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研究团队对三种替代回用处理方案相互比较,也与GWRS系统基准参照案例进行比较,比较的内容包括总能量平衡、温室气体潜在值、出水水质、工艺稳定性。对比结果显示,这三种替代方案与传统的饮用水回用方案相比,方案1的能耗减少7%,方案2和3可减少29%,方案2和3在污水处理部分的能耗降至0.84kWh/m³。而总能量平衡计算显示主流厌氧处理、侧流的PN/A和CANDO脱氮工艺都提高了能效,范围在38-80%。但研究团队指出工艺的稳定性和N2O的排放值得关注,尤其是要处理成分复杂的污水的时候。所以基于这次研究的前提假设和计算结果显示,虽然方案3的总能量平衡最佳,低至0.22 kWh/m³了,但方案2最具可持续发展性,净能量平衡为0.32 kWh/m³。
三种方案和基准参照N2O排放和能耗对比(依据N2O 相当于0.40–0.92 kg CO2e/m³和能耗等值为0.54 kgCO2e/kWh)
研究团队强调,可靠和连续的优质出水是各种饮用水回用方案的最基本要求。所以他们也对三种替代方案的微生物污染物出水情况与美国加州的标准进行比较,结果显示所有替代方案都满足要求。
表2. 三种替代方案的对数去除率(TT) I, II 和 III与基准的对比 【注:根据Trussell等人的设计的处理步骤的对数去除效率(2017年)。TT-处理线; CAS-活性污泥法;AWT-深度处理;SRT-污泥保留时间;UF-超滤。1.假定CAS的SRT为7天,UV剂量为300mJ/cm2,Cl2为450mg-min/L,接触时间为90分钟,初始Cl2需求为0mg/L。2.假设紫外线剂量为300mJ/cm2,Cl2为450mg˙min / L,接触时间为90min,初始Cl2需求量为0.0 mg/L,另外还有用于UF处理的对数去除率。】
结论
研究团队在总结中表示,环境的可持续发展性是当代水和污水管理中最关键的挑战之一。未来的水和污水技术的目标不应仅仅是去除相关污染物,而且还应用高能效的方式从污水中回收有用资源。
结合厌氧处理(AnMBR)和CANDO为建立更高能效的PDR方案提供了机会,能大大降低温室气体排放量。然而,需要对这些替代处理方案仍需进一步的调研,包括详细的技术可行性研究。特别是上述所提议的物理处理工艺(微筛、超滤和反渗透)以及后续生物处理(BAF)和消毒工艺的可行性需要进行仔细研究,以克服各种实际的运行问题,对其长期运行表现作验证,确保最终饮用水的水质安全。
越来越多人已经意识到污水是一个持续回收资源的机会,而不再将其视作处置问题,这给这些新模式的实践创造了机会。
参考资料
A novel concept to integrate energy recovery into potable water reuse treatment schemes, Nils Horstmeyer, Max Weißbach, Konrad Koch and Jörg E. Drewes, Water Reuse and Desalination, 30 November 2017, DOI:10.2166/wrd.2017.051
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