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江南,可持续发展-城市水循环创新技术：经过十年磨砺的SANI杀泥工艺
时间：2023-11-09
焦点提醒：可延续成长-城市水轮回立异手艺：颠末十年磨砺的SANI杀泥工艺
SANI 杀泥工艺引见（视频） © 喷鼻港科技年夜学 HKUST
水乃万物之源。诚然地球的绝年夜部门是水，可是此中97%是含盐的海水,别的3%的淡水中年夜部门又是以固态情势具有在冰川当中。所以可想而知，能够供给人类利用的淡水资本是少之又少！而这宝贵的淡水资本又由于其散布不均和逐步蒙受污染，间接影响着社会的可延续成长甚至人类的健康。据报导，全球约15亿生齿面对淡水不足问题，此中3亿生齿处在完全缺水状况。估计到2025年，全球将有30亿生齿缺水。我国人均淡水据有量为2240立方米，仅为世界人均程度的1/4，属中度缺水国度。因为水资本遭到过度开辟、污染且操纵率很低等问题，水资本的匮乏已显现出限制城市经济和社会的可延续成长的态势。若何节俭淡水资本、开辟“替换性”水资本、净化污染水质已不但仅是热点的科技问题，更是迫在眉睫社会问题。
作为一个严峻缺少淡水资本的海岸城市，喷鼻港自上世纪五十年月起，一方面成立长距离供水管道输入东江源水，另外一方面最先采取海水冲厕。按照喷鼻港水务署2014年的陈述显示，喷鼻港海水冲厕系统（图1）现时笼盖全港720万生齿中的八成，平均天天为喷鼻港供给760000立方米的海水作冲厕利用节流22%的淡水资本。喷鼻港50年的经验证实海水冲厕根基不形成任何小我和公共卫生未便，采取年夜管径的水泥防腐管为骨干道与小管径的PVC管建筑物管道构成的海水供给管网腐鉵问题能够有用处理。与年夜量水资本节流的本钱（海水冲厕能耗不跨越海水淡化能耗的五十分之一）比拟，节制少部门加压管道硫化物发生和污水厂装备防腐处置所需要的本钱就变得很无限。在此根本上成长的喷鼻港国际机场淡水海水中水“三水供水系统”（图1）节流水资本率达52%，被《天然》杂志（337卷781页）评价为今朝最为有用的可延续水资本系统之一。
图1：立异城市水轮回系统：“三水”供水系统与SANI工艺联用概念图 © 喷鼻港科技年夜学 HKUST
因为海水冲厕手艺在喷鼻港的年夜范围利用，发生含必然量硫酸盐的高盐城市污水，使得其无机物（COD）与硫酸盐（SO42-)的比例为1.3- 2.4 (g COD/g SO42---S)，供给了经由过程硫酸盐还原进程实现快速厌氧去除无机物的可能性。经由过程遭到此一开导后的文献查询拜访和不竭的思考，加上2002年荷兰代尔夫特理工年夜学Make van Loosdrecht传授来访喷鼻港科技年夜学时的鼓动勉励，喷鼻港科技年夜学陈光浩传授在与2004年起首提出了基在异养硫酸盐还原(Sulfate reduction)、自养反硝化(Autotrophic denitrification)、硝化反映(Nitrification)一体化(Integrated)原创型高盐城市污水处置的新工艺,简称SANI工艺®™， 并在2004年取得了喷鼻港研究帮助局（HKRGC）研究项目标帮助。SANI工艺将硫酸盐还原为根本的高效厌氧（水温20度时水力逗留时候可降至4小时之内）引入城市污水处置，同时操纵所产年夜量消融性硫化物（年夜量硫酸盐还原主动提高反映器pH至碱性程度使得所产硫化氢几近完全消融在水）作为代替无机物的电子供体体实现后续自养反硝化（无机物非依靠性除氮进程）。SANI工艺是第一次在城市生物污水处置中将厌氧除碳反映和自养反硝化无机地毗连起来。因为这两个反映进程自己产泥很少，加上产泥又少的硝化反映，理论上实现污泥泉源显著减量（是以SANI工艺的中文名也称之为杀泥工艺®™）。为验证这些工艺特征，陈光浩研究团队2003年最先小试，2010年完成中试，2015年完成第一个日处置1000吨的示范项目，现正进行SANI工艺优化设想后的1000吨示范项目，介入港科年夜SANI工艺、法国威立雅MBBR工艺和荷兰NEREDA工艺的同范围现实利用评估项目。在接下来的5-10年内，实此刻国表里沿海，岛屿和内陆分歧地域必然范围利用的方针。
SANI工艺根基道理如图2所示，与基在碳氮轮回的活性污泥法工艺比拟，SANI工艺奇妙地操纵了含盐污水中的硫作为电子载体（供受兼用），在碳氮轮回中引入了硫轮回。它经由过程生物厌氧硫酸盐还原进程将污水中的无机污染物氧化并发生碱度，使得年夜量（90%）的电子经由过程同化代谢路子流向消融性硫化物（HS-，S2-等）留在水中。
图2. 保守生物脱氮工艺和SANI工艺的概念比力 &cop����APPy; 喷鼻港科技年夜学 HKUST
因为唯一少许（10%）的电子流向同化代谢，污泥产率就被年夜年夜地的下降。与此同时，载有年夜量电子的硫化物并未完成任务，如就此排放,就又回到了COD的情势，等在未处置。是以必需让它们进入缺氧反映器为自养反硝化供给电子源，将硝化进程发生的硝酸盐氮改变成氮气，从而实现生物脱氮，并将其本身氧化回硫酸盐。因为年夜量的电子流向生物脱氮加上高效自养反硝化和低产N2O温室气体等特征，消弭了现有以异养反硝化为手段的生物脱氮瓶颈，也对提凹凸碳氮比污水中的生物脱氮供给了方策。经由过程硫轮回，SANI工艺不但下降了COD去除进程中的耗，并经由过程硫酸盐还原（厌氧），自养反硝化和硝化（自养）三种均很是低污泥产率的生物化学反映，实现了残剩污泥泉源减量的最年夜化。基在化学反映计量方程的推算，SANI工艺全体污泥产率理论值能够低至0.04 （gVSS/gCOD去除），为现行活性污泥工艺的十分之一。
SANI工艺成长进程
陈光浩团队在完成一系列前期摸索工作后，在2004年至2008年时代，对SANI工艺进行了持续运转500多天处置人工摹拟高盐糊口污水尝试室小试，验证这套立异工艺的可行性。成果十分抱负，COD和TN平均去除率别离到达95%和74%，不必排泥（图3）。
图3.SANI工艺小试尝试 © 喷鼻港科技年夜学 HKUST
随后在2008-2010年间，该团队又设想、安装和调试了水量天天10吨的SANI工艺中试示范系统（图4），进行了持续不变处置喷鼻港东涌泵站现实含盐污水225天。中试成果不但包管了较好的COD、TN去除率，同时也得出污泥产率仅为0.64 kg TSS/day，实现了污泥减量90%。以中式实验成果估算，与保守活性污泥法工艺-污泥消化处置措置系统比拟，SANI工艺能够节流能耗35%，削减温室气体排放36% 。
图4.SANI工艺中试示范 © 喷鼻港科技年夜学 HKUST
2013-2015年在沙田污水厂睁开的年夜型示范实验，天天平均处置一千吨现实污水，示范成果显示系统COD和总氮去除率可高达80%，生物处置进程中污泥减量达70%摆布。高效混凝沉淀手艺处置生物处置单位出水的示范显示，污水中75%的总磷能够被去除，同时其用地与保守沉淀池用地比拟削减70%。
图5.SANI工艺年夜试示范 © 喷鼻港科技年夜学 HKUST
SANI工艺合用性
SANI工艺的发现源在海水冲厕在喷鼻港的年夜范围利用，操纵海水中的硫酸盐作为电子载体，实现碳、氮污染物的低能耗去除,并年夜年夜削减污泥产量。固然海水冲厕手艺还没有在国表里年夜范围利用，经由过程简洁的项目手段向沿海地域现有污水厂引入少许海水，便可革新成SANI工艺。除海水外，硫酸盐还能够从其它便宜来历中取得，如酸性矿山废水，纸浆废水，烟气脱硫废液，高盐地下水等。透过上述非凡含硫废水与糊口污水的一体化处置，我们即可以把此项以硫为电子载体的污水处置新手艺，推行到不管是沿海城市仍是内陆地域。固然在这些利用进程中，我们必需细心节制硫酸盐的投加量，避免太高的硫酸盐会对受纳的地表水体和地下水形成不良影响(不包罗海洋的间接排放)。一般而言，我们只需连结出水硫酸盐的浓度低在饮用水尺度，即250mg SO42-)/L便可以。这对操纵SANI工艺处置我国年夜部门糊口污水是可行的。跟着SANI硫高效截流回用新手艺的不竭晋升，SANI工艺在内陆地域的普遍利用将变得十分可行。
海水冲厕与SANI工艺在我国的利用前景
海水冲厕与SANI工艺在中国有着庞大的成长空间。中国有16个水资本重要的沿海城市 （图6）。这16座沿海城市总生齿达9200万人。如未来引入海水冲厕（可节俭20%-30%的淡水）并采取SANI工艺处置高盐城市污水的话，污泥减量所带来的社会效益十分庞大。以每人每一年发生4.6千克干污泥估算（人均产泥数据引自觉表在国际期刊《Water Research》（第78卷60页）引见中国污泥处置措置与治理近况的文章），每一年共产约40万吨的干污泥。若SANI工艺利用在这些城市的话，能够年夜幅度的下降这些污泥的处置进程，同时也每一年能够节俭6 GWh的能耗和19万吨的二氧化碳排放。
图6. 国内16座淡水资本重要的沿海城市 © 喷鼻港科技年夜学 HKUST
本文作者为喷鼻港科技年夜学SANI工艺科研团队。
来历：国际水协会（IWA）官网www.iwa-network.org
