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BEST论坛第六期精彩回顾 | 中国城市污水管理进展
发布人:邢德峰  发布时间:2022-08-10   浏览次数:98

2022731日晚,由欧洲杯投注官方网站组织、多家单位联合协办的全球环境科学高峰论坛(GloBal Environmental Science SummiT, BEST)如期举行第六期讲座。应欧洲杯投注官方网站邀请,美国工程院院士、中国工程院外籍院士、密歇根大学Glen Daigger教授作了题为《中国城市污水管理进展》的学术报告,来自环境领域的专家、学者、研究生及工程技术人员等四千余人通过ZOOM网络研讨会、环境人微信公众号、BEST论坛官方B站以及寇享学术等直播平台参加了此次讲座。

BEST第六期主持团队包括BEST论坛的主席、欧洲杯投注官方网站院长冯玉杰教授,欧洲杯投注官方网站副院长邢德峰教授同济大学环境科学与工程学院副院长王颖教授、欧洲杯投注官方网站梁丹丹博士报告正式开始前,冯玉杰教授进行了开场致辞,介绍了本期讲座嘉宾,表达了主办方对主讲嘉宾的诚挚感谢,也表达了对来自全球观众的热诚欢迎。

 

【精彩报告回顾】

Glen Daigger院士以《中国城市污水管理进展》为题,指出水行业正处于最重要的转折点之一,正在从追求经济有效的污水处理向强调资源能源化回收而转变。同时,Glen教授指明水行业管理中现存的问题,如污水管网收集不足等,强调了管网建设及维护的重要性。Glen教授对中国的海绵城市建设给予了高度的评价。结合实际案例,说明了MABR在污水处理中表现出的独特优势,结合西安第四污水处理厂,探讨了厌氧氨氧化技术在主流污水处理中的应用。报告综合、全面地分析了城市污水管理现状,激发了观众的广泛兴趣,引发了热烈的探讨。

 

水行业正在面临重大转折

Glen教授以中国城市污水管理进展为题展开讨论。他指出,现阶段我们正处于水行业历史上最重要的转折点之一,从追求经济有效污水处理向循环经济资源回收而转变。

Glen教授详细列举了水行业正在面临的九大转折。污水管理与经济效益之间的关系,从追求经济有效的污水处理向融合循环经济变化;从功能主体满足行业标准向资源回收转变;从优化基础设施成本向污水利用、能量、材料以及劳动力等的综合优化变化;从远距离供水向就地取水变化;从单一系统向综合的多目标系统转变;从集中式的污水处理向多元的集中以及分散式污水处理系统转变;从基于数量的融资向基于服务的融资而转变;从单一目标体系向综合的多目标水循环目标体系变化;从改善已规划城市向融入城市规划而变化。

 

水行业待解决问题

Glen教授提出了三个现污水管理行业待解决的问题,其一是改变水管理模式以防止旱涝灾害的发生;其二是需加强污水资源能源化力度;其三是需扩大水卫生设施辐射范围。其中,改变水管理模式,是指水管理设施能够应对贫瘠的水供给,也能够实现雨洪管理,这里也特别强调了中国的海绵城市新范式,改变传统水管理模式,综合利用多种天然基础设施,创造多重效益,具有十分重要的意义。在水资源能源化方面,Glen教授强调,污水处理过程要考虑资源回收,例如源头分离、氮磷回收等。

 

那么应该如何实现上述目标呢?我们需要将各策略组合集成到一个系统中,从而获得内在最优协同效果。Glen教授并对此进行了举例说明,在该系统中包含雨水收集系统、污水回收回用系统、热电系统、建筑内循环系统、雨洪管理系统、工业水供给系统、盐水处理系统等多个融合集成系统。

Glen教授随后提出未来水资源回收回用所需满足的几条标准:再生水满足受纳水体水质标准;并实现针对特定目标的回用标准;回收多种物质,包括能量、营养物质、有机质等;能够被适应性地集成到整体系统中。

对于现有遗留系统而言,也需适应性地做出调整。通过实施这一系列策略,可提高公共卫生水平,减少摄取环境中净水,显著减少环境污染物排放,减少能源的消耗,有利于现有系统升级改造,提升系统弹性,并改善城市环境。Glen教授还强调了所有人类应享有平等的水权,以非洲地区为例,仍有很多人面临着水资源匮乏、饮水无法保障的问题。

 

 

重视污水收集基础设施

Glen教授指出,污水收集系统的基础设施现状应引起重视,由于污水收集系统的不足,可能引起污染物的外溢。中国也正在进行相关的改善,中国的污水具有独特的低C/N比特征,污水中含有大量的沙土等无机物质。现有的中国的污水处理中,有较大一部分有机质溢出系统而并未发挥其应有的作用。那么,较差的污水收集系统会导致哪些后果?Glen教授进一步做出了解答,大约仅45%的有机质到达污水处理系统;降低污水进水强度;进水C/N比以及C/P比被降低;沙砾负荷提高,占据工艺储蓄罐容量,增大设备磨损率。

 

MABR在污水处理中的优势

Glen教授介绍了MABR技术在污水处理中表现出的多重优势。在MABR系统中,气体扩散膜浸没于污水中,生物膜生长于膜表面,空气或氧气从膜内部向水体扩散。气体扩散膜将气相、水相分隔开,主要功能是扩散气体,而非进行固液分离;由于不需要化学清洗,因此该膜的使用寿命更长。生物膜生长于膜的外表面,与待处理水体紧密接触;氧气等可通过该气体扩散膜扩散进生物膜,有机底物等在液相中被传输至生物膜,进一步地,在生物膜上发生生物化学反应。MABR系统有如下的几个优点:生物膜内部的DO最高,底物浓度最低,因此有利于硝化反应的进行;生物膜外部DO最低,底物浓度最高,有利于反硝化反应的进行,经过生物反应后,有机质被矿化为CO2,氮转变成N2从而逸散出体系。 Glen教授还强调MABR系统与MBBR系统的差异,在MABR中,气体(电子受体)与底物(电子供体)的扩散方向是相反的,而在MBBR中,电子供体与电子受体的扩散方向是相同的,意味着气体需首先被传递至液体中进而进一步传递至生物膜,这无疑增加了能量的耗散。MABR得益于电子供体与受体的双向扩散过程,使得反硝化程度被尽可能地提高,且氧气传输效能更高,可节省能耗3-4倍。随后,Glen教授介绍了MABR在水厂进行实际应用的案例,重点介绍了MABR在湖北孝感污水处理厂中的应用,最终出水COD仅为16 mg/L,氨氮为0.206 mg/L,总氮浓度为2.18 mg/L,取得了优异的处理效果。

 

 

Glen教授介绍了两种MABR的应用模式,并重点阐述了混合式MABR集成于活性污泥法工艺中所产生的有益效果。混合式MABR系统可进一步提高对碳的捕获率,进一步减少能耗,进一步减小反应器体积,进一步降低出水TN浓度。

 

 

西安第四污水处理厂Anammox

Glen教授还介绍了传统污水处理厂中所发现的厌氧氨氧化过程。他指出,要实现短程脱氮及厌氧氨氧化脱氮过程,并削减氧气用量,碳源分离是必须的。因为当进水中含有有机物时,那么反硝化过程就会依赖于异养反硝化,此时耗氧量无疑会有所增加。而主流厌氧氨氧化理论上改变了碳足迹同时改善了能量的利用。在传统污水处理中,进水中需含有足量的有机碳源以实现生物脱氮;磷的去除依赖于生物与化学过程;未被利用的碳源进入厌氧消化池以期望实现能量中和。在未来的污水处理中,生物脱氮过程减少了对碳源的依赖,因此进水碳源可尽可能多地被捕集;提高碳捕集率可以减少曝气能耗,同时增加沼气的产量。

Glen教授以西安第四污水处理厂为例,MBBR耦合A2O工艺,MBBR载体投入到厌氧及缺氧池中,在MBBR载体上发现有厌氧氨氧化菌的存在。该过程贡献了处理厂15%的总氮去除,指出厌氧氨氧化工艺的受限因素为亚硝酸盐的可控生成。

 

结束语

最后,Glen Daigger院士再次强调了中国在全球污水管理中所做出的贡献,充分肯定了现阶段我国在污水管理中所做出的努力。

 


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