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【跨越死亡之谷】中国通往未来的可持续污水处理之路,到底如何走?

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跨越死亡之谷】中国通往未来的可持续污水处理之路,到底如何走?

 2016-07-20 iwawater 水进展

那一年,2014年,活性污泥法诞生百年。


2014世界范围内每一个角落,科学家们都在深刻反思与理性展望,下一个百年,污水处理的发展趋势,我们从何处来,我们要往何处去?典型的代表作,参考Mark C. M. van Loosdrecht的文章,想必此文大家很眼熟了。




2014年的中国,世界范围内每一个角落,我们也在思考和梦想开启一个属于中国污水处理界的未来。2014至今,我们国内同行真的进行了很多思考、做了很多设想、规划和实践。但是,笔者看来,2014年至今,无疑是中国污水处理技术发展史上最为浮躁的时期。


在追逐未来可持续发展污水处理技术路线征程中,国内很多同行在不同层面不同尺度上的实践,都在告诉世界,我们没有停止迈向未来可持续污水处理发展的脚步。


然而,属于中国的面向2030年的污水处理技术路线图,依然是熙熙攘攘中没有停止探索求进的步伐,但是,遗憾的是,在面向未来可持续污水处理技术领域的基础理论探究及应用技术路线的开发,我们国内同行鲜有涉及,这就是理想与现实的距离。


对面向未来的下一代可持续污水处理工艺,我们无限期待中国的技术路线出炉,像荷兰那样,新加坡那样,能真正面向社会公布有我们中国特色的未来技术路线图,我们期望不是照搬,而是融入了我们自己的技术理念和成果;不是舶来品,更不是仿制品,要因地制宜,适合国情。



关于面向未来的可持续污水处理技术路线,国外一些著名专家这几年纷纷推出自己的技术路线,这些路线明显带有显著的个人特质。


1)看看MBBR的发明人,Ødegaard在清华大学主办的学术期刊《Front. Environ. Sci. Eng》2016年发表的一篇文章《A road-map for energy-neutral wastewater treatment plants of the future based on compact technologies (including MBBR)》,这篇文章几乎是给中国量身定制的,数次提到了“China concept WWTP”,他提出的技术路线完全采用了全流程MBBR,就连第一级碳去除、捕获阶段,都采用了MBBR技术,更别提主流和侧流段。看来Ødegaard的想法是,只要有微生物存在的场合,就最好上MBBR才是稳妥的。

其实,笔者不是反对MBBR,只是在思考,预处理段采用MBBR的必要性不足。但主流和侧流采用MBBR、尤其是主流采用MBBR或许是好主意,为什么呢?看看这篇文章。

文章在结论中提到:“Anammox bacteria are viable and active in municipal wastewater treated via high-rate aerobic treatment, even at low temperatures. However, achieving partial nitritation together with anammox at low temperatures remains a challenge, for which attached growth strategies  with thick biofilms may be a solution.

笔者给出一张图片,你就明白其中道理了。


其实,意识到这个问题的,我们国内某研究团队,也是采用了biofilm作为Anammox载体,不过他们是在侧流Rejectwater的处理,在侧流处理污泥消化后sludge dewatering liquors,采用IFAS构型,获得了不错的效果,但是这个试验条件是在“The HRT of the IFAS reactor was 0.9–1.0 d and the temperature was 29–30 ℃”环境条件下进行的,且进水TN浓度平均在400-500 mg/L,这种基质水平对于普通市政生活污水是不可想象的。这就是为何ANAMMOX在侧流很容易实现,而主流很难成功的环境及基质条件的限制。



2)奥地利 Innsbruck大学的Bernhard Wett,前几年也提出了面向未来可持续污水处理技术路线,发表在Water research,这条技术路线,将其10多年前提出的DEMON工艺也发挥到了极致,A-B工艺 构型,A段采用高负荷活性污泥法,在“主流+侧流”都采用了基于DEMON工艺的厌氧氨氧化:


     资料来源:Environmental sustainability of an energy self-sufficient sewage treatment plant:Improvements through DEMON and co-digestion, water research,2015


3) 荷兰KWR水循环研究院提出了一种新型“A-B工艺”,并申请了专利,这种技术将A段高负荷、短停留时间工艺,耦合动态过滤分离技术超量捕获有机物进行厌氧消化,以最大程度上将污水中的有机物转化为能源,A段可浓缩70%进水COD,B段采用主流厌氧氨氧化技术。类似革新技术笔者认为代表了世界未来污水处理发展趋势。



有些变化,或许是你我在不经意中。这个世界上,刻意追求本不是你的东西,或许最终一无所获。但是无心插柳柳成荫的事件,却说不定哪天突然发生。


比如,中国台州污水厂采用光伏式发电,在实现污水厂迈向碳中和路上迈出了一步,应该是有意的尝试。这个项目被IWA  Source报道:

China turns to carbon-neutral treatment plants.

The resulting 4.39 MW of new capacity annually offsets 30 percent of energy consumption for the plant.


图片中这些实践者,除了郝晓地教授外,或许他们只是污水处理厂的普通员工,也抑或是厂长,没有那样高大上的理论和梦想,他们的愿望和朴素,并按照自己的设想去规划和实现,或许他们起初没有想到,他们一个简单的做法,却是使自己运行的污水厂再沿着未来污水厂“碳中和”的轨迹在推进了一大步。


这2年,主流厌氧氨氧化变成了一个世界范围内污水处理领域最热点的词汇,没有之一!但是,目前尚没有看到一个真正实现低温下(水温低于13度))可持续运行的中试规模的Mainstream Deammonification 案例报道。

目前,起码是10年之内,看到的希望(笔者也是大胆预测),主流AMX最现实的应用是在热带或者亚热带区域,常年能提供至少20度以上的水温。2016年,新加坡Cao Yeshi,  荷兰Mark C. M. van Loosdrecht, 和美国Glen T. Daigger几位大牛在W&ST发表一篇文章:



看看这篇文章介绍的“Mainstream partial nitritation and anammox”,笔者乍看以为是规模做到20000m3/d的案例出现了,原来是在20000m3/d的实际污水厂进行的试验。此文章介绍的试验规模水温是什么情况?看看文章描述:“

The reactor used had a total volume of 10 L, height 29.1 cm, maximum liquid volume of 8.5 L. A heater was used to control the water temperature inside the reactor at 30± 2℃, which was similar to that of the full-scale plant.”

小试规模:从这种小试到生产性试验再到稳定的工程化应用,需要多久?借用斯坦福大学吴惟民教授的PPT:



斯坦福大学吴教授给出10-30年!!!你懂得!技术的创新,需要跨越“死亡之谷”!没有人直接可以穿越死亡之谷直接到达自由世界!


实际上,我们要至少看到中试规模的稳定运行案例(经历全年各种水温变化条件),才可以评估这种革新技术的可靠性、稳定性,有可靠的中试数据,才有可能迈向更大尺度的生产性试验研究和工程实施层面。