剩余污泥吸附痕量典型药物影响因素

传统的污水处理工艺不能完全去除药物和个人护理用品(PPCPs),可能通过吸附作用存在于剩余污泥中。当污泥经土地或农业利用,其中含有的PPCPs可能释放出来,污染水环境,因此,揭示PPCPs经污泥吸附去除的影响因素,对于预测或评估污泥中PPCPs含量尤其重要。以北京某污水处理厂剩余污泥为对象,利用高效液相色谱-质谱联用仪,研究了痕量浓度下3种典型药物在污泥中的赋存特性。随pH增大,环丙沙星与磺胺甲唑的吸附容量减小,而扑热息痛的吸附容量增加;主要是因为pH不仅改变药物在水中的存在形态,而且影响微生物细胞体的表面电位。胞外聚合物(EPS)对污泥吸附3种典型药物均有促进作用,且不依赖于pH;主要是因为EPS中含有的金属离子与有机物成分决定污泥吸附药物性能。

MBR工艺全球应用现状及趋势分析

膜生物反应器(MBR)曾被认为是一项成熟并代表未来的污水处理技术,在21世纪初的十年中获得空前应用,并一度有取代传统活性污泥工艺(CAS)之趋势。然而,MBR工程应用数量近年在全球市场骤降,与其在中国市场不断升温的"热像"形成鲜明对比。究其原因,高能耗和膜污染等诟病使其在技术、经济与管理等方面综合比较远不如CAS,有悖可持续发展的全球理念。基于MBR发展历程,分析衰落原因,展望未来应用。MBR工程应用在全球范围内已理性回归,对过热的中国市场应是一种启示,特别是对中国目前兴起的地下式MBR。

废铁屑强化污泥厌氧消化产甲烷可行性分析

有关全球气候变化的《巴黎协定》落槌,预示着污水处理追求碳中和运行的时代已经来临.碳中和狭义理解即能源自给自足,这就要求污水处理厂应最大程度转化污水中有机物或产生的剩余污泥所蕴含的有机能源,并将其生成可再生能源——甲烷.然而,剩余污泥能源转化率较低一直都是限制厌氧消化技术广为应用的瓶颈.在污泥预处理技术之外,向厌氧消化系统中投加废铁屑强化甲烷生产有望成为另一个提高能源转化率的突破口,继而实现"以废促能、变废为宝"的目的.本综述从铁腐蚀析氢现象入手,在描述铁腐蚀析氢原理、析出H2对产CH4过程影响的基础上,对铁在厌氧系统ORP减少方面的作用、对厌氧微生物生理、生化特性的影响、对涉及微生物酶活的影响等进行了全面的介绍.最后,还通过生命周期评估(LCA)评价了基于废铁屑的污泥厌氧消化技术对环境的影响及经济合理性.

MBR工艺可持续性能量化评价

可持续是未来污水处理技术发展的核心内容。特别是在涉及全球气候变化的《巴黎协定》落槌后,能源消耗将在很大程度上决定可持续工艺发展的未来。在此情形下,有必要对国内外备受争议的膜生物反应器(MBR)技术进行量化评价,以考察其优、缺点之间的综合(经济、社会、环境)效益,即对其可持续性能进行评价。在建立MBR工艺可持续性能评价指数(SI)计算模型的基础上,系统阐述并分析SI涉及的工艺投资与运行费用、工艺运行效果及其稳定性、工艺资源回收与利用程度三方面内容及其相关参数。模型计算结果揭示,在常规情况下MBR工艺的可持续性能还不及传统工艺。换言之,MBR在很大程度上并不是一种可持续性工艺。究其原因,主要是过高能耗与运行成本完全掩蔽了其在良好出水水质与紧凑占地方面的优势。

从污水中技术回收氮不具经济性

从视污水为一无是处的废物到认为它全身都是宝,并试图实施全元素回收的认识转变经历了近半个世纪。这种理念的转变显然是基于人类对自身发展模式的逐渐否定,以建立可持续发展的终极目标。于是,污水资源化、能源化成为当今世界污水处理技术发展的主题。其中,以磷回收、碳中和为目的的污水处理技术是近期全球普遍关注的热点。然而,全元素回收的提法也不绝于耳,特别是将磷回收与氮回收相提并论。磷本源与归宿和氮完全不同,前者来源于矿藏,使用后流失于海洋,后者的来源及归宿都是可再生、占大气比例为78%的氮气。显然,污水中氮回收是否在经济上具有效益需要进行技术经济比较。通过对各种污水氮回收技术与传统工业合成氨(氮肥)进行经济比较,确认技术回收氮方式并不经济,其实也非急迫。最经济而又无技术含量的氮回收其实是正在被撇弃的污水农灌。

污水处理碳中和运行需要污泥增量

污水处理碳中和运行已成为未来污水处理的核心内容,这就使得剩余污泥将成为潜在的能源载体物质,需要以增量方式去获得,从而彻底改变污泥是污水处理过程中的一种"负担"、需以减量方式使之消灭的现行观念。的确,具有足够的剩余污泥量方能保证其在厌氧消化过程中转化为碳中和运行的自给自足所需能量。为此,欧美等国家通过COD内源截留与外源挖潜方式最大限度地去实现"污泥增量"。在内源截留方面,可对进水COD实施前端浓缩或筛分,但仅限于高负荷COD进水情况。针对我国市政污水COD普遍偏低的情况,前端浓缩或筛分COD似乎并不适用,应寻求与厨余垃圾等市政有机固体废弃物共消化方能实现"污泥"增量的目的。其实,污水处理碳中和运行的关键并不存在技术障碍,主要受限于政府的宏观环境政策。只要政府高瞻远瞩,予以政策支持、甚至是财政补贴,才能真正与国际接轨,触动污水处理行业朝着碳中和方向迈进,从而获得被普遍看好的综合环境效益。

藻酸盐污水处理合成研究现状与应用前景

藻酸盐作为一类多糖类物质,不仅可以从海洋褐藻中提取,也是固氮菌与假单胞菌在特定环境下利用有机物合成的高附加值生物聚合物。而污水生物处理过程,特别是被誉为下一代污水处理技术的好氧颗粒污泥,在特定环境条件下可以从其成粒过程分泌出大量的藻酸盐胞外聚合物(TIF)。这就为污水资源化以及神秘的好氧颗粒污泥技术增添了几分工程应用色彩,也为污水中有机物(COD)资源化应用开辟了新途径。简要介绍了藻酸盐的来源与特性,分析微生物纯培养合成藻酸盐过程以及影响因素,总结污水处理过程中合成藻酸盐研究现状,并对藻酸盐与细胞分离、回收予以阐述。

臭氧降解污水厂二级出水有机物作用与效果分析

为控制黑臭水体,我国污水处理厂出水排放标准不断收紧,特别是对COD的限制。结果,深度处理工艺特别是臭氧氧化工艺开始应用于出水深度处理。臭氧处理固然可在一定程度上降低出水残留COD,亦可对药物及个人护理品(PPCPs)、内分泌干扰物(EDCs)等新兴微量有机物起到某种程度的去除作用。但是,臭氧不完全氧化时很容易将难降解有机物转化为易降解有机物,反而加剧受纳水体的耗氧程度,特别是形成的中间产物以及氧化副产物还具有毒性,会加大次生生态与健康风险。因此,仅仅以控制耗氧物质为目的而一味提高出水COD标准的做法值得商榷。事实上,经生物处理后出水COD中绝大部分为难生物降解的惰性有机物,即使排入受纳水体也不会耗氧。正因如此,欧美等发达国家一般并不对COD过分控制(甚至不控制),只对耗氧的BOD5和NH+4严格控制。此外,臭氧深度处理工艺投资、运行成本远远高于传统工艺,易对总环境造成负面影响。

蓝色经济下的水技术变革

蓝色经济广义上其实就是循环经济,它与未来环保产业的发展趋势关联度极高。以水技术变革为中心,调整经济运行模式并提升社会普遍接纳程度乃未来水技术向蓝色经济转型发展的主要内容。蓝色经济下的水技术变革既不是对现有工艺的否定,也不提倡盲目求新,而是"强迫"人类不断向大自然取经,让人类自身发展再次与自然、生态融为一体。对此,需要重新审视原生态文明下的朴素"技巧"与现代文明中的高技术。顺应自然、敬畏生态是发展蓝色经济的全部内涵。为此,应以遵循自然水文循环为前提,在水量上忌"巧取豪夺"、水质上要"完璧归赵"。蓝色经济的实现其技术并非关键,关键是人们的意识和观念,特别是"官智"的作用。只要"官智"打开,便可制定出符合生态原则的政策/法规和经济奖惩措施,才能调动水行业乃至整个社会对发展蓝色经济的积极性和接纳程度。

海水淡化工程全球大规模应用发展趋势

淡水缺乏是全球近一半人口(约37.5亿人)目前普遍面临的问题,且事态还在进一步加剧。为解决缺水问题,沿海甚至近海城市对海水进行淡化已变得愈来愈普遍,工程应用水平正朝着大规模化方向发展,以至于中东地区已出现日产水量百万吨级淡化工厂。与远距离调水及污水深度处理回用相比,海水淡化最低生产成本目前已降至3元/m^(3)以下,通常也不会超过5元/m^(3),这就逐渐改变了人们对海水淡化成本昂贵的传统认识。随着海水淡化主流技术——反渗透(RO)能耗的降低以及太阳能与风能等清洁能源的利用,海水淡化成本与其生态足迹必将大为减少;电-水联产也会使热蒸馏海水淡化法的成本显著降低。在介绍全球大型海水淡化工程应用基础上,总结海水淡化产水成本与其生态足迹,展望海水淡化作为不可或缺补充淡水资源的大规模应用前景。

雾霾亦可诱发水体富营养化

近年来,我国水体富营养化现象较为严重,不仅影响人体健康,加剧水资源短缺,同时也给养殖业、旅游业等相关产业带来了巨大的经济损失。虽然政府投入大量财力、物力和人力进行了"综合"治理,但收效甚微,太湖、滇池、巢湖等湖泊蓝藻暴发现象频频。相关文献调研表明,大气环流对营养物循环作用不可忽视,特别是在雾霾等极端污染天气情况下。监测数据显示,无论是干沉降还是湿沉降(降雨),从大气进入地表水体的氮、磷负荷可能高于城市污水点源排放浓度。在地表水体富营养化还未得到有效控制的情况下,来自大气的"天然"营养物污染源会使得水体富营养化现象不断加剧。可见,根除水体富营养化不仅需要治理水污染,还需大力治理大气污染方可有效。

污水有机物中化石碳排放CO_2辨析

长期以来,习惯性将污水中有机碳(TOC)分解产生的CO_2当作是生源性的,并未计入碳排放核算清单。随着检测水平的不断提高,通过放射性碳元素(^(14)C)检测与元素质量守恒法则计算表明,污水有机物中化石碳(石油化工产品制造的洗涤剂、化妆品、药物等)成分所占比例可高达TOC成分的28%,由此而产生的CO_2直接排放量(活性污泥法)可占到TOC总CO_2排放量的13%,再加上污泥厌氧消化其CO_2排放量更是高达23%。因此,化石碳CO_2直接排放量不容小觑,应列入碳排放核算清单。如果人类不能妥善找到化石碳CO_2碳汇,那就必须约束自己的行为,最大限度避免肆意、无序开采化石燃料,特别是仍埋藏于地下的可燃冰。否则,大气碳库中化石碳形成的CO_2绝对量肯定继续增加,气候变暖现象不可避免。

污水潜能开发取决于适时补贴政策

污水中含有大量化学能(COD)和热能(余温),其潜在含能值可达污水处理运行所消耗能量的9~10倍。转化污水化学能和热能其实可采用常规技术,传统污泥厌氧消化和水源热泵技术即可奏效。然而,看似简单而又成熟的厌氧消化与水源热泵技术在我国污水处理行业应用十分有限,并不普及。究其原因,政府管理层面意识和认识滞后乃是其主要瓶颈,缺乏有效的政策/法律、经济补贴措施,制约了对污水潜能的开发与利用。在这一问题上,欧美等发达国家或区域组织的做法与经验值得学习和借鉴。介绍了欧美等国政策制定、法律形成、经济补贴、税收减免、市场调节等环节对污水潜能开发的推动作用,供我国相关管理部门参考,以期撬动我国对污水巨大潜能的开发与利用。

人工环境下军团菌滋生与控制技术

军团菌伴随着城市现代文明而生,广泛滋生于建筑中央空调(循环冷却水)和热水系统之中,是一种潜在的传播性公共卫生隐患。为此,需要采取有效技术措施,消除这种潜在隐患。在描述军团菌危害、产生、生理/生化特征的基础上,重点介绍国内外现行军团菌控制技术,包括氯气(Cl_2)、氯胺(NH_2Cl)、二氧化氯(ClO_2)、铜/银离子、TiO_2/光催化、紫外线(UV)、膜过滤等主流技术。根据军团菌生理、生化特征以及所需环境因子,提出从本源有效遏制军团菌滋生的技术策略及研发方向,如冷却塔气/液分离、去除循环冷却水中硫酸盐(SO_4^(2-))与有机物(COD)、水质微酸化/微碱化并更换防腐管道/设备材料等措施。

北京给水水源的历史变迁与终极选择

古都北京因玉泉山泉而兴旺800多年,密云水库在玉泉山泉断流后则承担起北京主要地表水源地的角色。然而,还不到50年时间,密云水库便入不敷出,再加上北京人口的急剧膨胀,缺水已经成为阻碍北京经济可持续发展的一大瓶颈。正因如此,南水北调在经历了近50年争议后不得不开工建设,并于1年前通水入京。南水北调固然可以解决北京燃眉之急的近渴,但能否一劳永逸地满足远渴,其争议并未消停。除工程经营期限的可靠性和安全性外,南水北调全成本价格最为关键;50年经营期全成本价格≥10元/m^3(调水及处理成本)。这就为海水淡化项目上马提供了理由。实际上,海水淡化就是俗称的"唤雨",是一种模拟自然水循环的有效途径,对其利用不仅有着价格优势(综合成本≤5元/m^3),而且还不与自然抢水,对生态环境的影响最小。因此,北京持久性地解决长期缺水问题的出路应着眼于海水淡化,特别是"风力发电+海水淡化+盐业化工"这种三位一体的生态技术。

污水碳源分离新概念——筛分纤维素

追求污水处理碳中和运行目标产生了从污水中前端分离碳源(碳捕捉)的欧洲概念,使之用于后端厌氧消化转化甲烷。我国市政污水碳源(COD)浓度普遍偏低,连脱氮除磷碳源需求都难以满足,这就限制了碳捕捉的理论和实践。然而,另外一种碳捕捉概念似乎是普遍适用的,那就是前端筛分纤维素。纤维素物质本身化学结构异常复杂、稳固,在污水好氧处理以及污泥厌氧消化过程中都难以降解,最后大多残留于消化污泥之中,从而加大剩余污泥产量。况且,纤维素与丝状细菌结构上有相似之处,存在"架桥"而导致污泥膨胀的可能。因此,将纤维素在污水处理前端以大孔径膜分离方式筛分出来应该是为污水、污泥处理减负的重要举措;筛分后的纤维素可回收用作他用(如生产透水沥青等),纤维素筛分后可降低整体运行能耗40%,增加处理负荷30%。介绍了筛分纤维素概念,综述其研究与应用现状,评价碳源分离技术的应用前景。

剩余污泥中PPCPs量化评价方法研究

药物和个人护理品(Pharmaceutical and Personal Care Products,PPCPs)作为一种新兴痕量有机污染物已开始备受国际关注。PPCPs通过水环境迁移与生物积累等方式几乎已遍布整个地球,它们会对人类健康及其他生物生长造成潜在危害。PPCPs一般随污水收集而进入污水处理厂;但因其难以生物降解而很难被分解;除微量PPCPs可通过逸散、光降解等方式释放大气外,大部分PPCPs要么随出水(直接)进入环境、要么被吸附于活性污泥表面(随后可能间接进入环境)。因此,需要对污泥吸附PPCPs进行量化表征。借助固-液分配系数(K_d值),建立了一种简便、快速预测PPCPs的计算方法。通过广泛收集现有文献中PPCPs的K_d值,结合北京地区污水处理厂的真实情况,分别计算出剩余污泥中33种常见PPCPs含量。尽管大多数PPCPs在剩余污泥中的吸附率不是很高(≤20%),但少数PPCPs向污泥中的绝对转移量不可小觑,高达全部33种PPCPs向污泥中总转移量的88%。避免污泥中PPCPs再次进入环境,污泥焚烧是一种有效途径。

厌氧消化数学模拟技术发展历程与应用现状

污水处理碳中和运行趋势使得污泥厌氧消化重获新生。活性污泥系列模型(ASMs)的逐渐普及应用使人们看到了工艺模拟对推动厌氧消化技术研发与应用同样也存在着巨大潜力。为此,经30余年发展,具有一定适用性的厌氧消化1号模型(ADM1)于2002年问世。其实,ADM1是一个为了通用性而省略了一些次要反应过程的简约模型。因此,在具体应用方面ADM1还不十分方便,需根据具体问题进行适时更新和拓展。在介绍厌氧消化数学模型发展历程的基础上,重点介绍ADM1的拓展(硫酸盐还原、硝酸盐还原、物化过程、磷迁移、污水厂综合模型等)研究;概要阐述ADM1工程应用现状;明确指出ADM1存在的缺陷;高度概括ADM1未来发展与应用方向。

壳聚糖处理模拟原水的实时监测技术及效果

以天然高分子壳聚糖为混凝剂,采用新型光电耦合装置对混凝过程进行光学在线监测,考察p H值、壳聚糖投加量、水力条件以及沉降时间等操作因素对混凝过程的影响。结果表明,当原水颗粒悬浮物浓度分别为100,500,1 000 mg/L时,在p H为8,壳聚糖投加量为5 mg/L,150 r/min混合5 min,70 r/min混凝20 min的条件下,分别沉降25,20,15 min后,去浊率为可达90.7%、94.4%和98.0%。

水国荷兰——从围垦排涝到生态治水

荷兰如今不管多大暴雨和风暴潮,境内水位都能控制到宛如平镜,各类水体水质罕有黒臭现象。这归因于荷兰有着千年治水管理经验与工程技术,无论是它控制水量的水利技术,还是它控制水质的污水处理技术都堪称世界一绝,已成为当今世界普遍效仿和学习的典范。与众不同的水管理体制以及流域治水、管水模式成就了荷兰鼎立于世界的成功治水经验和技术。详细介绍了荷兰围垦排涝的历史、排涝理念的转变;举例说明了荷兰从围海造田到生态治水的自然回归历程;特别提及荷兰在水质控制技术上对世界作出的巨大贡献;重点详述荷兰独特的水管理体制以及对民众的基础水教育情况。