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实现可持续水与污水处理的有效途径

发布时间:2021-10-10 21:48人气:

实现可持续水与污水处理的有效途径

目前可持续性正在成为人们关注的一个主要问题,以更加综合和创新方式解决水问题就显得十分重要。因此,研发更加可持续性工艺至关重要。

 

在可持续过程中追求的是回收所有有用资源,例如,化学品、营养物质、能源和水本身。在这方面,污水可以被视为资源与能源的载体。回收养分和有机(COD)能量后,出水作为副产品可以用作再生水利用;这与传统工艺完全不同,它们一般不考虑资源与能源回收,而是仅将出水作为主产品(中水)加以利用。

 

事实上,有机能源回收可以显著减少剩余污泥产量和CO2排放量,而回收磷酸盐则可以缓解对磷矿的消耗。此外,利用或回收饮用水中残留物、收集雨水,甚至利用污水和微藻生产生物燃料都可以促进水资源利用的可持续性。

 

 

01

对EPS在EBPR过程中最大化P回收之作用新见解

 

将化学与生物处理方法相结合,从污水中回收磷会更为有效,因为在适当COD/P比下,化学沉淀通常具有明显的宏观去除作用,而生物吸收具有卓越的微量效应。这样,EBPR过程中厌氧上清液侧流是沉淀/回收磷酸盐的理想之处(通常会有20~60 mg P/L高磷酸盐浓度)。

 

磷酸盐回收后,回收后的上清液可以返回到后续生物(缺氧和好氧)单元,其COD/P比则被相对增加。因此,可以很容易实施磷回收和维持低磷出水需要。换句话说,在厌氧上清液中高浓度磷酸盐是最有效的磷回收与强化生物除磷方式。

 

最近研究表明,PAOs表面EPS中含有相当多P积累。这意味着在EBPR过程中,EPS预去除/恢复中的作用不可忽视。

 

Li等人综述了EPS中P积累的特点及其影响因素,重点研究了P在EPS中的转化和转化机制,并考虑了PAOs代谢和P沉淀过程。有效而可靠地识别了EBPR过程设计和管理之间的知识差距。这一综述扩展了我们对EBPR工艺的认识,并有望为开发更加有效、稳定和持续的除磷/回收工艺提供指导。

 

 

 

 

02

有机能源转换和碳捕获

 

污水中有机能量转化通常依赖于对过量污泥/高浓度有机废水的厌氧消化。最近采用一种新开发的技术,即,MFCs,直接从污水有机物(COD)中产电。

 

AnMBRs被认为是未来污水处理厂实现能源中和的一种潜在方式。由于陶瓷膜具有耐腐蚀性的特点,将陶瓷膜耦合至AnMBRs也被认为具有较大的潜力。

 

一项研究(Yue等人)表明,孔径为80、200和 300 nm不同陶瓷膜表现出平均87%整体COD去除效率,显示CH4产率约为0.3 L/g COD。然而,产生的CH4约有2/3溶解在液相中并损失在渗透液中。为了尽量减少能量浪费,必须回收溶解性CH4

 

另一项使用MFCs装置的研究(Gajda等人)不仅证明了发电潜力(309 µW),也揭示了利用回收水从环境中捕获CO2,并在阴极电极中形成腐蚀性阴极电解质的可能性。腐蚀性阴极液矿化为碳酸盐和重碳酸盐的混合物,从而证明了碳捕获机制作为MFCs性能的积极结果。碳捕获对于建立碳减排经济和环境可持续的污水处理过程十分重要。

 

 

 

 

03

雨水收集与LID应用

 

近年来,在一些水资源短缺的地区,以非饮用用途收集雨水已经得到了重视。然而,快速的城市化往往导致不透水地区和含有污染物地表径流增加。此外,污染物排放的最大问题之一是暴雨中的初期雨水效应(FFE)。因此,低影响开发(LID)实践已被开发为控制城市雨水径流和城市生态系统污染潜在策略。

 

一项研究(An等人)评估了香港屋顶花园,该花园为降温而设有雨水收集设施。在冷却效果方面,使用ENVI-met模型评估屋顶雨水收集花园实施。结果表明,由于雨水花园中的雨水层,温度下降了1.3 ℃。本研究为高度城市化城市雨水收集在可持续水资源管理实践中适用性提供了有价值的见解。

 

另一项研究(Baek等人)表明,测试LID特性并提出用于优化LID管理的适当指南需要大量实验和建模工作。该研究提出了一种新方法,通过在韩国商业场所进行密集雨水监测和数值建模来优化不同类型LID规模。该方法优化了LID规模,试图缓和受纳水体的FFE。6种不同LID最佳规模范围为1.2 mm至3.0 mm的径流深度,提出的新方法对建立LID策略以减轻FFE具有指导意义。

 

 

 

 

04

培养微藻、强化产氧能力

 

池塘展示了一种处理污水的简单方法,它有一个自然运作的藻类—细菌共生系统。由于某些微藻含有一定的油脂,所以,微藻培养受到重视。藻类生物燃料生产被认为有助于稳定大气中CO2浓度减,有助于缓解全球变暖现象。

 

此外,藻类燃料最吸引人的特点之一就是藻类生物柴油无毒、不含硫、可生物降解性强,万一泄漏也对环境相对无害。藻类每英亩产油能力是玉米和大豆作物的30多倍。然而,由于与生产、收获和油量提取相关的高成本,藻类生物燃料生产尚未商业化。因此,该技术仍在不断发展,特别是与污水处理结合。

 

一项研究(Tu等人)试图利用藻类和细菌生理功能的生物协同作用,利用城市污水进行微藻培养,提出并试验了一种利用静态磁场促进藻类生长和产氧的新方法。外加磁场产氧性能通过斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)在城市污水中生长进行评估。结果表明,磁场处理既能促进藻类生长,又能促进氧气产生。在对数生长期施加1000 GS磁场0.5 hr后,在生长期6 d后,叶绿素a含量比对照组增加了11.5%。此外,磁化使产氧率比控制组提高了24.6%。

 

原文信息:

Xiaodi Hao, Hiroaki FurumaiGuanghaoChen  (2015).Resourcerecovery: Efficient approaches to sustainable water and wastewater treatment.Water Research, Volume 86, Pages 83-84.

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