2014年的中國,世界范圍內每一個角落,我們也在思考和夢想開啟一個屬于中國污水處理界的未來。2014至今,我們國內同行真的進行了很多思考、做了很多設想、規劃和實踐。但是,筆者看來,2014年至今,無疑是中國污水處理技術發展史上最為浮躁的時期。
在追逐未來可持續發展污水處理技術路線征程中,國內很多同行在不同層面不同尺度上的實踐,都在告訴世界,我們沒有停止邁向未來可持續污水處理發展的腳步。
然而,屬于中國的面向2030年的污水處理技術路線圖,依然是熙熙攘攘中沒有停止探索求進的步伐,但是,遺憾的是,在面向未來可持續污水處理技術領域的基礎理論探究及應用技術路線的開發,我們國內同行鮮有涉及,這就是理想與現實的距離。
對面向未來的下一代可持續污水處理工藝,我們無限期待中國的技術路線出爐,像荷蘭那樣,新加坡那樣,能真正面向社會公布有我們中國特色的未來技術路線圖,我們期望不是照搬,而是融入了我們自己的技術理念和成果;不是舶來品,更不是仿制品,要因地制宜,適合國情。
關于面向未來的可持續污水處理技術路線,國外一些著名專家這幾年紛紛推出自己的技術路線,這些路線明顯帶有顯著的個人特質。
1)看看MBBR的發明人,Ødegaard在清華大學主辦的學術期刊《Front. Environ. Sci. Eng》2016年發表的一篇文章《A road-map for energy-neutral wastewater treatment plants of the future based on compact technologies (including MBBR)》,這篇文章幾乎是給中國量身定制的,數次提到了“China concept WWTP”,他提出的技術路線完全采用了全流程MBBR,就連第一級碳去除、捕獲階段,都采用了MBBR技術,更別提主流和側流段。看來Ødegaard的想法是,只要有微生物存在的場合,就最好上MBBR才是穩妥的。
其實,筆者不是反對MBBR,只是在思考,預處理段采用MBBR的必要性不足。但主流和側流采用MBBR、尤其是主流采用MBBR或許是好主意,為什么呢?看看這篇文章。
文章在結論中提到:“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.”
筆者給出一張圖片,你就明白其中道理了。
其實,意識到這個問題的,我們國內某研究團隊,也是采用了biofilm作為Anammox載體,不過他們是在側流Rejectwater的處理,在側流處理污泥消化后sludge dewatering liquors,采用IFAS構型,獲得了不錯的效果,但是這個試驗條件是在“The HRT of the IFAS reactor was 0.9–1.0 d and the temperature was 29–30 ℃”環境條件下進行的,且進水TN濃度平均在400-500 mg/L,這種基質水平對于普通市政生活污水是不可想象的。這就是為何ANAMMOX在側流很容易實現,而主流很難成功的環境及基質條件的限制。
2)奧地利 Innsbruck大學的Bernhard Wett,前幾年也提出了面向未來可持續污水處理技術路線,發表在Water research,這條技術路線,將其10多年前提出的DEMON工藝也發揮到了極致,A-B工藝 構型,A段采用高負荷活性污泥法,在“主流+側流”都采用了基于DEMON工藝的厭氧氨氧化:
資料來源:Environmental sustainability of an energy self-sufficient sewage treatment plant:Improvements through DEMON and co-digestion, water research,2015
3) 荷蘭KWR水循環研究院提出了一種新型“A-B工藝”,并申請了專利,這種技術將A段高負荷、短停留時間工藝,耦合動態過濾分離技術超量捕獲有機物進行厭氧消化,以最大程度上將污水中的有機物轉化為能源,A段可濃縮70%進水COD,B段采用主流厭氧氨氧化技術。類似革新技術筆者認為代表了世界未來污水處理發展趨勢。
有些變化,或許是你我在不經意中。這個世界上,刻意追求本不是你的東西,或許最終一無所獲。但是無心插柳柳成蔭的事件,卻說不定哪天突然發生。
比如,中國臺州污水廠采用光伏式發電,在實現污水廠邁向碳中和路上邁出了一步,應該是有意的嘗試。這個項目被IWA Source報道:
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.”
圖片中這些實踐者,除了郝曉地教授外,或許他們只是污水處理廠的普通員工,也抑或是廠長,沒有那樣高大上的理論和夢想,他們的愿望和樸素,并按照自己的設想去規劃和實現,或許他們起初沒有想到,他們一個簡單的做法,卻是使自己運行的污水廠再沿著未來污水廠“碳中和”的軌跡在推進了一大步。
這2年,主流厭氧氨氧化變成了一個世界范圍內污水處理領域最熱點的詞匯,沒有之一!但是,目前尚沒有看到一個真正實現低溫下(水溫低于13度))可持續運行的中試規模的Mainstream Deammonification 案例報道。
目前,起碼是10年之內,看到的希望(筆者也是大膽預測),主流AMX最現實的應用是在熱帶或者亞熱帶區域,常年能提供至少20度以上的水溫。2016年,新加坡Cao Yeshi, 荷蘭Mark C. M. van Loosdrecht, 和美國Glen T. Daigger幾位大牛在W&ST發表一篇文章:
看看這篇文章介紹的“Mainstream partial nitritation and anammox”,筆者乍看以為是規模做到20000m3/d的案例出現了,原來是在20000m3/d的實際污水廠進行的試驗。此文章介紹的試驗規模水溫是什么情況?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.”
小試規模:從這種小試到生產性試驗再到穩定的工程化應用,需要多久?借用斯坦福大學吳惟民教授的PPT:
斯坦福大學吳教授給出10-30年!!!你懂得!技術的創新,需要跨越“死亡之谷”!沒有人直接可以穿越死亡之谷直接到達自由世界!
實際上,我們要至少看到中試規模的穩定運行案例(經歷全年各種水溫變化條件),才可以評估這種革新技術的可靠性、穩定性,有可靠的中試數據,才有可能邁向更大尺度的生產性試驗研究和工程實施層面。
其實,在通往下一代可持續污水處理技術探索征程中,永遠沒有捷徑可選。唯有腳踏實地,尊重科學、尊重工程,才能在漫漫征程中看到曙光。關于對未來污水處理發展的技術路線及進展的個人思考,筆者以后會找機會逐步展示給大家。敬請關注!