技术解析|污水处理中污染物的回收利用-第2页-undefined

投稿

我要投稿

但是目前的MXC在工程化应用上表现不佳。扩大或堆叠多个单元增加了它们的电阻并降低了可以回收能量的效率。据报道，英国Howdon的一个120升微生物电解池盒，其回收的电能输入不到氢气的一半;另一个安装在中国哈尔滨的250升微生物燃料电池单元，只能将有机物质中7%的能量转化为电能。

营养物的回收

氮和磷的情况怎样呢?厌氧处理工艺将氮和磷转换为铵离子和磷酸根离子排放到出水中，出水可用于灌溉附近的田地。但更有价值的氮和磷是可以储存和运输的形式。一种选择是鸟粪石，鸟粪石是一种通过添加镁和石灰沉淀的缓释肥料。污泥或家畜废水中发现的磷酸盐和铵的浓度一般较高(数百毫克每升)，但是生活废水中的浓度较低。

两种新兴技术——离子交换和电渗析——可以捕获、浓缩磷和氮，足以从出水中回收作为鸟粪石。在离子交换中，磷酸根离子与阴离子(例如碳酸盐)交换，或铵离子与阳离子(例如钠离子)交换，最后被诸如铁基氢氧化物、沸石和聚合物的材料吸附。在电渗析中，电场和膜基于电荷和尺寸的差异将磷和氮离子与其他离子分离。

这两种技术目前仍在进行小规模调试。种种问题包括，无法从交换器中完全回收离子;交换器或膜被有机物阻塞;浓缩物被盐污染;以及高昂的成本问题。例如，目前膜的价格是每平方米数百美元。并且磷和氮的电渗析提取(以90%的回收率)大约分别消耗0.23KWh/m3和0.14KWh/m3，大约是活性污泥法消耗能量的三分之二。使用MXC可通过发电部分抵消能量输入，但微生物和生物分子将加重膜污染。

特别是从废水中进行氮回收会产生全球影响。在实验室中，相较于磷的提取，氮的提取所受的关注较少，因为大气中的氮气很容易还原合成氮肥。但是所涉及的过程——固氮Haber-Bosch工艺——是高耗能工艺：它甚至占到世界年能源使用量的百分之几。只要取代现有5%的氮肥生产，就可以节省超过50太瓦时的能源，相当于节省中国每年1.5%的电力消耗。

污泥是来自废水中微生物生长所产生的粪便、纤维和其他固体等生物质，污泥是含有氮和磷的一种厌氧消化副产物。如果它们在厌氧处理过程中稳定(以避免产生甲烷气体或气味)和解毒(无病原体或危险化学品)，则它们可以直接施用于土壤。美国将55%的经过处理的污泥回用于土地，但是这种做法受到来自公众和监管压力，因为污泥难以完全稳定和解毒，还会有重金属积累。

热处理使污泥更容易使用，且更安全。它能杀死病原体，提高营养物存留并减少重金属释放。使用燃烧甲烷产生的热量可进一步降低能耗，但是污泥的安全性仍需要在更大规模应用上进一步改进和评价。

污水厂的最终产品是水，水具有巨大的经济价值：全球饮用水的平均价格为每立方米2美元。不同的使用目的需要不同质量的水——从最干净的饮用水到用于冷却或工业用途的较低质量的水。所以，处理工艺也需要相应变化。在中国，只有15%的处理过的水得以回用，而高达98%的饮用水进入市政和工业用水领域，而其实这些领域并不需要如此高质量的水。我们需要一个具有“适用性”的处理和回用水策略。

经济利益

据估计，为中国约50万人口的城市提供服务的生活污水处理厂的日处理量为100,000立方米/天。我们计算，资源工厂每天可以产生约17,000KWh的电能，回收1吨磷和5吨氮，并回收1000立方米的饮用水。相比之下，相同规模的活性污泥设备(具有厌氧消化)将消耗50,000KWh的电能并且不回收磷或氮。因此，资源工厂每天可以节省67,000KWh(这是没有考虑化肥生产节省的能源)，这相当于城市每日用电量的1.5%。

我们估计，这种资源工厂每年可以产生180万美元的利润(不包括建筑成本)，而活性污泥处理厂每年的成本为460万美元。这意味着即使只将1%的回用水处理为饮用水进行出售，相对于完全没有饮用水出售的情况，利润就能提高十倍。

农业、食品和石油化工行业的工业废水的经济效益可能更高。例如，AnMBR工艺可以从石化废水中去除高达98%的有机质(约18千克/立方米)，比处理生活废水产生的甲烷多100倍。畜牧废水富含有机分子和磷，成为能源和肥料的重要潜在来源。

政府的支持对于发展废水资源工厂和促进可持续水资源市场至关重要。在接下来的十年中，从化石燃料能源和当前加工方法中提取废水资源的成本仍将昂贵。为什么?因为环境成本尚未纳入定价，新兴污水回用技术尚未从规模经济中实现明显获益。优先权究竟落在谁手，将随着能源、资源和全球变暖压力的加剧而易主。

下一步应该如何做?各国政府必须建立包括废物处置和温室气体排放成本的监管框架。他们必须投资于商业前期或早期采用技术的规模示范;对回收产品的销售进行补贴;并提高利用再循环资源概念可产生的利益。

政府和企业应提供有针对性的研究资金以及土地和基础服务设施。为确保产品的适用性，技术开发必须广泛吸纳来自监管机构、污水处理设施的管理运营人员、工程师、研究人员和公众的意见。

国家政策制定要适合当地环境、经济和社会条件。工业化国家在取代老化处理设施时应当整合新兴工艺。中国和印度等新兴经济体应该在扩大其水处理能力时应在全球经济体内开展合作。

此文根据俞汉青老师2015年12月3日发表在《nature》(VOL528，page29~31)上的文章“Chemistry:Reuse water pollutants”翻译。

投稿与新闻线索：电话：0335-3030550，邮箱：huanbaowang#bjxmail.com（请将#改成@）

订阅北极星周刊，精彩内容不再错过！

特别声明：北极星转载其他网站内容，出于传递更多信息而非盈利之目的，同时并不代表赞成其观点或证实其描述，内容仅供参考。版权归原作者所有，若有侵权，请联系我们删除。

凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创，转载需获授权。

阅读下一篇

造纸及包装印刷业告别低环保成本时代

污水处理查看更多>污水处理厂查看更多>生活污水处理查看更多>

姓名：
性别：
出生日期：
邮箱：
所在地区：
行业类别：
工作经验：
学历：
公司名称：
任职岗位：

技术解析|污水处理中污染物的回收利用

造纸及包装印刷业告别低环保成本时代

登录注册

绑定账号

想要获取更精准资讯推荐？建议您完善以下信息~

订阅成功

想要获取更精准资讯推荐？建议您
完善以下信息~