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李經理
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西安高新區錦業路錦業時代A3-307室發展以資源、能源回收為主的可持續污水處理是目前乃至今后很長時間內技術研發的核心。磷回收和碳中和是未來污水處理技術核心雖然從理論上看污水中可能含有萬種潛在物質/元素，但是，最為急迫和現實的當屬磷回收。在能源回收方面，除有機能源外，污水溫度所含熱量亦不可小覷，它甚至可以產生比COD還多的能量，至少可以作為有機能源赤字的補充，使污水處理達到能量自己自足的“碳中和”狀態[2]。
因此，未來污水處理方向將是一個中心（可持續），兩個基本點（磷回收與碳中和）。技術研發始終將沿這一方向推進和應用。
磷像其它物質一樣，主要存在于地殼之中。農耕文明時期，人與土地之間建立起一種樸素的物質循環方式 [圖1（a）]，根本不知道開采磷礦藏。工業革命后，人類“聰明”地發明了化肥，用之代替水沖馬桶與下水道導致不可能再回歸土地的營養元素。結果，磷被送上一條“流放”海洋的不歸之路 [圖1（b）]；同時，導致地表水體富營養化現象增多。按每年對磷需求量增加3%來計算，全球可以經濟開采的磷礦將會在50 a內用完，而全球全部磷儲量將在100~200 a內耗盡[13]。
顯然，控制磷的匱乏速度必須立刻恢復已基本消失磷循環，其中，從點源——污水中回收磷則成為最大的一種可能。為此，市政污水與動物糞尿（為污水中磷含量的5倍）一起已被看作是“第二磷礦”[13]。對污水實施磷回收也意味著將水體富營養化防治與磷的可持續利用有機結合，具有一石二鳥之作用。磷回收目標產物目前對鳥糞石（MgNH4PO4×6H2O）趨之若鶩，因為其中所含P折標P2O5后高達51.8%（基于MgNH4PO4計算）。
我們經10年研究與調研表明[14]，從污水中以純鳥糞石形式回收磷在技術十分困難、回收成本也很高，很可能出現買豆腐花了肉價錢的尷尬局面。況且，鳥糞石其實是一種緩釋肥，并不適合直接用于糧食生產，較合于果木、園林等施肥。事實上，磷回收產物更多去向應為磷肥工業，而磷肥工業對磷礦石成分并無喜好，只求盡可能多的磷含量。不論何種磷礦石，在磷肥生產時都會被濕法或熱法溶解，只取其中的PO43-。這就是說，從污水回收鳥糞石技術上非常困難，而實際中也沒有必要，完全可以因地制宜地回收其它形式的磷酸鹽。
為避免、甚至消除傳統污水處理“以能消能”、“污染轉嫁”的弊端，歐美學者本世紀初已提出污水處理應向著“碳中和（Carbon Neutrality）”目標方向發展。應對這一挑戰，美國計劃到2030年時基本實現污水處理碳中和運行目標[15]。率先提出可持續污水處理概念的荷蘭等歐洲國家也不甘示弱，為此早已制定了著眼于包括碳中和在內的2030年污水處理技術路線圖[5]。
磷回收和碳中和是未來污水處理技術核心
污水處理碳中和狹義目標就是能源使用要實現自給自足，廣義目標還包括因資源回收、利用所引的廠外其它耗能下降導致的CO2減少。顯然，污水處理要實現碳中和運行目標，唾手可得的能源當屬剩余污泥厭氧消化產CH4。然而，剩余污泥產量的多寡又受進水有機物濃度的限制，并不一定能完全滿足碳中和運行的需要，這就需要考慮利用污水余溫中所蘊藏的可觀熱量。此外，國外一些污水處理廠甚至還采用風能和太陽能來滿足能量的需求。表1[2]總結了國際上一些致力于碳中和運行的污水處理廠情況。這些實例表明，基于剩余污泥有機物能源可以滿足或最大程度滿足碳中和運行目標。此外，我們針對中國污水水質特點及常用工藝，以北京某大型市政污水處理廠（COD=400 mg L-1）為例，詳細計算了該廠有機能源利用僅能滿足53%的碳中和運行目標，赤字能量可以通過水源熱泵轉換污水中熱量予以實現。
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