSF与CANON工艺[7]。
如图5所示,反硝化除磷细菌(DPB)将脱氮与除磷合二为一,理论上可至少节省50%的COD和30%的供氧量。COD节省不仅意味着污泥量大幅度减少(50%),而且也暗示着进水中多余COD可通过筛分(固态)或转化污泥(溶解态)被直接用于厌氧消化转化能源(CH4)。无论是曝气量减少,还是多余COD转化能源均意味对外源能耗依赖减少,导致CO2排量降低。
图5 反硝化除磷细菌(DPB)脱氮除磷作用原理图解
NAMMOX实际上是一种自养脱氮过程,在不需要O2和COD的情况下,NH4+以NO2-作为电子接受体直接被氧化至N2,所以,它在可持续性上的意义非同小可。
图6 ANAMMOX反应示意图
传统污水处理工艺一般以平面占地型反应器为主,需要占据大量土地,这对未曾规划或需要升级污水处理的城市来说显得捉襟见肘。因此,反应器向空间方向发展,或研发凑型工艺亦成为可持续污水处理的一个重要发展方向。在此方面,同样率先在荷兰应用的好氧颗粒污泥工艺(NEREDA)优势明显[12]。与传统活性污泥相比,好氧颗粒污泥工艺可节省占地70%、能量40%、投资25%,它已被国际污水处理大师Mark van Loosdrecht教授喻为将取代传统活性污泥法的新生代污水生物处理技术。
6. 未来污水处理技术核心
发展以资源、能源回收为主的可持续污水处理是目前乃至今后很长时间内技术研发的核心。虽然从理论上看污水中可能含有万种潜在物质/元素,但是,最为急迫和现实的当属磷回收。在能源回收方面,除有机能源外,污水温度所含热量亦不可小觑,它甚至可以产生比COD还多的能量,至少可以作为有机能源赤字的补充,使污水处理达到能量自己自足的“碳中和”状态[2]。
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