污水处理过程中的“碳中和”技术-solarbe文库

资源描述：

2017年4月污水处理过程中的“碳中和”技术 225 污水处理过程中的“碳中和“技术程艮风张婧颜康康南昌大学。江西南昌330031 摘要全球变暖愈演愈烈，其主要原因在于大量的温室气体二氧化碳的排放。为此低碳生产、生活势在必行，于是近年来许多学者提出了碳中和理念。在污水处理过程中水中的c0D被微生物消耗，却产生了温室气体二氧化碳并排人了空气当中，与此同时曝气等过程中的动力消耗也产生了许多温室气体。水污染解决了却将污染转移到了空气当中。为实现碳中和的概念，污水厂首先剖析污水处理与碳排放之间的关系，明确发掘污水／污泥中有机能源对C0的综合减排效果，再据此提出细化的低碳技术。关奠词污水处理碳中和污泥消化引青近几十年来，由于工业生产的急剧发展和人类生活的质量的快速提高。化石能源的开发和使用急剧增加。与此同时大量的二氧化碳排放量也激增。以我国为例，1994年C02排放量为30．7亿t，到 2004年已增长到50．7亿t。而大气二氧化碳含量从1000年前的28010“上升至2000年前后的36010一，升幅高达28．6％，2014 年则达到38510～。大量的二氧化碳排放造成了全球气候变暖，冰川融化。海平面上升。极地物种面临着巨大的威胁，沿海城市也面临着沉人海底的风险。介此，联合国发起了多项倡导和协定，‘巴黎协定于2016年11月4日正式生效，中国作为世界最大的碳排放量圈也加入了该协定，中国明确了二氧化碳排放 2030年左右达到峰值并努力尽早达峰等一系列行动目标。工业革命后，人类的生活质量逐步提升，工业生产量也日新月异，人均用水量也与日俱增，产生的污水量便随之增加，污水中的污染物也日益复杂，伴随着第二次工业革命，污水处理应运而生。污水处理实质是通过人工各种复杂技术手段，不惜消耗资源与能量，来分离、降解、转化污水中污染物绝大多数为有机污染物的复杂过程。从某种程度讲这是一种。以能消能”“污染转移”的非绿色手段。换而育之，这就是一种以消耗能源的碳排放过程，或者是一种从水污染向大气污染的逐渐演变过程。现如今的污水处理手段显然与碳中和目标相悖。碳中和是指通过计算企业二氧化碳的排放总量，然后通过植树造林，研究可再生能源、增加温室气体吸收等方式把这些排放量抵消掉，已达到生态文明的目的。在解决污水的问题上，人们的固化思维是“节流”，但是“开源”也是一种十分有效的途径。污水实际上是一种资源与能源的载体B J，污水中含有大量的有机物。有机物是一种舍能物质，每克COD 含约1．4104J的代谢热。污水中还舍有大量的植物营养素氮、磷、钾。传统的污水处理手段是利用细菌代谢污水中的有机物，为了使之工作效率提高，人们还需大量的动力来曝气，增加水中的DO，细菌代谢会产生大量的二氧化碳，为提供曝气所用的动力也会产生大量的二氯化碳。从能量利用与控制温室气体排放的角度综合衡量，这种方式有悖于可持续发展的战略。【．o 可持续发展新型水处理方式，利用细菌和藻类互利共生，细菌为藻类提供碳源_0，而藻类可以利用污水中的植物营养索生长代谢为好氧细菌提供必要的受氨体旬2。为了从真正意义上的利用水中的能量，我们需要资源型藻类与细菌共生，例如可以产单胞蛋白，或者是油脂等人类所需要的资源的藻类。此种方式，藻类可以固定太阳能，最终我们所获得能量或许将会大于污水中有机物本身所含的能量，但是从理论上却无法实现利用资源型细菌，因为污水中的污染物质十分复杂，需要多种细菌协同作用，无法利用单一或者是几种类型的细菌将污水净化。此种方式也只是在理论上行得通，在实际运用中还有许多难题要克服。首先，难以寻找到可以在污染复杂的污水中高效生长的资源型藻类；其次，以现在的技术手段难以从污水中分离出藻作奢简介程艮风1996一，籍贯江西郡阳，工作单位南昌大学，电子邮箱190484288qq．com。万方数据 226 江西化工 2017年第2期类，或者是收集成本较之其带来的利益来讲太高；与此同时，利用这种方式所产的营养物质是否能被人们接受还有待考证。除此之外，污泥可以作为一种潜在的绿色能源。污泥中含有大量的寄生虫卵，病原微生物，细菌，合成有机物及重金属离子，植物营养素氮、磷、钾。‘3j 中国主要的污泥处理方式有填埋处理，海洋处理，和焚烧处理。污泥填埋是目前国内最为广泛的处理方式，但是无你本身的含水量很高，经过处理后的污泥含水量仍然达到80％左右，易造成填埋场渗滤液产量增加，造成地下水污染，其质地疏松，填埋土层不稳定，填埋层塌陷几率大，且我国土地利益紧张，开辟新的填埋场成本太高。海洋处置污泥虽然简单易行，但是却没有对污泥进行任何预处理，此种方式易造成海洋污染．对海洋生态系统和人类食物链造成威胁。污泥焚烧前期投资较大，后期运营管理要求高，且存在尾气污染，产生有毒气体的问题。这几种传统的污泥处置方式都没有利用到剩余污泥中的能量，且污泥中的病原微生物，且重金属离子等造成较大的环境危害。故此新的污泥处置工艺便应运而生。目前用于污泥稳定的技术手段有好养消化、厌氧消化、污泥堆肥等。 ①好养消化好养消化主要是通过好养氧化作用，使污泥中有机物矿化的过程。在此过程中，大部分的污泥处于内源呼吸期。H o 原因是污泥中的细菌量过多，而胞外的有机物过少，导致部分细菌裂解，部分细菌个体处于内源呼吸期。其产物是二氧化碳，水，氨气等。此种方法虽然降解了污泥中大量的有机物，但是并没有从污泥中获取能量，但是却减少了后期处理对环境的危害。 ②厌氧消化厌氧消化指污泥在厌氧的条件下通过微生物的降解消化作用使有机物分解，最终产生以甲烷为主的沼气等，使污泥的理化性质相对稳定。首先，有机物被水解和发酵转化成单糖、氨基酸、甘油、及二氧化碳、氢气等；然后在产氢产乙酸菌的作用下，有机产物被转化为氢、二氧化碳和乙酸；最后通过产甲烷菌将氢和二氧化碳转化为甲烷，同时乙酸脱羧产生甲烷。【41 污水厂可以在厂区设置污泥消化池，利用其产生的甲烷发电给污水处理提供电力。此种形式虽然可以回收利用污泥中的能量，但是受限于细菌的裂解率以及过程复杂，导致其能量重复利用的效率低下。 ③污泥堆肥堆肥是利用污泥中的微生物在潮湿的环境下进行发酵，从而将污泥中的有机成分氧化分解并转化为类腐殖质的过程。H 3 经过堆肥处理，污泥中的寄生虫和病原菌几乎被完全杀灭，能被植物利用的营养成分增加，故不会对环境造成很大的危害，经过堆肥处理的污泥可以作为肥料排入农田当中以减少化肥的使用，同时这种处理手段不需要经过脱水处理，可以减少动力损失。这几种方式都受限于细胞的裂解率，因为污泥中的有机物绝大多数存在污水处理的细菌胞体当中。如果细胞的裂解率不够，那么各种措施就不能有效地利用污泥中的有机物。故“细胞破壁”即细胞裂解是污泥预处理的关键技术。目前有关于污泥消化预处理技术的研究较多，其中包括超声波、微波、热解、及机械处理和碱和臭氧处理等手段。”1 有研究证实，当pH值大于12并保持一段时间，利用强碱和石灰能杀灭众多细菌。L60 结语 “碳中和”在某种程度上是一种低碳运行理念，在污水处理过程中应不断开创和完善新的低碳运行和碳回用的技术手段才有可能真正逼近“碳中和”。同时我们也应该开放思维，污泥的处理手段不仅限于污泥厌彩好养消化或是污泥堆肥，我们还可以用人们可以利用的原生动物或者微型后生动物等来摄取污泥中的细菌。例如，蚯蚓可以用来处理剩余污泥，蚯蚓的活动可以处理有机废物，其本体可以提供蛋白质用来养鱼，且其粪便是植物生长的极好肥料。参考文献 [】]王丽艳，张靳超．城市污水处理中的二氧化碳排放与碳资源化利用研究[J]．绿色科技，2012，06198 200． [2]郝晓地．可持续污水一废物处理技术．北京中国建筑工业出版社．2006． [3]程吉宏．北部污水处理厂污泥消化系统大修技术措施探讨[J]．环境保护与循环经济，2010，0755 57． [4]王星，赵天涛，赵由才．污泥生物处理技术．冶金工程出版社．2010．P1223．万方数据 2017年4月污水处理过程中的“碳中和”技术 227 [5]郝晓地，涂明，蔡正清，甘一萍．污水处理低碳运行策略与技术导向[J]．中国给水排水，2010，241 6． [6]郝晓地．污水处理碳中和运行技术北京科学出版社，2014．11．P313． The tecllIlolo斟of‘‘carbon neutral”in the sewage treatnlent C眦NG Gen一哑嬲ANG J崦YAN l【angkang №艄lk增，砌们妙，且喇涮『口，lc地增330031 Al s崃tglobal wa珊irIg i8 intemi即ng．弧e nlain删啪n is tlIat a large锄。岫t of eInissio璐of孵IlIlouse ga8鹤．So，low 蚀由∞prDducdon舳d lif白脚e am jml啪dve．Recem yea珥，m鲫y schola腭put fb州ard me idea carbon neutral．In tlle∞w。 age tr∞衄ent proce髓，COD i8 c∞8mning byⅡlicroorgani8m．But it let8 the野∞nhouse g鹊carbon dio】【ide into the air．At tIle s锄e d眦，in t}地pm渤8∞of∞mti∞舳d o山er power con8岫幽on also produce m明y舀僦rIllou∞ga8∞．The pouud仰 tra瑚port8细m water into air．T0 budd∞wage pl蚰t c108ed to cdⅪrI neu仕al，6璐t of all，we 8hould姐aly跫tlle∞wage骶at· mem 8nd tIle relado啮llip betw∞n the car王on emi髓io鹅，鲫d删llce t王Ie e矗如t“excava石on／∞w89e sludge o瑁删c朋e聊r 8”thesi8 to C02 emi鹊i∞reduc60n clear．B聃ic on it，we c锄put foMard teclIIIolo玺鹤0f 10wcarbon． Key Words臼ea佃弛nt8ew89e ca由on neu也Bl 8ludge dig鹪ti伽万方数据