污水處理中污染物的回收利用技術解析

簡介:中國每天處理10萬噸的污水處理廠,通過采用新技術,每年可以貢獻180萬美元的利潤。采用傳統工藝,每年將消耗460萬美元。那么什么會加速“資源工廠”的到來?

3月22日這是世界水日。今年的主題是為什么要浪費水。 2015年,大众彩票特別向余漢青教授介紹了“自然”。一篇文章。 “污水是一種資源”近年來已成為行業共識。在這篇文章中,余漢清教授將這幅畫描述為一個技術語言的讀者:一個日處理能力為10萬噸的污水處理廠在中國可以貢獻180萬美元每年通過應用新技術。這個過程每年花費460萬美元。那么什么會加速“資源工廠”的到來?俞認為,政府的經濟政策,產業政策和技術指導至關重要。

前言

生活和工業廢水的成本經過適當處理并重新用于飲用,灌溉等昂貴。處理來自烹飪,洗滌,清潔和衛生的家用灰水只占世界電力消耗的3%,并釋放5%的非二氧化碳溫室氣體(主要是甲烷)。工業廢水處理成本更高。隨著世界人口的增長,發展中國家逐步實施更嚴格的水質標準,并且這些標準也得到了實施未來十年成本將繼續增加。如果您可以從廢水中捕獲有價值的化學物質,包括碳,氮和磷,您將能夠收回部分經濟成本。例如,污水處理廠可以使用甲烷發電,而不是簡單地消耗甲烷。新興技術的使用可以有效回收磷肥和銨肥。然而,阻礙建立“污水處理廠”的原因是什么?過程不確定性,哪些技術最有用,以及如何實施技術組合,都可能成為前進道路上的絆腳石。本文概述了生活污水污染物回收利用計劃,污水處理廠改造方案,目前每年需要花費數百萬美元,成為年產值超過100萬美元的能源。如果類似的解決方案可以應用于更多樣化的工業廢水,則會有更多的好處。廢水中的價值大众彩票在家庭廢水中有日常生活各種廢物產生的活體,糞便,脂肪,食物殘渣,洗滌劑和藥物。在化學方面,1立方米的生活污水含有300-600克COD,40-60克氮(以銨和有機化合物形式),5-20克磷(磷酸鹽和有機化合物)和10-20克硫(主要是硫酸)。鹽)和痕量重金屬離子。在過去的一個世紀里,大多數國內的廢水都已經進行了有氧“活動”在氧氣和細菌的共同作用下,污染物被氧化,這種方法簡單,去除有機物,氮和磷是有效的,但活性污泥工藝消耗了巨大的能量并釋放出碳足跡。中等污水處理廠耗電量相當于中國城鎮5000元(每立方米廢水約0.6千瓦時),日均碳足跡相當于6000輛家用汽車的二氧化碳排放量。

新興工藝的發展

直接在家庭廢水中使用厭氧工藝可以完全扭轉這些成本,甚至產生過多的能量,但目前處于環境溫度和低濃度的有機物質。厭氧過程不適用。兩項新技術正試圖在這一領域取得突破。第一種技術是厭氧膜生物反應器(AnMBR)。它使用多孔膜來保留和濃縮固體(包括微粒有機物和產生甲烷氣體的生長緩慢的微生物)以及90%以上的廢水中溶解的有機物質。通過延長降解ti我認為,每立方米污水中可生產25%至100%的甲烷。然后,90%以上的溶解甲烷可以通過氣體或真空技術(濃度10-20毫克/升)提取,整個過程的能耗只需要0.05千瓦時/立方米。 AnMBR技術已成功應用于生活污水處理中。韓國富川污水處理廠已運行兩年多,日處理能力為12立方米。 AnMBR技術在大規模工程應用中面臨的最大挑戰是“膜堵塞”或“膜污染”。使用氣泡或流化顆粒活性炭沖洗膜表面需要0.2至0.6千瓦時/立方米的能量消耗,這是巴與活性污泥法的能耗相當。第二種技術是微生物電化學電池(MXC),它可以直接在微生物燃料電池模式下發電,或者在微生物細胞中產生能量豐富的化學物質,例如氫氣。 MXCs利用一些細菌將電子通過細胞膜轉移到外部受體的能力,因為它們能夠代謝有機物質。如果輸送到燃料電池的陽極,電子可以攜帶電流。 MXC的大众彩票 - 電力或氫氣 - 比甲烷更有價值,易于使用。但是,所涉及的反應很慢(需要幾天)。一個建議是將MXC與AnMBR結合起來,以加速有機物的轉化,同時產生甲烷和乙烷ectricity或氫。但目前的MXC在工程應用中表現不佳。擴大或堆疊多個電池會增加其電阻并降低能量回收的效率。據報道,英國豪頓的一臺120升微生物電解池可以回收不到氫氣輸入功率的一半;另一個安裝在中國哈爾濱的250升微生物燃料電池只能轉換有機材料中7%的能源。對于電能。

營養恢復

氮和磷怎么樣?厭氧過程將氮和磷轉化成銨離子和磷酸根離子進入流出物。可以使用污水灌溉附近的田地。但是,更有價值的氮和磷可以儲存和運輸。一種選擇是鳥糞石,它是一種通過加入鎂和石灰而沉淀的緩釋肥料。在污泥或畜牧廢水中發現的磷酸鹽和銨的濃度通常很高(每升幾百毫克),但生活廢水中的濃度很低。兩種新興技術 - 離子交換和電滲析 - 可以捕集和濃縮磷和氮,足以從廢水中作為鳥糞石回收。在離子交換中,磷酸根離子與陰離子如碳酸鹽交換,或者銨離子與陽離子如鈉離子交換,最后被鐵基氫氧化物,沸石和聚合物等物質吸附。在電滲析中,電場和膜分離磷基于電荷和尺寸的差異,來自其他離子的氮離子和氮離子。這兩項技術仍在進行小規模調試。問題包括無法從交換器中完全回收離子;交換器或膜與有機物的堵塞;鹽濃縮物的污染;并且問題的成本很高。例如,目前膜的價格是每平方米幾百美元。磷和氮的電滲析萃取(回收率為90%)分別消耗約0.23千瓦時/立方米和0.14千瓦時/立方米,這大約是活性污泥法消耗的能量的三分之二。使用MXC可以抵消通過發電部分輸入的能量,但微生物和生物分子會聚集在一起混合膜污染。特別是廢水中的氮回收將對全球產生影響。在實驗室中,與磷的提取相比,氮的提取不太受關注,因為大氣中的氮容易降低氮肥的合成。但涉及的過程 - 固氮Haber-Bosch工藝 - 是一個高能耗密集型工藝:它甚至占全球年度能耗的百分之幾。只要取代現有的5%氮肥生產,就可節約50多瓦時的能源,相當于節省中國每年1.5%的電力消耗。污泥是由廢水中微生物的生長產生的生物質,如糞便,纖維和其他固體。 SLUdge是含有氮和磷的厭氧消化副產物。如果它們在厭氧處理(為了避免產生甲烷氣體或氣味)和解毒(無病原體或有害化學物質)過程中保持穩定,可將其直接施用于土壤。美國將55%的處理污泥重新用于土地,但這種做法受到公眾和監管機構的壓力,因為污泥難以完全穩定和解毒,重金屬會積聚。熱處理使污泥更容易使用和更安全。它殺死病原體,增加養分保留并減少重金屬釋放。利用燃燒甲烷產生的熱量可進一步降低能耗,但污泥的安全性仍有待進一步改進和評估在更大的范圍內。污水處理廠的最終大众彩票是water water具有巨大的經濟價值:世界飲用水的平均價格是每立方米2美元。不同的用途需要不同質量的水 - 從最干凈的飲用水到較低質量的水用于冷卻或工業用途。因此,處理過程也需要相應改變。在中國,只有15%的處理過的水被重復利用,高達98%的飲用水進入市政和工業用水行業。事實上,這些地區不需要如此高質量的水。大众彩票需要一個具有“適用性”的治療和重用策略。經濟效益據估計,一個生活污水處理廠的日處理能力為中國大約50萬人口的城市服務每天10萬立方米。大众彩票計算,該資源工廠每天可以生產約17,000千瓦時的電力,回收1噸磷和5噸氮,并回收1000立方米的飲用水。相比之下,同樣大小的活性污泥設備(厭氧消化)將消耗5萬千瓦時的電能,不會回收磷或氮。因此,資源工廠每天可以節省67,000千瓦時(這不考慮化肥生產節省的能源),相當于城市日耗電量的1.5%。大众彩票估計這個資源工廠每年可以產生180萬美元的利潤(不包括建筑成本),而acti每年污泥處理廠耗資460萬美元。這意味著,即使只有1%的再生水被當作待售飲用水處理,與根本沒有銷售飲用水的情況相比,利潤可以增加十倍。來自農業,食品和石化行業的工業廢水可能具有更高的經濟效益。例如,AnMBR工藝可以從石化廢水中去除高達98%的有機物(約18 kg / m3),比生活污水處理產生的甲烷高100倍。畜牧業廢水富含有機分子和磷,已成為重要的能源和肥料來源。政府的支持對廢水處理的發展至關重要督促工廠和促進可持續水資源市場。在未來的十年中,從化石燃料能源中提取廢水資源的成本以及目前的處理方法仍然很高。為什么?由于環境成本尚未納入定價范圍,新興污水回用技術尚未從規模經濟中獲得顯著效益。隨著能源,資源和全球變暖壓力的加劇,優先事項是否會隨之改變。

下一步應該是什么?國家政府必須有一個監管框架,包括廢物處理和溫室氣體排放的成本。他們必須投資于早期商業或早期階段使用技術的規模示范;潛艇確定再生大众彩票的銷售額;并增加使用循環資源概念可帶來的好處。政府和大众彩票應提供有針對性的研究經費以及土地和基礎設施服務。為保證大众彩票的適用性,技術開發必須廣泛吸收管理機構,工程師,研究人員和監管機構和污水處理設施公眾的意見。國家政策的制定應適應當地的環境,經濟和社會條件。工業化國家在更換老化處理設施時應整合新興流程。中國和印度等新興經濟體在擴大水處理時應在全球經濟中進行合作更新能力。

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