未來市政污(wu)水(shui)處理(li)技(ji)術的(de)(de)(de)發(fa)(fa)展(zhan)方向一直為(wei)環境研(yan)究領域的(de)(de)(de)熱點和焦點。未來市政污(wu)水(shui)處理(li)技(ji)術應具備怎(zen)樣(yang)的(de)(de)(de)特質(zhi)？目前普遍采用的(de)(de)(de)污(wu)水(shui)處理(li)技(ji)術（如(ru)活(huo)性污(wu)泥法(fa)）離(li)這些特質(zhi)有多遠？近(jin)日，來自新加坡南洋理(li)工大學的(de)(de)(de)科研(yan)團隊(dui)針對上述問(wen)題進行(xing)了(le)探討(tao)，并從理(li)論和已有研(yan)究結(jie)果出發(fa)(fa)，以(yi)近(jin)年來發(fa)(fa)展(zhan)迅速的(de)(de)(de)微(wei)藻-菌顆(ke)粒污(wu)泥工藝為(wei)例，討(tao)論了(le)其作為(wei)未來市政污(wu)水(shui)處理(li)技(ji)術的(de)(de)(de)可行(xing)性。

未來(lai)市政污水處理(li)技(ji)術特質的探討(tao)

傳統活性污(wu)泥（CAS）工藝(yi)作為市政污(wu)水(shui)處理的(de)(de)核(he)心技術已有100多年的(de)(de)歷史。然(ran)而，隨著未來污(wu)水(shui)處理技術對能源消耗(hao)、碳排(pai)放(fang)和排(pai)放(fang)水(shui)質要(yao)求(qiu)的(de)(de)不斷提(ti)高，CAS工藝(yi)已略顯乏力。例如，CAS工藝(yi)通常需(xu)要(yao)消耗(hao)大量電(dian)能曝氣(qi)用于氧化污(wu)水(shui)中(zhong)的(de)(de)有機物和氨，同時(shi)釋(shi)放(fang)溫(wen)室氣(qi)體（GHG）。據報道，2017年市政污(wu)水(shui)處理所消耗(hao)的(de)(de)電(dian)能已達到全(quan)(quan)球電(dian)量消耗(hao)的(de)(de)0.3-0.5％，而在某些發達國家該(gai)占(zhan)比可(ke)達到3-5％，而污(wu)水(shui)處理過程中(zhong)所釋(shi)放(fang)的(de)(de)溫(wen)室氣(qi)體可(ke)占(zhan)全(quan)(quan)球全(quan)(quan)年（2010年）排(pai)放(fang)量的(de)(de)1.6％。

另一(yi)方面，隨著環境與生(sheng)態保護要(yao)(yao)求的(de)(de)不(bu)斷提高(gao)，市(shi)政污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)理(li)(li)的(de)(de)排放(fang)標(biao)準(zhun)亦不(bu)斷提高(gao)，如部分(fen)省份/地區已(yi)出臺政策(ce)將排放(fang)標(biao)準(zhun)提高(gao)至地表水(shui)(shui)(shui)IV類標(biao)準(zhun)。顯然(ran)，傳統的(de)(de)CAS工(gong)藝(yi)(yi)難以(yi)滿(man)足升級(ji)后的(de)(de)水(shui)(shui)(shui)質排放(fang)要(yao)(yao)求。因(yin)此，近(jin)年來越來越多的(de)(de)研(yan)究(jiu)致力于探索污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)理(li)(li)的(de)(de)升級(ji)技術(shu)。其中，在已(yi)有(you)CAS工(gong)藝(yi)(yi)基(ji)礎上(shang)疊加深度處(chu)理(li)(li)工(gong)藝(yi)(yi)單元(yuan)是目前(qian)主要(yao)(yao)的(de)(de)研(yan)究(jiu)方向之(zhi)一(yi)。然(ran)而，該升級(ji)策(ce)略(lve)的(de)(de)污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)理(li)(li)工(gong)藝(yi)(yi)雖然(ran)可以(yi)實現(xian)較高(gao)的(de)(de)出水(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)質，但卻使整個處(chu)理(li)(li)系統的(de)(de)復雜(za)性和處(chu)理(li)(li)成本提高(gao)，同時(shi)增(zeng)加了能源消耗和溫室氣(qi)體(ti)排放(fang)。顯然(ran)，這種由上(shang)而下驅動的(de)(de)升級(ji)策(ce)略(lve)只能提供短期解(jie)決方案(an)，而不(bu)能為(wei)未來市(shi)政污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)理(li)(li)技術(shu)的(de)(de)革新帶來曙光(guang)。

未來的市(shi)政(zheng)污水(shui)處理(li)技術應該具備(bei)哪些基本(ben)特質(zhi)？研究作者(zhe)認為(wei)，未來的處理(li)技術應使市(shi)政(zheng)污水(shui)處理(li)廠(chang)(chang)（WWTP）在(zai)滿足污水(shui)處理(li)的基本(ben)屬性外，應在(zai)更廣闊的方面扮演重(zhong)要(yao)角色。如圖1所示，未來的市(shi)政(zheng)污水(shui)處理(li)廠(chang)(chang)應成為(wei)：1）生產高質(zhi)回(hui)(hui)用水(shui)的水(shui)廠(chang)(chang)，2）具備(bei)能源(yuan)自給(gei)甚至供給(gei)的電廠(chang)(chang)，3）實(shi)現碳(tan)中(zhong)和甚至碳(tan)捕集的綠色工(gong)廠(chang)(chang)，4）能夠回(hui)(hui)收高附加值產品（例(li)如有機物和養分）的資源(yuan)廠(chang)(chang)。

微(wei)藻-菌顆粒污泥工藝特(te)質的探討(tao)

微藻-菌顆粒污(wu)泥(ni)工(gong)藝(yi)是(shi)近(jin)年來發展迅(xun)速的(de)新興(xing)污(wu)水處理(li)技術(shu)。該工(gong)藝(yi)由于無需(xu)曝(pu)氣(qi)、碳轉化以及固液分離好等優(you)勢，被認為極具潛力的(de)綠色處理(li)技術(shu)。研究作者根據已有研究報(bao)道，以及現實(shi)應用(yong)(yong)需(xu)求，構建了12h（晝，自然光(guang)源）-12h（夜，無需(xu)光(guang)源）運行模式的(de)零曝(pu)氣(qi)自耦合微藻-菌顆粒污(wu)泥(ni)工(gong)藝(yi)，用(yong)(yong)于探討其(qi)在去(qu)污(wu)、能耗、碳排(pai)放和資源回收(shou)等方面的(de)性(xing)能。

去污(wu)能力(li)

已有研究表(biao)明(ming)，微藻(zao)(zao)-菌(jun)顆(ke)粒污泥工藝(yi)在(zai)光照(zhao)條件下(xia)，可實現有機物（COD）、氨氮(dan)和(he)磷(lin)酸鹽100％、99.6％和(he)100％的(de)(de)去除(chu)；在(zai)黑暗(an)條件下(xia)，工藝(yi)亦表(biao)現出較高的(de)(de)去污能力，COD、氨氮(dan)和(he)磷(lin)酸鹽去除(chu)率分別可達95.1％、96.5％和(he)100％，即在(zai)沒有光照(zhao)的(de)(de)夜間(jian)微藻(zao)(zao)-菌(jun)顆(ke)粒污泥工藝(yi)也具(ju)有較強的(de)(de)去污能力。因此，基于12h（晝）-12h（夜）運行模式的(de)(de)微藻(zao)(zao)-菌(jun)顆(ke)粒污泥工藝(yi)，可在(zai)無需外部曝氣和(he)照(zhao)明(ming)的(de)(de)情況下(xia)，為市政廢水處理提(ti)供技(ji)術(shu)可行的(de)(de)方案。

能量消耗

在微藻-菌(jun)顆(ke)(ke)粒污(wu)(wu)泥(ni)工藝(yi)(yi)中，由于無需外源曝氣(qi)以及(ji)顆(ke)(ke)粒污(wu)(wu)泥(ni)良好(hao)的沉(chen)降性能(neng)(neng)，其能(neng)(neng)量消耗(hao)顯著降低。另一(yi)方面，工藝(yi)(yi)將更(geng)多的碳固定于生(sheng)物質內(nei)，可(ke)產(chan)生(sheng)較(jiao)多的污(wu)(wu)泥(ni)用(yong)于厭氧消化(hua)產(chan)甲烷，提高(gao)了能(neng)(neng)量回(hui)收。經(jing)核算，微藻-菌(jun)顆(ke)(ke)粒污(wu)(wu)泥(ni)工藝(yi)(yi)污(wu)(wu)水處(chu)理單位(wei)能(neng)(neng)耗(hao)為-0.178 kWh/m3（表1），即(ji)該工藝(yi)(yi)可(ke)實現能(neng)(neng)量的凈增益。從全球范圍內(nei)來看，若該工藝(yi)(yi)應用(yong)于市政污(wu)(wu)水處(chu)理，每年有望產(chan)生(sheng)641億(yi)kWh能(neng)(neng)量凈輸出。

碳排放

隨(sui)著全(quan)球氣(qi)候變化(hua)形(xing)勢(shi)的(de)(de)日趨嚴峻，溫室氣(qi)體排(pai)放對全(quan)球變暖(nuan)的(de)(de)作用得到(dao)世(shi)界各國的(de)(de)普(pu)(pu)遍關注(zhu)。據估算，若市政污(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)理廠(chang)采(cai)用以活性污(wu)泥(ni)(ni)法為(wei)核心工藝，其每(mei)年可(ke)(ke)貢獻(xian)全(quan)球碳(tan)(tan)排(pai)放2.672億(yi)噸CO2e（表1）。若采(cai)用微藻-菌顆粒污(wu)泥(ni)(ni)工藝，市政污(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)理過(guo)程(cheng)的(de)(de)碳(tan)(tan)排(pai)放將會大(da)大(da)降(jiang)低，減排(pai)效果可(ke)(ke)達77％左右。另外，隨(sui)著碳(tan)(tan)交易(yi)在世(shi)界各國的(de)(de)普(pu)(pu)遍實施，碳(tan)(tan)排(pai)放將會成(cheng)為(wei)未來污(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)理廠(chang)不可(ke)(ke)忽視的(de)(de)潛在運行成(cheng)本。

資源回收

相對于傳(chuan)統活性(xing)污(wu)(wu)泥(ni)法，在微藻-菌顆粒污(wu)(wu)泥(ni)工藝中，廢水(shui)中的更(geng)多的營養物(wu)(wu)（N和P等(deng)）會通過微生物(wu)(wu)同化(hua)作用得到去除，并在菌藻生物(wu)(wu)質內積累。顯(xian)然(ran)，這更(geng)有(you)利(li)于從生物(wu)(wu)質中提取生物(wu)(wu)油脂(zhi)、生產生物(wu)(wu)肥料等(deng)，強化(hua)污(wu)(wu)泥(ni)的資(zi)源(yuan)化(hua)利(li)用過程。

小結(jie)與展(zhan)望

市(shi)政污(wu)(wu)水處(chu)理(li)技(ji)(ji)術的(de)(de)升級一直(zhi)為(wei)環(huan)(huan)境(jing)領域研究和(he)探(tan)討的(de)(de)熱點，其原本(ben)污(wu)(wu)染物去除的(de)(de)單一功(gong)能(neng)已(yi)不(bu)能(neng)滿足環(huan)(huan)境(jing)和(he)經濟可持續發(fa)展對污(wu)(wu)水處(chu)理(li)提出的(de)(de)更(geng)高(gao)要求。未(wei)來(lai)的(de)(de)市(shi)政污(wu)(wu)水處(chu)理(li)技(ji)(ji)術更(geng)傾向(xiang)于(yu)向(xiang)“水回(hui)用-能(neng)源回(hui)收-碳(tan)中和(he)-資源化”的(de)(de)復合型方(fang)向(xiang)發(fa)展。經分析(xi)，微藻-菌顆粒污(wu)(wu)泥工藝基本(ben)滿足未(wei)來(lai)市(shi)政污(wu)(wu)水處(chu)理(li)技(ji)(ji)術對去污(wu)(wu)、能(neng)耗、碳(tan)排放(fang)和(he)資源回(hui)收的(de)(de)要求，可提供一種潛(qian)在(zai)的(de)(de)技(ji)(ji)術方(fang)案。未(wei)來(lai)市(shi)政污(wu)(wu)水處(chu)理(li)技(ji)(ji)術路在(zai)何方(fang)？研究和(he)探(tan)索仍(reng)在(zai)路上(shang)。