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在过去的几十年里,越来越多的环境问题引发了世人对于资源问题的新策略制定与思考完善,即在活性污泥工艺基础上,从污水中回收能源与营养物质。然而,截至目前,能源和营养物质的回收量仍较为有限。本文所提出的“污水生物炼制列”概念,若能最大化地运用到现有的和未来可能有的信息中,则可以实现生物能源、生物塑料、化肥的可持续生产。
一百年前,英国人Ardern和Lockett发现了活性污泥对于污水生物修复过程的重大作用——该物质可以使异养微生物同化或者生成氧化进水中的有机质。曝气后,悬浮的微生物可以利用重力从处理后的污水中分离开来,大部分污泥将会回流,这一部分污泥就被称为活性污泥。
迄今为止,基于活性污泥法的变种工艺已经在全世界污水处理厂投入运行,包括进一步的除磷、硝化—反硝化、厌氧氨氧化以及剩余污泥的厌氧消化等工艺。但是,曝气和回流污泥过程中需要消耗大量化石燃料所产生的能源,此举无疑又增加了大量人为的温室气体排放。除此之外,该过程同时还会产生潜在的温室气体,如CH4和N2O。从这个角度来讲,活性污泥法显然是不可持续的。
据统计,污水中蕴含着大量的隐形财富,其处理过程中所产生的化学能源可达用于处理污水所消耗能源的10倍之多。调查人员发现,截至目前,从剩余污泥的厌氧消化过程中或从微生物燃料电池中回收的能量,明显低于污水中实际包含的化学能源。因此,将来从污水中回收能源的可持续策略,不仅能减少我们对于化石燃料的依赖,还能满足人们对于日常资源的需求,如塑料和肥料。所以,尽管污水中的有机成分与无机成分的组成依赖于进水状况(城市污水或工业废水),具有随机性,但我们切不能掉以轻心,浪费可观的可回收资源。基于这个角度,本文引入了“污水生物炼制列”的理念,该理念是将不同生态位工程运用到未来污水处理工艺中,使不同微生物产生不同针对性的富集,同时还可以对能源和资源进行综合回收。
当前:基于活性污泥法的微生物和生物化学认识
长期以来,由于污水处理过程中的微生物群落结构与功能在很大程度上不为人所知,一直被视作“黑箱”。对于污泥中的微生物,早期研究大多数包括经典的分离法和利用光学显微镜对特定细菌群体进行形态鉴定(如丝状菌)。运用经典微生物培养技术,发现不动杆菌属(Acinetobacter spp.)有可能与磷的去除有关,亚硝化螺菌属(Nitrosospira spp.)被认为是关键的氨氧化菌,硝化杆菌属(Nitrobacter spp.)是最主要的亚硝化菌,生丝微菌菌属(Hyphomicrobium spp.)是关键的反硝化细菌。
过去几十年,经过对16S rRNA 基因序列检索的深度研究,已排除不动杆菌属是除磷过程的主要参与者。截至目前,一种属于β变形杆菌(Beta-proteobacteria)、未能进行纯培养和分类的菌属,称作Candidatus Accumulibacter phosphatis (CAp),在实验室规模和实际污水处理厂规模的反应器中,已经被证实是一种主要的聚磷菌(PAO)。不仅如此,随后的分子生物学研究也证实,聚糖菌(GAO)是Cap在污泥厌氧/好氧循环过程中的主要竞争对手。其中包括一种属于γ变形杆菌(Gamma-proteobacteria)新型的菌种,叫做Candidatus Competibacter phosphates ,还有属于α变形杆菌(Alpha-proteobacteria)的其他菌种。
至于氮素的循环过程,利用分子生物学方法已经确定新的“参与者”,包括不同类型的氨氧化菌,硝化螺状的微生物作为主要的亚硝化菌;水生螺菌属(Aquaspirillum)、 固氮弧菌属(Azoarcus)、索氏菌属(Thauera)和聚磷菌(如CAp)为主要的反硝化菌。最近,研究者又发现属于齐古菌门(Thaumarchaeota)的古细菌也对于好氧氨氧化具有催化作用。在实际污水处理过程中,氮素循环的过程会更加复杂,如已证实能进行厌氧氨氧化。这些生物属于浮霉状菌门(Planctomycetes),并被暂时命名为“Candidatus Kuenenia stuttgartiensis”
近年来,学者们在污水生物处理过程中微生物的生理生态学方面做了大量研究,发现采用荧光原位杂交法外加显微放射自显影技术(MAR—FISH)能使特定微生物直接可视化,并能将碳、氮和磷等基质的转化联系起来。利用MAR—FISH能研究PAOs和GAOs关于碳源的竞争,还能制定模型。在厌氧状态下,PAOs吸收有机碳源(如挥发性脂肪酸),并将其以聚羟基脂肪酸(PHAs)形式存储起来。当处于有氧条件下时,PAOs氧化PHAs,所获能量供给聚磷酸盐的吸收积累,使得磷元素通过回流污泥从污水中除去。在厌氧条件下,GAOs和GPOs竞争挥发性脂肪酸用于PHA的合成,而且在好氧的条件下GAOs并不积累聚磷酸盐,而是将能量用于糖类的积累。通过MAR—FISH法和染色法,证实了细胞内PHA或者聚磷酸盐的积累就是聚合物存储或循环的过程。其他运用MAR—FISH的研究则论证了聚脂菌(LAOs)生态学的潜能,例如微丝菌属(Candidatus Microthrix parvicella)能够在厌氧的条件下吸收并存储脂类物质,同时强调了此类丝状菌相对于其他菌种的优势,即其他菌种不能在厌氧条件下吸收脂类。
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8月7日,浙江金华市第二污水处理厂项目招标,总投资约60053.21万元,招标范围:施工图纸范围内的所有工程,招标人金华市水处理有限公司。建设规模1、本工程建设规模为新建1座日处理能力5万吨/日(土建按10万吨/日实施)的污水处理厂,采用半地埋建设形式,主要建设内容为污水处理、污泥处理、臭气收集处
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在活性污泥法的应用过程中,其处理效果会受到污泥回流比、曝气时间、污泥负荷、污泥沉降比、MLSS等因素的影响。因此,需要基于污泥沉降比作为指标来监控处理情况。SV(污泥沉降比),即在1000mL(也有显示为100mL)的曝气池混合液中,经过静置、沉淀之后,污泥和混合液之间的体积比。污泥沉降比能够表
目前,国内外通用的污水处理技术主要是采用活性污泥法,此方法具有处理彻底、有机物降解率高、二次污染小、能耗低和运行管理方便等优点。但也存在微生物对环境的适应有要求,特别是水温受自然环境影响的问题较难解决。冬季运行具有水温低、污泥活性较弱等特点,增加了活性污泥的处理难度,不利于污水处
活性污泥法是利用悬浮生长的微生物絮体处理污水的一类处理方法。为什么叫活性污泥?活性污泥基本概念是1912年英国的克拉克(Clark)和盖奇(Gage)发现提出的。他们对污水长时间曝气会产生污泥,同时水质会得到明显的改善。继而阿尔敦(Arden)和洛开脱(Lockgtt)对这一现象进行了研究。曝气试验是在
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编者按:从污水中回收磷的理论与实践始于上世纪末的欧洲,当时只是学术界和工业界的“自发兴趣”或“业余爱好”。当磷危机进一步逼近之时,普遍没有磷矿的欧洲意识到了问题的严重性,遂纷纷开始制定有关磷回收的政府条例。特别是当污泥焚烧逐渐演变为欧洲终极污泥处置大趋势后,各国均强调更高的磷回收
编者按:全球性生态危机促使污水处理转向资源与能源化方向发展。污水“能源工厂”或“碳中和”运行理念更是激发了人们从污水中回收能源的研究热潮。其中,微生物燃料电池(MicrobialFuelCells,MFCs)作为一种新能源方式,可将污水中有机质(COD)直接转化为电能,似乎预示着一种污水能源化革命,以至于
图文摘要文章亮点对比了各金属离子作用下藻酸盐的超滤回收特性阐明了金属离子缓解藻酸盐超滤的膜污染机制引入高价金属离子的藻酸盐或可作为新型纳米材料通过光学显微镜、DLS、FTIR、XPS和SEM分析了回收物(滤饼)文章简介藻酸盐是一种天然聚合物和可再生资源,具有较高附加值。它是由β-D-甘露糖醛酸残
磷是动植物生长必不可少的营养元素,也是不可再生的有限资源,而城市化后的现代卫生排水设施使其断了回归土地之路,导致其呈直线流动形式从陆地逐渐流向海洋。磷危机已经出现,没了磷便意味着人类食物从此会断档,这个时间很快,最多也就100年的功夫。前几期推送已向大家介绍了农村地区应坚守“粪尿返
磷酸盐是磷矿的主要来源,80%的磷矿石都用于生产磷肥,剩下的20%用作生产洗涤剂、动物饲料等其他产品。主要的磷生产国有中国、美国、摩洛哥和俄罗斯。在欧洲,芬兰是唯一有磷矿的国家,但储量非常有限。过去两年多的全球新冠疫情和日益紧张的国际关系让欧盟意识到,在特殊时期,商品和原材料的全球化流
编者按:近年,从视污水为一无是处的废物到把它当作全身是宝的话锋显得突变。尽管污水资源化实操还存在技术、经济问题,但一时间来势汹汹的学界态势确实说明污水处理技术未来发展方向将以资源化、能源化为主要目标。这种理念的转变显然是基于人类对自身发展模式的逐渐认识与否定,遂倡导可持续发展之模
厕纸等纤维素成分在污水中含量不菲,它们在生物处理过程中非但很难降解,反而会增加系统的运行负担。因此,国际上已开始从污水中分离纤维素的研究与实践。为探讨纤维素对污水生物处理系统性能与运行的影响,采用小试变形UCT工艺考察了它们的影响程度并揭示出影响机理。结果显示,纤维素存在只会在短期内影响COD、N、P去除,表现为曝气氧量不足。只要提高2~3倍曝气量便可恢复出水水质。
磷是生物体内一种必不可少的营养元素。人体内磷大约占体重的1/10,几乎参与到所有的生化反应;同时,磷也会通过促进脂肪与脂肪酸分解而调节人体酸碱平衡。
目前可持续性正在成为人们关注的一个主要问题,以更加综合和创新方式解决水问题就显得十分重要。因此,研发更加可持续性工艺至关重要。在可持续过程中追求的是回收所有有用资源,例如,化学品、营养物质、能源和水本身。在这方面,污水可以被视为资源与能源的载体。回收养分和有机(COD)能量后,出水作为副产品可以用作再生水利用;这与传统工艺完全不同,它们一般不考虑资源与能源回收,而是仅将出水作为主产品(中水)加以利用。事实上,有机能源回收可以显著减少剩余污泥产量和CO2排放量,而回收磷酸盐则可以缓解对磷矿的消耗。
碳中和是一个使全球污水处理厂均实现可持续性的重要议题。欧洲和北美多年前便已已开始向着各自污水处理碳中和运行迈进,且已制定至2030年实现各自碳中和运行的目标。例如,荷兰应用水研究基金会(STOWA)在2008年已制定从污水处理厂回收资源与能源的路线图,并为未来污水处理厂勾勒出一种全新的概念:NEWs(Nutrient++EnergytWaterfactories)。许多研究与尝试已经被用于探索从污水中回收能源,以原位弥补运行能耗,从而实现能量中和之可行;这些举动实际上是支持污水处理厂全生命周期内减少温室气体排放的目标。确实,一些能量中和运行的污水处理厂在
5月22日,陕西水务发展环保集团与紫阳县政府在紫阳县签订污水处理合作协议。紫阳县人民政府副县长秦宗道与陕西水务发展环保集团董事长李瑞平代表双方签订合作协议。紫阳县委副书记、县长王燊、陕西水务发展集团副总经理曹新红等人见证签约。签约前,紫阳县住建局和水务发展集团安康环保有限公司负责人
近日,上海市政总院承担武汉左岭污水处理厂二厂及配套设施新建工程设计工作,项目规划总规模20万吨/日,总占地面积16.06公顷,一期工程6.5万吨/日,占地面积8.44公顷。项目建成后将显著缓解武汉新城左岭片区工业污水处理压力,为长江生态保护提供关键支撑。创新工艺突破技术瓶颈针对武汉新城左岭片区电
2025年5月21日,南京桥北污水处理厂分布式光伏发电项目顺利竣工验收,该项目由南京金环新能源有限公司投资,中国市政工程中南设计研究总院有限公司设计,湖南筱豪新能源有限公司承建。项目位于南京市江北新区,通过深度融合污水处理厂空间资源与新能源技术,采用5492块天合光能最新一代N型i-TOPCon双面
尊敬的参展商:国务院发布《水污染防治行动计划》(简称“水十条”)后,全国实施全面推进环境治理体系和治理能力现代化,并要求到2030年,力争全国水环境质量总体改善,水生态系统功能初步恢复。涉及的方面包括污染严重水体、饮用水安全保障水平、地下水污染、近岸海域环境质量等。随着“水十条”的深入
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日前,西安渭北污水厂提升改造项目招标计划发布。该项目占地面积112.91亩;主要建设内容包含新增二沉池、配水井、污泥泵池、粉碳接触池、气浮池和除氟高密池、除硬高密池、投药间、污泥脱水机房等污水处理构筑物及对调节池、生物池、除臭等系统改造,总建筑面积8950平方米(最终以资源规划部门审定面积
2025年5月13日,在太湖之滨的江苏宜兴,水务领域迎来一场里程碑式的合作——富兰克水务(集团)与全球水泵行业领军企业格兰富集团正式签署关于二次供水系统开发的战略合作协议,双方就二次供水系统领域全流程的供应链管理服务展开合作。这一合作标志着我国本土水务企业与跨国技术巨头的深度融合,为全
中国电建集团环境工程有限公司(简称“电建环境公司”)是中国电建集团为进一步整合环保工程领域咨询、设计、技术、投资、施工和品牌资源而成立的专业化平台公司,旨在将公司打造成系统化、集成化、全产业链、全生命周期的一站式环保服务提供商。电建环境公司作为中国电建集团旗下专业平台公司,具备“
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