污水處理中污染物的回收利用技術(shù)解析

時間：2017-03-27 10:36

來源：中宜環(huán)科環(huán)保產(chǎn)業(yè)研究

作者：張婧怡

這兩種技術(shù)目前仍在進行小規(guī)模調(diào)試。種種問題包括，無法從交換器中完全回收離子;交換器或膜被有機物阻塞;濃縮物被鹽污染;以及高昂的成本問題。例如，目前膜的價格是每平方米數(shù)百美元。并且磷和氮的電滲析提取(以90%的回收率)大約分別消耗0.23KWh/m3和0.14KWh/m3，大約是活性污泥法消耗能量的三分之二。使用MXC可通過發(fā)電部分抵消能量輸入，但微生物和生物分子將加重膜污染。

特別是從廢水中進行氮回收會產(chǎn)生全球影響。在實驗室中，相較于磷的提取，氮的提取所受的關(guān)注較少，因為大氣中的氮氣很容易還原合成氮肥。但是所涉及的過程——固氮Haber-Bosch工藝——是高耗能工藝：它甚至占到世界年能源使用量的百分之幾。只要取代現(xiàn)有5%的氮肥生產(chǎn)，就可以節(jié)省超過50太瓦時的能源，相當于節(jié)省中國每年1.5%的電力消耗。

污泥是來自廢水中微生物生長所產(chǎn)生的糞便、纖維和其他固體等生物質(zhì)，污泥是含有氮和磷的一種厭氧消化副產(chǎn)物。如果它們在厭氧處理過程中穩(wěn)定(以避免產(chǎn)生甲烷氣體或氣味)和解毒(無病原體或危險化學品)，則它們可以直接施用于土壤。美國將55%的經(jīng)過處理的污泥回用于土地，但是這種做法受到來自公眾和監(jiān)管壓力，因為污泥難以完全穩(wěn)定和解毒，還會有重金屬積累。

熱處理使污泥更容易使用，且更安全。它能殺死病原體，提高營養(yǎng)物存留并減少重金屬釋放。使用燃燒甲烷產(chǎn)生的熱量可進一步降低能耗，但是污泥的安全性仍需要在更大規(guī)模應用上進一步改進和評價。

污水廠的最終產(chǎn)品是水，水具有巨大的經(jīng)濟價值：全球飲用水的平均價格為每立方米2美元。不同的使用目的需要不同質(zhì)量的水——從最干凈的飲用水到用于冷卻或工業(yè)用途的較低質(zhì)量的水。所以，處理工藝也需要相應變化。在中國，只有15%的處理過的水得以回用，而高達98%的飲用水進入市政和工業(yè)用水領(lǐng)域，而其實這些領(lǐng)域并不需要如此高質(zhì)量的水。我們需要一個具有“適用性”的處理和回用水策略。

經(jīng)濟利益

據(jù)估計，為中國約50萬人口的城市提供服務的生活污水處理廠的日處理量為100,000立方米/天。我們計算，資源工廠每天可以產(chǎn)生約17,000KWh的電能，回收1噸磷和5噸氮，并回收1000立方米的飲用水。相比之下，相同規(guī)模的活性污泥設備(具有厭氧消化)將消耗50,000KWh的電能并且不回收磷或氮。因此，資源工廠每天可以節(jié)省67,000KWh(這是沒有考慮化肥生產(chǎn)節(jié)省的能源)，這相當于城市每日用電量的1.5%。

我們估計，這種資源工廠每年可以產(chǎn)生180萬美元的利潤(不包括建筑成本)，而活性污泥處理廠每年的成本為460萬美元。這意味著即使只將1%的回用水處理為飲用水進行出售，相對于完全沒有飲用水出售的情況，利潤就能提高十倍。

農(nóng)業(yè)、食品和石油化工行業(yè)的工業(yè)廢水的經(jīng)濟效益可能更高。例如，AnMBR工藝可以從石化廢水中去除高達98%的有機質(zhì)(約18千克/立方米)，比處理生活廢水產(chǎn)生的甲烷多100倍。畜牧廢水富含有機分子和磷，成為能源和肥料的重要潛在來源。

政府的支持對于發(fā)展廢水資源工廠和促進可持續(xù)水資源市場至關(guān)重要。在接下來的十年中，從化石燃料能源和當前加工方法中提取廢水資源的成本仍將昂貴。為什么?因為環(huán)境成本尚未納入定價，新興污水回用技術(shù)尚未從規(guī)模經(jīng)濟中實現(xiàn)明顯獲益。優(yōu)先權(quán)究竟落在誰手，將隨著能源、資源和全球變暖壓力的加劇而易主。

下一步應該如何做?各國政府必須建立包括廢物處置和溫室氣體排放成本的監(jiān)管框架。他們必須投資于商業(yè)前期或早期采用技術(shù)的規(guī)模示范;對回收產(chǎn)品的銷售進行補貼;并提高利用再循環(huán)資源概念可產(chǎn)生的利益。

政府和企業(yè)應提供有針對性的研究資金以及土地和基礎服務設施。為確保產(chǎn)品的適用性，技術(shù)開發(fā)必須廣泛吸納來自監(jiān)管機構(gòu)、污水處理設施的管理運營人員、工程師、研究人員和公眾的意見。

國家政策制定要適合當?shù)丨h(huán)境、經(jīng)濟和社會條件。工業(yè)化國家在取代老化處理設施時應當整合新興工藝。中國和印度等新興經(jīng)濟體應該在擴大其水處理能力時應在全球經(jīng)濟體內(nèi)開展合作。

編輯：趙凡

贊