目前可持續(xù)性正在成為人們關(guān)注的一個(gè)主要問題,以更加綜合和創(chuàng)新方式解決水問題就顯得十分重要。因此,研發(fā)更加可持續(xù)性工藝至關(guān)重要。在可持續(xù)過程中追求的是回收所有有用資源,例如,化學(xué)品、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、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(yǎng)分和有機(jī)(COD)能量后,出水作為副產(chǎn)品可以用作再生水利用;這與傳統(tǒng)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(chǎn)品(中水)加以利用。事實(shí)上,有機(jī)能源回收可以顯著減少剩余污泥產(chǎn)量和CO2排放量,而回收磷酸鹽則可以緩解對(duì)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(chǎn)生物燃料都可以促進(jìn)水資源利用的可持續(xù)性。
01 對(duì)EPS在EBPR過程中最大化P回收之作用新見解
將化學(xué)與生物處理方法相結(jié)合,從污水中回收磷會(huì)更為有效,因?yàn)樵谶m當(dāng)COD/P比下,化學(xué)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(yīng)。這樣,EBPR過程中厭氧上清液側(cè)流是沉淀/回收磷酸鹽的理想之處(通常會(huì)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(xù)生物(缺氧和好氧)單元,其COD/P比則被相對(duì)增加。因此,可以很容易實(shí)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(qiáng)化生物除磷方式。
最近研究表明,PAOs表面EPS中含有相當(dāng)多P積累。這意味著在EBPR過程中,EPS預(yù)去除/恢復(fù)中的作用不可忽視。Li等人綜述了EPS中P積累的特點(diǎn)及其影響因素,重點(diǎn)研究了P在EPS中的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)化機(jī)制,并考慮了PAOs代謝和P沉淀過程。有效而可靠地識(shí)別了EBPR過程設(shè)計(jì)和管理之間的知識(shí)差距。這一綜述擴(kuò)展了我們對(duì)EBPR工藝的認(rèn)識(shí),并有望為開發(fā)更加有效、穩(wěn)定和持續(xù)的除磷/回收工藝提供指導(dǎo)。
02 有機(jī)能源轉(zhuǎn)換和碳捕獲
污水中有機(jī)能量轉(zhuǎn)化通常依賴于對(duì)過量污泥/高濃度有機(jī)廢水的厭氧消化。最近采用一種新開發(fā)的技術(shù),即,MFCs,直接從污水有機(jī)物(COD)中產(chǎn)電。
AnMBRs被認(rèn)為是未來污水處理廠實(shí)現(xiàn)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(diǎn),將陶瓷膜耦合至AnMBRs也被認(rèn)為具有較大的潛力。一項(xiàng)研究(Yue等人)表明,孔徑為80、200和 300 nm不同陶瓷膜表現(xiàn)出平均87%整體COD去除效率,顯示CH4產(chǎn)率約為0.3 L/g COD。然而,產(chǎn)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(fèi),必須回收溶解性CH4。
另一項(xiàng)使用MFCs裝置的研究(Gajda等人)不僅證明了發(fā)電潛力(309 μW),也揭示了利用回收水從環(huán)境中捕獲CO2,并在陰極電極中形成腐蝕性陰極電解質(zhì)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(jī)制作為MFCs性能的積極結(jié)果。碳捕獲對(duì)于建立碳減排經(jīng)濟(jì)和環(huán)境可持續(xù)的污水處理過程十分重要。
03 雨水收集與LID應(yīng)用
近年來,在一些水資源短缺的地區(qū),以非飲用用途收集雨水已經(jīng)得到了重視。然而,快速的城市化往往導(dǎo)致不透水地區(qū)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(yīng)(FFE)。因此,低影響開發(fā)(LID)實(shí)踐已被開發(fā)為控制城市雨水徑流和城市生態(tài)系統(tǒng)污染潛在策略。
一項(xiàng)研究(An等人)評(píng)估了香港屋頂花園,該花園為降溫而設(shè)有雨水收集設(shè)施。在冷卻效果方面,使用ENVI-met模型評(píng)估屋頂雨水收集花園實(shí)施。結(jié)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(xù)水資源管理實(shí)踐中適用性提供了有價(jià)值的見解。
另一項(xiàng)研究(Baek等人)表明,測(cè)試LID特性并提出用于優(yōu)化LID管理的適當(dāng)指南需要大量實(shí)驗(yàn)和建模工作。該研究提出了一種新方法,通過在韓國(guó)商業(yè)場(chǎng)所進(jìn)行密集雨水監(jiān)測(cè)和數(shù)值建模來優(yōu)化不同類型LID規(guī)模。該方法優(yōu)化了LID規(guī)模,試圖緩和受納水體的FFE。6種不同LID最佳規(guī)模范圍為1.2 mm至3.0 mm的徑流深度,提出的新方法對(duì)建立LID策略以減輕FFE具有指導(dǎo)意義。
04 培養(yǎng)微藻、強(qiáng)化產(chǎn)氧能力
池塘展示了一種處理污水的簡(jiǎn)單方法,它有一個(gè)自然運(yùn)作的藻類—細(xì)菌共生系統(tǒng)。由于某些微藻含有一定的油脂,所以,微藻培養(yǎng)受到重視。藻類生物燃料生產(chǎn)被認(rèn)為有助于穩(wěn)定大氣中CO2濃度減,有助于緩解全球變暖現(xiàn)象。此外,藻類燃料最吸引人的特點(diǎn)之一就是藻類生物柴油無毒、不含硫、可生物降解性強(qiáng),萬一泄漏也對(duì)環(huán)境相對(duì)無害。藻類每英畝產(chǎn)油能力是玉米和大豆作物的30多倍。然而,由于與生產(chǎn)、收獲和油量提取相關(guān)的高成本,藻類生物燃料生產(chǎn)尚未商業(yè)化。因此,該技術(shù)仍在不斷發(fā)展,特別是與污水處理結(jié)合。
一項(xiàng)研究(Tu等人)試圖利用藻類和細(xì)菌生理功能的生物協(xié)同作用,利用城市污水進(jìn)行微藻培養(yǎng),提出并試驗(yàn)了一種利用靜態(tài)磁場(chǎng)促進(jìn)藻類生長(zhǎng)和產(chǎn)氧的新方法。外加磁場(chǎng)產(chǎn)氧性能通過斜生柵藻(Scenedesmus obliquus)在城市污水中生長(zhǎng)進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果表明,磁場(chǎng)處理既能促進(jìn)藻類生長(zhǎng),又能促進(jìn)氧氣產(chǎn)生。在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期施加1000 GS磁場(chǎng)0.5 hr后,在生長(zhǎng)期6 d后,葉綠素a含量比對(duì)照組增加了11.5%。此外,磁化使產(chǎn)氧率比控制組提高了24.6%。