18項未來污水處理節(jié)能技術報告：改善現(xiàn)有污水廠能耗效率

　　 2015年，美國水環(huán)境研究基金會WERF、國際水協(xié)會IWA以及紐約州能源研究與發(fā)展局NYSERDA聯(lián)合發(fā)布了一份名叫Assessment of Technology Advancement for Future Energy Reduction的報告。這份報告對18個專項技術領域進行了評估，評估內(nèi)容包括其技術成熟度、對行業(yè)產(chǎn)生的影響以及推廣應用潛力等方面。這份報告將18個專項技術領域劃分為了三大主題進行評估分析，IWA微信公眾號將向讀者分四期分別進行介紹。第一期的主題是改進現(xiàn)有污水廠的能耗效率(Improving Energy Efficiency in Existing Treatment Facilities/Processes).

　　該報告分析了包括厭氧氨氧化（主流短程脫氮）、厭氧微生物群落的基礎理論的深化、生物沼氣的加工、厭氧消化的預處理工藝以及好氧顆粒污泥系統(tǒng)。報告結(jié)果顯示，主流短程脫氮和熱解/氣化最有可能在近期得到工程化實踐。這幾項技術是報告所評估技術中最成熟的，而且它們的實施投放也相對較短；同時，主流短程脫氮和主流厭氧處理則被認為能在近期對污水行業(yè)的能源利用產(chǎn)生重大影響。另外報告也強調(diào)，厭氧微生物種群的基礎研究是對上述兩項技術日后發(fā)展，以及對既有厭氧消化技術優(yōu)化的關鍵助力因素。專家認為研發(fā)新技術實現(xiàn)厭氧微生物種群系統(tǒng)功能的實時監(jiān)測是這方面研究的關鍵所在。

　　厭氧氨氧化（主流短程脫氮）

　　主流厭氧氨氧化脫氮工藝利用了氨氧化菌AOB和Anammox菌的協(xié)同作用，無需外界碳源，即可將氨氮轉(zhuǎn)化為氮氣，整個過程需要更少的氧氣，因此能減少因曝氣產(chǎn)生的能耗；另一方面由于抑制亞硝態(tài)氮氧化菌（NOB菌）而減少的SRT也將有助提高系統(tǒng)單位體積的處理能力。這個工藝已經(jīng)廣泛用于處理污泥經(jīng)脫水后產(chǎn)生的高濃度側(cè)流液。如今大家正在研究它應用在主流處理的可行性。

　　主流厭氧氨氧化脫氮工藝需要對系統(tǒng)進行連續(xù)監(jiān)測，及時對運行進行調(diào)整，對自控系統(tǒng)有很高的要求。另外一個重要難度在于出水水質(zhì)的限制：這個工藝需要保證反應系統(tǒng)的出水氨氮保持在2-3mg/L的水平，但是該濃度可能并不符合出水氨氮有嚴格標準的污水廠的要求，所以還需要進一步深度處理。

　　能耗方面，專家們認為該工藝的一個主要亮點在于它不需要外加碳源，所以能盡可能地回收前置工藝的碳源用于厭氧消化，這也進而減少了生物反應池的曝氣需求?？捎玫那爸霉に嚢薬）主流厭氧處理，b）A段吸附反應器(可按需選擇是否投加化學品)，c）強化初沉處理。選擇不同的前置工藝對能耗的影響也是不同的，因為它們會影響不可溶、可溶和膠體狀碳源的分布比例。該工藝技術的另一個能耗優(yōu)勢在于它對DO的要求更低。

　　加深對厭氧微生物群落的理解

　　要實現(xiàn)能量自給甚至能量盈余的污水廠，很大程度依賴于厭氧系統(tǒng)的應用。這需要對異養(yǎng)厭氧微生物群落有更深入的認識，在此基礎上把厭氧技術應用于二級/主流處理和現(xiàn)有厭氧消化的優(yōu)化。這方面的研究例子包括：

　　微生物生態(tài)學的研究，優(yōu)化微生物群落

　　研究生物反應中的中間產(chǎn)物

　　理解電子轉(zhuǎn)移、生物膜和顆粒

　　從根本上搞懂群落結(jié)構(gòu)的變化，包括其負荷以及物質(zhì)組成

　　識別各種代謝路徑，提高消化效率

　　研究短期厭氧接觸絮凝機理

　　回收碳源并用于脫氮

　　利用微生物產(chǎn)氫而不是用產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)甲烷

　　搭建可以優(yōu)化系統(tǒng)的模型供設計開發(fā)所用

　　研究厭氧消化不同階段的產(chǎn)出和動力學

　　為運行人員優(yōu)化控制系統(tǒng)

　　改進低溫下的厭氧工藝表現(xiàn)(<12°C)

　　專家們認為分子生物學的工具為加深大家對厭氧微生物的認識提供了很好的平臺。特別是以RNA為基礎的宏基因組測序技術，使人們能更好地理解系統(tǒng)組成和各部分的功能。另外一些對蛋白活性的研究也是很有幫助的。但要讓這些技術發(fā)揮更大的效能，需要找到和現(xiàn)有的實時監(jiān)測技術相結(jié)合的途徑，而且還需驗證能否成功將其它從實驗室研究轉(zhuǎn)化到污水廠實際應用。

　　通過加深對厭氧微生物的理解和認識，一個最終極的問題將可能得到回答，即我們是否能夠人工設計微生物群落和工藝。不過在此之前，我們?nèi)孕枰妊邪l(fā)出更好的工藝控制和設計模型。

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