第十五届上海国际水展

上海国际水处理展览会(环保水处理/膜与水处理)

AQUATECH CHINA 2022

202268-10

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污水是放错的资源——从国外经验看我国污水的资源化发展

 

全球面临资源短缺、水环境污染、全球变暖等环境问题,随着人口的持续增长和城市化进程的推进,水资源短缺将变得更加严重,城市生态将变得更加脆弱。人类面临前所未有的挑战要求我们在管理目标、政策和技术方面进行根本性的变革,目前各国纷纷推进循环经济政策,将可持续发展作为国家发展战略,推进资源循环利用、能源再生和环境影响小的可持续性发展的措施。

 

“污水是放错的资产”,污水中能量潜力巨大,通过厌氧消化等技术开发进行能量回收,可以供给污水处理厂运行能耗,甚至实现了完全能源自给。废水中氮、磷等有机质的循环利用也值得重视,尤其是不可再生的磷资源。废水中磷排放进水体会造成水体的富营养化,而回收利用可以缓解磷资源短缺的问题。为实现城镇水系统的持续发展,急需创新污水治理理念,发展新型污水系统。

 

20世纪60年代,美国提出了具有超前思维的“21世纪水厂”概念, 20世纪80年代初美国就建成了“21世纪水厂”。研究发现,已有的12个污水处理厂达到了90%的能源自给自足,其中大部分位于美国。例如,东湾市政公用事业区(EBMUD)污水处理厂(位于加利福尼亚州奥克兰市)的平均流量约为264 979 m3/d),2012年成为北美第一个能源中性污水处理厂。美国Sheboygan污水处理通过联合消化项目和700 kW的热电联产能力可以实现100%的能源自给自足。美国水环境研究基金(WERF)更是制定出至2030年美国所有污水处理厂均要实现碳中和运行的目标。

 

荷兰2008年制定出未来污水处理的NEWs框架,即未来污水处理厂将是营养物(Nutrient)、能源(Energy)与再生水(Water)的制造工厂。NEWs框架强调资源与能源回收,并示范了各种不同回收目的可能采取的工艺步骤(概念工艺),要求荷兰既有污水处理厂按框架内容、因地制宜地选择适合自己的升级改造工艺方案。在NEWs框架下,污水中几乎没有传统意义上的废物。①能源工厂:有机物为能量的载体,转化后可用于弥补运行能耗,实现碳中和运行目的;污水本身所含热量亦可通过水源热泵转换出大量热/冷能,不仅可贡献于碳中和运行,还能向社会输出热/冷。②营养工厂污水中的营养物,特别是磷,在处理过程中可有效回收,以最大限度延缓磷资源的匮乏速度。③再生水工厂:有机物及营养物回收完成后,也即完成了传统污水处理的主要目标,剩下的资源则是再生水,作为副产品随之产生。污水中的无机砂砾、纤维素一类的难降解物质、污泥中的重金属/生物塑料(PHA)等亦可列入回收清单。2016年荷兰污水处理厂厌氧消化产生的沼气达到1.18亿m3,几乎是荷兰沼气总产量的五分之一。荷兰统计局报告指出,2016年有14座污水处理厂配备了资源回收的设备,主要针对磷和纤维素的回收。

 

2016年的磷回收量约有40万kg,相当于农业化肥中磷用量的10%。例如,荷兰Garmerwolde污水处理厂利用沼气发电为工厂附近2500栋新建房屋提供热源。阿珀尔多伦市的Veluwe水局和Essent电力供应开始实行联合配给,实现了住房区域的二氧化碳足迹减少50%~65%。

 

新加坡新生水的使用可以追溯到20世纪70年代,2003年新加坡建设了第一家新生水厂勿洛新生水,采用膜处理技术。同年,新加坡公共事业局正式将高品质回用水作为工业用水和间接饮用水源补给,并确定了“NEWater(新生水)”的专有名称。新生水通过了15万多项科学测试,完全符合世界卫生组织的要求,可以作为间接饮用和非饮用水使用。作为间接饮用水使用,主要是将新生水和水库水混合后进行进一步处理后作为饮用水;非饮用水主要是用于超洁净用水要求的生产过程中,如用于半导体行业的晶圆制造,以及商业楼宇的空气冷却。新加坡每年有约5.95亿m3的污废水经过处理满足美国环境保护局和世界卫生组织标准的新生水。新加坡目前建设有五家新生水厂,可以供应40%的用水需求。预计到2060年,新生水公司将满足新加坡未来55%的用水需求。新加坡樟宜第二新生水厂使用能量回收装置实现了10%的能量节约。

 

目前我国急需创新污水治理理念,发展新型污水系统。未来中国污水厂的建设将是一个系统工程,将更加注重可持续发展,将污水处理融入到城市、流域整体考虑、统筹,实现资源循环利用,建立可持续的水资源解决方案,建设更具弹性的城市和城市群排水系统。

 

文章来源:上海国际水展

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