大幕徐徐掀起的污水资源回收-undefined

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回顾一百年的污水处理发展，我们大致可以对污水处理划分为三个时代，卫生文明、环境保护与资源回收。卫生文明所追求的是BOD、SS、COD等常规指标的去除，这一时代从世界范围来说是从1910-1970s。上世纪70年代之后世界各地富营养化问题的出现迎来了环境保护时代，从那时起脱氮除磷成为污水处理技术发展的主旋律。当经过了21世纪的第一个十年之后，再回首污水处理技术发源地——欧洲，我们注意到污水资源回收的序幕已在一些角落悄然掀起。当然，上述三个时代的步伐在世界各地并不完全同步，例如印度仍然没有解决基本的卫生文明，中国的环境保护则是当今社会发展的一个迫切问题。

污水中蕴含着客观的资源已成为共识，我们可以从污水中回收生产出磷肥、燃料以及各种化学品。听起来不错，但问题的关键是如何经济有效地从污水中回收这些资源，毕竟污水中99%的成分是水。而且污水中含有的病原菌、重金属以及一些有毒有害物质会增加回收的难度。另外一个关键问题是社会的适应心理，人们是否愿意接受这种从污水中回收的资源？

这些都是污水资源回收面临的挑战。但是我们要看到巨大的机遇，世界每年产生的生活污水有3000亿吨，在发达国家也只有70%的污水处理率，发展中国家的处理水平参差不齐。提起资源回收，人们想到最多的也许就是磷回收，从一些相关机构的预测来看，磷的产量在几十年之后将大幅度下降，这在欧洲一些缺磷的国家的确是个问题。

目前，世界上已经有70多个污水处理厂采用了磷回收技术，遍及欧洲、美洲、亚洲。荷兰便是其中一个，荷兰的人口还不及北京多，但在污水资源回收方面走在世界前列。2014年，阿姆斯特丹的一座污水处理厂实施了磷回收。紧接着在2016年Amersfoort污水厂也做了磷回收，Amersfoort污水厂的服务人口当量是32万，2014年概念厂考察团对该厂进行了考察，Amersfoort采用的是加拿大Ostara公司的技术，一年可以生产900吨磷酸铵镁。

Amersfoort污水厂

按照当局的说法，在磷回收之后Amersfoort污水厂的污泥体积减少了一半，虽然令人兴奋，但是荷兰人仍然对从污水中回收的产品持谨慎态度。按照荷兰的法律，从污水中回收的产品（包括磷酸铵镁）仍然被界定为是一种废物。荷兰的监管机构主要担心病原体以及诸如药物代谢产物等污染物，可能还需要若干年政府才能认可回收的产品与传统产品具有同等的地位。

在磷回收的道路上，日本走了一条完全不同路子，日本的所有磷回收项目都是从污泥焚烧的灰分中回收。这一技术路线在欧洲也正在上演，瑞士的绝大部分污水厂都采用化学除磷，去年就已经在酝酿有关磷回收的法律，要求实现80%的回收率，从焚烧灰分中回收磷也是瑞士的路线。中国的磷回收发展会走什么样的技术路线，可能还需要很长时间的实践。

污水处理磷回收项目分布（2017）

不仅是磷回收正在欧美上演，其他资源回收也一步步展开。其中纤维素回收在荷兰已经开始，MarkvanLoosdrecht在2013年的一篇WaterResearch文章对此进行了报道，纤维素可以很容易地在预处理阶段用细筛得到回收，之所以要回收纤维素是因为荷兰污水中的卫生纸含量较高，回收的纤维素在去除水分之后可以用作生物燃料或其他产品，比如作为透水沥青铺在自行车道上。荷兰Geestmerambacht污水处理厂率先应用这一技术，一年可以回收400公斤纤维素。英国BBC广播公司还对此进行报道，污水在回收纤维素之后其处理能耗也会降低15-20%，可谓一举两得。

Geestmerambacht污水处理厂回收纤维素

有些回收的资源看起来很高端，现在欧盟资助的一项研究项目是从污水中回收类似海藻酸盐的胞外聚合物，这种聚合物是由多糖组成的高分子聚合物，从海藻中提取的成本非常昂贵，主要用于食品行业、印染增稠。一般来说污水中的微生物多少都会分泌一定的胞外多糖，通过工艺调控可以提高其效果，在污泥中投加金属后会形成不溶的藻酸盐凝胶，这种工艺与从海藻中提取藻酸盐类似。今年10月份，荷兰开始在Zutphen这个地方兴建这样的一座污水厂，计划要在2019年初完成并实现达到年产400吨的规模，合作伙伴预计从100公斤的污泥中可以回收20公斤的这样的胞外聚合物。据称这项技术可以减少污泥的体积达到30%，这样污水厂可以一方面卖产品，另一方面又可以减少污泥处理的成本。

Zutphen污水处理厂得到了欧盟委员会和荷兰政府的1300万美元资助，投资回报期预计在10年左右。当局还希望在Epe污水厂应用此技术，Epe污水厂是好氧颗粒污泥在市政污水处理应用的首例。如果从污水中提取藻酸盐胞外聚合物的生产成本大幅度降低，也许会成为印染增稠剂的一个重要供应。

其实回收这类多聚物资源并不容易，去年威立雅放弃了从污水从回收PHA（聚羟基脂肪酸酯）的努力，关闭了在比利时的中试厂。PHA是一种生物可降解聚合物，是一种用于制造一次性餐具的生物塑料。大家都知道在生物除磷工艺中，聚磷菌在厌氧环境下吸收水中VFA在胞内形成PHA。中国也有一些大学在研究PHA的回收，这样的文章也不少。尽管威立雅退出了这一领域的研究，但其他研究者对此依然兴趣盎然。实际上从废物中回收PHA早在70年代的石油危机就已经开始了，现在又重新回到了污水资源回收的舞台。荷兰的Bath污水处理厂成为了世界上首个回收PHA的污水处理厂，虽然现在产量比较低，但荷兰人是想继续扩大产出规模，争取达到年产2000吨。Mars污水处理厂也有一个中试项目回收PHA。

Bath污水处理厂

从污水中回收PHA的最大障碍是从非常稀的水中分离固体的成本。很多科学家希望能够绕过这个问题，美国克雷姆森大学的布纳就是其中的一位，他开发了一种将宇航员尿液制成PHA的技术，布纳的方法是用一种酵母菌分解尿液，将藻类与一些浮游植物的基因片段植入到酵母菌中，并加入宇航员呼吸出的二氧化碳产生PHA，然后宇航员可以将PHA用3D打印技术成所需的东西。尽管这种方法对于污水处理行业来说看起来还很遥远，也许会对PHA回收有所启发。

大幕已经拉开，精彩也许还在后面。100年前，Ardern和Lockett发明活性污泥法时得到了杂货商的支持，他们很希望能够回收污水中的氮，因为当时氮肥很缺乏。那个年代，研究污水处理的人是化学工程师。如今，随着污水资源回收时代的到来，化学家似乎又重新回到了污水处理的舞台，这一次他们可能与微生物学家携手合作

原标题：大幕徐徐掀起的污水资源回收

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