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        給水排水 | 分散式處理技術在城市/農村地區的創新應用

        張俊明 14764
        文章來源:給水排水    
          分散式處理是對現有城市供水和污水系統的有效補充,它能解決農村地區不安全的供水和衛生條件差的問題,并促進水和資源的原位回收和再利用。廣泛應用于集中式處理系統的技術可能并不總是適用于具有更復雜多樣的小規模分散式系統。本次大會有關于城市/農村地區分散系統先進技術和理念的研究和實際應用,重點關注源頭分離、處理、再利用,以及風險控制和運維的優化。廁所革命和新公共衛生運動

          受厄爾尼諾現象影響,在過去20年里我們遇到越來越多的極端旱災和水災。例如南非,內陸地區降雨頻繁,而處于地中海氣候的開普敦卻在近年面臨嚴峻的旱災挑戰。南非水研究委員會(Water Research Commission)的首席執行官Dhesigen Naidoo教授表示,除了自然氣候變化意外,基礎設施的不足也是水資源短缺的因素之一。他表示有很多方式可以增加水資源,例如收集雨水、居民和工業用水的回用,海水淡化等。

          雖然我們看到尋找更快更智能的解決方案的動力和需求,但是這些問題分散在不同部門,而且問題也不僅限于水,所以讓許多政府和地區不知從何做起。另一方面,發達國家的解決方案往往不能在發展中國家大規模復制,因為受到了金融、稅收、基建、人力、水和能源等各種資源的限制。發展中國家目前主要還是依靠原位公共衛生系統,但這也帶來了糟糕的用戶體驗和糞便污泥的安全清理處置的問題。面對這樣的困境,Naidoo教授提出了以“新公共衛生” New Sanitation)為核心打造新循環經濟的概念,他認為這可能是我們開啟通往循環經濟之門的鑰匙。

          

          Naidoo教授說的“新公共衛生”就是在此多重多種新技術和平臺組成,提供安全和有尊嚴的公共衛生服務,一方面耗水量低,甚至零耗水,另一方面有著無與倫比的廢物回收分流系統。蓋茨基金會的“廁所革命”推動這個理念的重要催化劑,他們召集了一支全球化的團隊重新定義廢物管理。

         

          Naidoo教授和同樣來自WRC的SudhirPillay博士介紹了他們在南非推廣的最新進展,如何通過和大學以及企業的合作將理念變成實際應用:例如蓋茨基金會聯合WRC,加州理工大學和中國江蘇宜興艾克森公司打造了一款能源和水自給的集裝化、模塊化的廁所設備就是一個很好的例子。他通過上下兩者韋恩圖來讓我們重新審視水-能源-食品-社會的關系。

          納米膜材料

          來自Cranfield University的Ewan McAdam博士介紹了基于納米膜的新型廁所設計。在他的研究中,納米膜廁所作為單獨的衛生系統引入家庭,并且有獨立的供電系統。

         

          為了解決糞便污泥特征信息的缺乏,他此前先對糞便污泥的沉降速度和回收量進行了評估,最終選出了兩階式沖洗模式實現尿糞的固液源頭分離。他也已開發一個小型的燃燒室處理糞便污泥,化學氧化的效果也得以驗證有效,產生的低等級熱量隨后用于為處理尿液的熱驅動膜分離提供蒸氣壓梯度。重要的是這項研究表明,通過將這種模塊化組件整合而成的納米膜廁所,可以為單一家庭提供完整的衛生設施,無需依賴外界電能。

         

          McAdam博士的研究也得到了蓋茨基金會“廁所革命”項目的資助。他表示下一步還需要對原型進行優化,畢竟現有的系統還是過于復雜。

          電化學技術的研究進展

          在各種新興的處理概念中,生物電化學系統(BES)利用微生物和電極的作用,能同步實現污水處理和資源回收,已經在處理各類廢水的研究中顯示不錯的潛力。本屆大會上我們也看到不少相關的研究進展。來自清華大學的左魁昌博士介紹了一項結合了中空纖維膜的微生物脫鹽電池(HFM-MDC)技術。他搭建的系統如下所示:

         

          在用實際污水運行105天后,淡水轉化率為86%,相應濃縮液(14%)的電導率為初始的6.7倍和并回收了98.7%的磷(40.9±4.9mg / L)。通過化學在線反沖洗和曝氣,HFM的跨膜壓力控制在≤20 kPa。他表示關于膜的生產和運行仍有待進一步的研究。

          來自中科院生態環境研究中心的胡承志博士則介紹了基于新型電化學的超濾膜反應器。它的電凝聚(EC)和電氧化(EO)被整合到一個反應器中,超濾膜組件被放置在電極之間的電場區中,目的是改善出水水質并減少膜污垢。

         

          由于形成了極化濾餅層,在較高的電場強度下形成的EMR顯示出較高的孔隙率和親水性,因此EMR顯示出比傳統的EC和UF組合更高的水通量。EO通過分解腐殖酸(HA)分子(例如羧基官能團和芳香族結構)來調節濾餅層的形態,從而得到更多孔隙的濾餅層,而EC增加了濾餅層的親水性,從而緩解膜污染。與EC-UF相比,EMR占地面積更小,并且由于改進的抗污染性和更緊湊的反應器設計,EMR也可降低能耗。他認為這種系統適合中國農村地區的分散式飲用水處理。

          


          厭氧膜生物反應器與厭氧氨氧化技術的結合

          日本國立東北大學的李玉友教授對日本污水處理技術的應用和研究成果進行了最新的回顧。討論了各系統的有效性,環境效益和實際應用的現狀,包括集中式工廠和分散式系統,其中包括了日本經典的凈化槽(Johkasou)技術的各種具體應用。

          

          他重點介紹了基于厭氧MBR和厭氧氨氧化的低碳設計:日本早在2000年就有了第一個AnMBR的工程應用,研究也從早期的產氫發展到如今處理市政污水。而他自己的實驗室從2011年起就開始對anammox的研究。李教授表示學術圈對兩種工藝已經分開研究了很長的時間了,但對于其結合應用的研究卻很少。

          他的團隊搭建的小規模實驗系統由一個運行體積為20 L的AnMBR和一個含有懸浮載體的7 L單階厭氧氨氧化反應器組成。這個新概念系統在日本仙臺的Senen污水處理廠,已經運行了200多天。AnMBR的HRT已成功縮短至6小時,而單階厭氧氨氧化反應器的HRT成功縮短至2小時。他表示在收集更多數據后會就這套創新結合型工藝的表現再作詳細報告。

          

        標簽:水處理

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