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        資源回收:實現可持續水與污水處理的有效途徑

        更新時間:2021-10-08 15:30 來源:水業碳中和資訊 作者: 郭小媛 郝曉地等 閱讀:357 網友評論0

        目前可持續性正在成為人們關注的一個主要問題,以更加綜合和創新方式解決水問題就顯得十分重要。因此,研發更加可持續性工藝至關重要。在可持續過程中追求的是回收所有有用資源,例如,化學品、營養物質、能源和水本身。在這方面,污水可以被視為資源與能源的載體?;厥震B分和有機(COD)能量后,出水作為副產品可以用作再生水利用;這與傳統工藝完全不同,它們一般不考慮資源與能源回收,而是僅將出水作為主產品(中水)加以利用。事實上,有機能源回收可以顯著減少剩余污泥產量和CO2排放量,而回收磷酸鹽則可以緩解對磷礦的消耗。此外,利用或回收飲用水中殘留物、收集雨水,甚至利用污水和微藻生產生物燃料都可以促進水資源利用的可持續性。

        01 對EPS在EBPR過程中最大化P回收之作用新見解

        將化學與生物處理方法相結合,從污水中回收磷會更為有效,因為在適當COD/P比下,化學沉淀通常具有明顯的宏觀去除作用,而生物吸收具有卓越的微量效應。這樣,EBPR過程中厭氧上清液側流是沉淀/回收磷酸鹽的理想之處(通常會有20~60 mg P/L高磷酸鹽濃度)。磷酸鹽回收后,回收后的上清液可以返回到后續生物(缺氧和好氧)單元,其COD/P比則被相對增加。因此,可以很容易實施磷回收和維持低磷出水需要。換句話說,在厭氧上清液中高濃度磷酸鹽是最有效的磷回收與強化生物除磷方式。

        最近研究表明,PAOs表面EPS中含有相當多P積累。這意味著在EBPR過程中,EPS預去除/恢復中的作用不可忽視。Li等人綜述了EPS中P積累的特點及其影響因素,重點研究了P在EPS中的轉化和轉化機制,并考慮了PAOs代謝和P沉淀過程。有效而可靠地識別了EBPR過程設計和管理之間的知識差距。這一綜述擴展了我們對EBPR工藝的認識,并有望為開發更加有效、穩定和持續的除磷/回收工藝提供指導。

        02 有機能源轉換和碳捕獲

        污水中有機能量轉化通常依賴于對過量污泥/高濃度有機廢水的厭氧消化。最近采用一種新開發的技術,即,MFCs,直接從污水有機物(COD)中產電。

        AnMBRs被認為是未來污水處理廠實現能源中和的一種潛在方式。由于陶瓷膜具有耐腐蝕性的特點,將陶瓷膜耦合至AnMBRs也被認為具有較大的潛力。一項研究(Yue等人)表明,孔徑為80、200和 300 nm不同陶瓷膜表現出平均87%整體COD去除效率,顯示CH4產率約為0.3 L/g COD。然而,產生的CH4約有2/3溶解在液相中并損失在滲透液中。為了盡量減少能量浪費,必須回收溶解性CH4。

        另一項使用MFCs裝置的研究(Gajda等人)不僅證明了發電潛力(309 μW),也揭示了利用回收水從環境中捕獲CO2,并在陰極電極中形成腐蝕性陰極電解質的可能性。腐蝕性陰極液礦化為碳酸鹽和重碳酸鹽的混合物,從而證明了碳捕獲機制作為MFCs性能的積極結果。碳捕獲對于建立碳減排經濟和環境可持續的污水處理過程十分重要。

        03 雨水收集與LID應用

        近年來,在一些水資源短缺的地區,以非飲用用途收集雨水已經得到了重視。然而,快速的城市化往往導致不透水地區和含有污染物地表徑流增加。此外,污染物排放的最大問題之一是暴雨中的初期雨水效應(FFE)。因此,低影響開發(LID)實踐已被開發為控制城市雨水徑流和城市生態系統污染潛在策略。

        一項研究(An等人)評估了香港屋頂花園,該花園為降溫而設有雨水收集設施。在冷卻效果方面,使用ENVI-met模型評估屋頂雨水收集花園實施。結果表明,由于雨水花園中的雨水層,溫度下降了1.3 ℃。本研究為高度城市化城市雨水收集在可持續水資源管理實踐中適用性提供了有價值的見解。

        另一項研究(Baek等人)表明,測試LID特性并提出用于優化LID管理的適當指南需要大量實驗和建模工作。該研究提出了一種新方法,通過在韓國商業場所進行密集雨水監測和數值建模來優化不同類型LID規模。該方法優化了LID規模,試圖緩和受納水體的FFE。6種不同LID最佳規模范圍為1.2 mm至3.0 mm的徑流深度,提出的新方法對建立LID策略以減輕FFE具有指導意義。

        04 培養微藻、強化產氧能力

        池塘展示了一種處理污水的簡單方法,它有一個自然運作的藻類—細菌共生系統。由于某些微藻含有一定的油脂,所以,微藻培養受到重視。藻類生物燃料生產被認為有助于穩定大氣中CO2濃度減,有助于緩解全球變暖現象。此外,藻類燃料最吸引人的特點之一就是藻類生物柴油無毒、不含硫、可生物降解性強,萬一泄漏也對環境相對無害。藻類每英畝產油能力是玉米和大豆作物的30多倍。然而,由于與生產、收獲和油量提取相關的高成本,藻類生物燃料生產尚未商業化。因此,該技術仍在不斷發展,特別是與污水處理結合。

        一項研究(Tu等人)試圖利用藻類和細菌生理功能的生物協同作用,利用城市污水進行微藻培養,提出并試驗了一種利用靜態磁場促進藻類生長和產氧的新方法。外加磁場產氧性能通過斜生柵藻(Scenedesmus obliquus)在城市污水中生長進行評估。結果表明,磁場處理既能促進藻類生長,又能促進氧氣產生。在對數生長期施加1000 GS磁場0.5 hr后,在生長期6 d后,葉綠素a含量比對照組增加了11.5%。此外,磁化使產氧率比控制組提高了24.6%。

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