污水處理還能發(fā)電靠什么黑科技
【純水設(shè)備網(wǎng)行業(yè)新聞】
隨著世界人口、鄉(xiāng)村化以及新興生產(chǎn)與消費(fèi)模式的快速發(fā)展，全球用水需求急劇上升，污水發(fā)生量亦與日俱增。截至目前，世界上仍有80%污水未得到妥善處置而排放。
顯然，污水處置已成為當(dāng)今世界面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)之一。據(jù)聯(lián)合國估計(jì)，2050年，全球?qū)⒂屑s70%人口生活在鄉(xiāng)村，但隨著城市的擴(kuò)張，污水處置系統(tǒng)的需求和壓力也顯著增長。
自19世紀(jì)末20世紀(jì)初“集中式污水處理”理念提出至今，污水處置在水污染控制、純水設(shè)備保證公共衛(wèi)生與健康等方面發(fā)揮了重要的作用。然而，越來越多的實(shí)踐證明，現(xiàn)有污水處置技術(shù)在滿足污水達(dá)標(biāo)排放的同時，存在著問題轉(zhuǎn)移等諸多弊端。例如，美國，污水基礎(chǔ)設(shè)施可占據(jù)公共電力使用的近24%雖然不同污水處置系統(tǒng)對能源的需求量不同，但一般而言，污水處置廠高達(dá)30%年運(yùn)營利息通常用于工藝單元的動力能耗。
這無疑給資源與生態(tài)環(huán)境帶來了繁重的負(fù)擔(dān)。
但新的思路也在發(fā)生。美東時間8月1日下午兩點(diǎn)，美國科學(xué)促進(jìn)會AA A S旗下的世界權(quán)威期刊SciencAdvanc線發(fā)表了題為“Evolvwastewatinfrastructurparadigmtoenhancharmoniwithnatur最新研究論文，該文發(fā)明性提出了污水處置協(xié)同資源循環(huán)利用的親自然新范式，并開發(fā)出了數(shù)據(jù)驅(qū)動的污水處置研究新方法。
一般而言，作為一項(xiàng)工程設(shè)施，污水處置系統(tǒng)的服務(wù)周期大概為50至100年，甚至更長時間，因此目前管理者所做的任何決策都將對未來的污水基礎(chǔ)設(shè)施及其效應(yīng)發(fā)生深遠(yuǎn)的影響。激進(jìn)思路對待水污染物，考慮的如何組合不同凈化技術(shù)而將污染物從水中移除或降解，進(jìn)而保證水環(huán)境的健康可持續(xù)。然而，這一過程中，也會直接或間接的衍生出其他不容易發(fā)覺卻至關(guān)重要的環(huán)境影響。
當(dāng)然，國內(nèi)外專家學(xué)者其實(shí)一直在探索可持續(xù)的污水處置新技術(shù)。但是對于污水處置的全生命周期環(huán)境影響尚缺乏充分的認(rèn)識。
目前國際社會都在提倡面向節(jié)能減排或者資源回收的污水處置新技術(shù)，但是推動這一項(xiàng)技術(shù)革新，實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備否能夠帶來資源與生態(tài)環(huán)境效益?能產(chǎn)生多大的效益?會否滋生新問題?如何提出切實(shí)解決問題的新技術(shù)與新方法?這引發(fā)了英國皇家學(xué)會牛頓學(xué)者、中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心副研究員王旭博士的一連串自我發(fā)問與深入思考。
而這些問題恰恰是研發(fā)新一代污水處置技術(shù)的關(guān)鍵所在
英國皇家學(xué)會牛頓學(xué)者、中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心副研究員王旭博士。
王旭博士也是麻省理工科技評論》2017年“35歲以下創(chuàng)新35人”中國區(qū)榜單獲得者
通過研究我發(fā)現(xiàn)，隨著污染物去除要求的不時提高，污水處置工藝的流程越來越復(fù)雜， 超純水設(shè)備需要投入大量的動力消耗和化學(xué)藥劑，才干滿足日趨嚴(yán)格的污水處置規(guī)范。除此之外，污水處置過程中還會隨同例如氧化亞氮、甲烷等溫室氣體的發(fā)生與逸散，以及污水污泥的處置處置問題。這嚴(yán)重影響了污水處置的可持續(xù)發(fā)展，拉低了污水處置的整體生態(tài)環(huán)境效益。王旭博士說。
因此，如何解決污水處置過程中能耗高、剩余污泥量大和溫室氣體排放等問題與當(dāng)今節(jié)能減排與生態(tài)循環(huán)等可繼續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略之間的矛盾，成了王旭博士重點(diǎn)攻關(guān)的方向。
開篇提到SciencAdvanc最新報道中，王旭博士提出了一個名為“REPURE污水處置系統(tǒng)新范式。
該系統(tǒng)以資源循環(huán)利用為導(dǎo)向，兼具水質(zhì)再生、能源自給自足、資源回收與低碳環(huán)保等特點(diǎn)，并引入土壤生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的概念協(xié)同轉(zhuǎn)化衍生污染物。整個系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用了前沿的可繼續(xù)科學(xué)理論為指導(dǎo)，重組了微生物合成代謝過程中的能量和物質(zhì)傳輸模式，讓污水中的有機(jī)物、氮和磷等有用的物質(zhì)以生物合成或者沉淀析出的形式得到轉(zhuǎn)化或者再生，最大化地提高污染物的資源轉(zhuǎn)化效率。王旭博士興奮地對DT君說。
基于REPURE污水處置系統(tǒng)新框架。主要包括碳源再生系統(tǒng)(SRS污水處置系統(tǒng)(PTS
資源回收系統(tǒng)(RHS三大模塊。圖源：ScienceA dv
文章中通過整合水質(zhì)特征、系統(tǒng)效能、物質(zhì)遷移、能量收支與生態(tài)環(huán)境影響等多層數(shù)據(jù)流，水處理設(shè)備開發(fā)出了動態(tài)模擬(DPM物質(zhì)流分析(SFA 與生命周期評估(LCA 為一體的可視化方法學(xué)，為污水資源化新體系從概念發(fā)展到工藝設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供了數(shù)據(jù)驅(qū)動的研究新方法。
王旭博士領(lǐng)銜的中國、英國、美國與荷蘭科學(xué)家團(tuán)隊(duì)利用這樣一種新方法，全面評估了REPURE系統(tǒng)的內(nèi)聯(lián)性和復(fù)雜性，并結(jié)合情境分析前瞻性地提出了未來污水處置的發(fā)展方向和系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)控戰(zhàn)略。
REPURE系統(tǒng)的物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化模式。
通過對REPURE系統(tǒng)的能量收支分析，系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)需要的能量約1.4kWhm-3而通過能源載體燃燒獲得的能量可完全滿足整個系統(tǒng)的能量需求，同時還產(chǎn)出凈能量0.4kWhm-3
對REPUE系統(tǒng)進(jìn)行了環(huán)境可繼續(xù)潛力評估，證實(shí)了一開始的猜測：通過多渠道回收污水以及污水中的污染物，能夠有效抵消污水處置過程中產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境影響，從而提高污水處置的整體資源環(huán)境效益。王旭博士說。
談到對這一新系統(tǒng)的整體評價時，王旭博士告訴DT君，REPURE革新了污水處置及資源管理的概念，工業(yè)水處理設(shè)備讓污水處置發(fā)揮了更大的作用，同時引入了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的概念，利用土壤生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮碳捕獲與生物固肥的作用，提高污染物資源轉(zhuǎn)化與末端利用效率。未來，基于REPURE理念的下一代污水處置設(shè)施，將不再是一個純粹的水廠，還將身兼再生能源制備、肥料生產(chǎn)與生物精煉等功能，對此我非常期待?？梢哉f，這項(xiàng)研究工作讓我對于滿足人類繁榮發(fā)展且維持生態(tài)系統(tǒng)健康這個巨大難題有了新的破解思路和方法”
關(guān)于這一污水處置新模式的未來前景，王旭博士告訴DT君，以資源回收為導(dǎo)向的污水處置新技術(shù)，尤其是融入節(jié)能、低碳與生態(tài)循環(huán)概念的新系統(tǒng)和新模式，未來肯定會成為主流技術(shù)。因?yàn)楫?dāng)前我面臨的環(huán)境變化問題是多樣化和復(fù)雜化的這需要我能夠提出應(yīng)對綜合問題的集成技術(shù)與耦合體系，REPURE就是其中的一個代表。目前包括美國、英國、荷蘭、比利時、丹麥以及咱們國家，已經(jīng)在開展各種相關(guān)的科學(xué)探索與技術(shù)研發(fā)。相信在未來五到十年，污水資源化肯定會得到長足的發(fā)展，同時也希望有機(jī)會與工業(yè)界和資本市場深入合作，推動REPURE新系統(tǒng)的規(guī)?；l(fā)展與應(yīng)用。
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