來源:市政行業(yè)資訊
污水處理行業(yè)對(duì)營(yíng)養(yǎng)物排放(主要是氮和磷)的限制越來越嚴(yán)格。如何在營(yíng)養(yǎng)物去除與可持續(xù)性之間達(dá)成平衡?美國(guó)水環(huán)境研究基金會(huì)(WERF)就此進(jìn)行了一項(xiàng)研究，摘要如下。
01核心問題
來自點(diǎn)源和非點(diǎn)源的高氮磷負(fù)荷都會(huì)影響水質(zhì)。限制營(yíng)養(yǎng)素排放的方案?jìng)?cè)重于受納水體水質(zhì)，而很大程度上忽略了對(duì)空氣質(zhì)量和其他因素的相應(yīng)影響。本研究呈現(xiàn)了“三重底線”方法的結(jié)果，該方法在決策過程中考慮環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)三大效益以實(shí)現(xiàn)更可持續(xù)的解決方案。
02研究背景和內(nèi)容
越來越多的污水廠需要改進(jìn)處理工藝，以滿足較低的污水營(yíng)養(yǎng)物(氮，磷)排放限制。業(yè)界越來越意識(shí)到實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的成本在不斷上漲，并主要通過提高供水和排水收費(fèi)來滿足成本需求。而且，他們也關(guān)注可持續(xù)性、氣候變化以及水質(zhì)改善的成本和相關(guān)收益等問題。
本研究側(cè)重于采用更先進(jìn)的處理技術(shù)以滿足越來越嚴(yán)格的營(yíng)養(yǎng)物限制的污水處理廠的可持續(xù)性問題。目標(biāo)是確定在提高營(yíng)養(yǎng)物去除等級(jí)的可持續(xù)性影響超過了更好水質(zhì)帶來的好處時(shí)，是否達(dá)到了“收益遞減”點(diǎn)。
研究針對(duì)同一處理水量10MGD采用了五個(gè)不同的處理系列，以滿足從cBOD去除模式(1級(jí))到其他4種不同出水營(yíng)養(yǎng)物排放的處理目標(biāo)，分別是2級(jí)(8mgN/L，1mgP/L)到最嚴(yán)格的5級(jí)(<2mgN/L，<0.02mgP/L)。
鑒于可持續(xù)性是一個(gè)廣泛的術(shù)語，研究對(duì)業(yè)界公認(rèn)的可持續(xù)性三大效益進(jìn)行了評(píng)估和討論，并特別強(qiáng)調(diào)了環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益，因此著重關(guān)注以下變量：溫室氣體(GHG)排放，反映潛在藻類生長(zhǎng)的水質(zhì)指標(biāo)，投資和運(yùn)營(yíng)成本，能耗以及諸如化學(xué)品、天然氣或柴油等消耗品。
各處理等級(jí)對(duì)應(yīng)的溫室氣體排放量和藻類產(chǎn)量
1級(jí)處理標(biāo)準(zhǔn)-常規(guī)二級(jí)處理(無營(yíng)養(yǎng)物去除要求)
2級(jí)處理標(biāo)準(zhǔn)-生物營(yíng)養(yǎng)物去除(BNR)，TP1mg/LTN8mg/L
3級(jí)處理標(biāo)準(zhǔn)-強(qiáng)化營(yíng)養(yǎng)物去除(ENR)，TP0.1-0.3mg/LTN4-8mg/L
4級(jí)處理標(biāo)準(zhǔn)-極限處理技術(shù)(LOT)，TP<0.1mg/LTN3mg/L
5級(jí)處理標(biāo)準(zhǔn)-反滲透(RO)，TP<0.02mg/LTN2mg/L
03結(jié)果和結(jié)論
本研究發(fā)現(xiàn)，使用點(diǎn)源處理技術(shù)以及現(xiàn)有的非點(diǎn)源最佳管理措施(BMP)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)可觀的水質(zhì)改善更具可持續(xù)性。相比于嚴(yán)格關(guān)注點(diǎn)源排放并要求4級(jí)或5級(jí)處理，3級(jí)或4級(jí)處理配合非點(diǎn)源BMP更具可持續(xù)性，并可達(dá)到類似效果。
溫室氣體排放結(jié)果表明，收益遞減點(diǎn)在4級(jí)(3mgN/L，0.1mgP/L)處理標(biāo)準(zhǔn)。溫室氣體排放量從1級(jí)到4級(jí)穩(wěn)步增加，然后從4級(jí)提高到5級(jí)時(shí)，溫室氣體排放量增加了65%，但排放的營(yíng)養(yǎng)物負(fù)荷卻只下降了1%。溫室氣體排放的主要貢獻(xiàn)者是能源相關(guān)的活動(dòng)，如曝氣、泵送、混合攪拌等。在隨著滿足更嚴(yán)格的營(yíng)養(yǎng)物目標(biāo)而需要生物營(yíng)養(yǎng)物去除之外的化學(xué)處理時(shí)，化學(xué)品使用相關(guān)的溫室氣體排放量會(huì)增加。
由于污水營(yíng)養(yǎng)物去除旨在改善水體，減少受納水體藻類生產(chǎn)過程中的富營(yíng)養(yǎng)化，因此我們使用一個(gè)替代參數(shù)——“潛在藻類產(chǎn)量”來評(píng)估水質(zhì)改善狀況。每生成100磅藻類需要7.2磅的N和1.0磅的P。依據(jù)此關(guān)系，將藻類產(chǎn)量的減少表示為N或P減少的函數(shù)。結(jié)果表明，處理等級(jí)從1級(jí)變化到3級(jí)，潛在藻類產(chǎn)量減少了將近95%;從3級(jí)變化到5級(jí)時(shí)，又減少了4%，而這部分增量的改進(jìn)卻幾乎使溫室氣體排放量翻了一番。
從1級(jí)變?yōu)?級(jí)，項(xiàng)目總投資成本增加約三分之一。從1級(jí)變?yōu)?級(jí)時(shí)，成本翻了一番還多(本報(bào)告中的項(xiàng)目總投資成本指的是新建工廠成本)。處理等級(jí)之間的運(yùn)營(yíng)成本增加比項(xiàng)目總投資成本更加顯著：從1級(jí)到5級(jí)時(shí)，增加了5倍以上。
雖然溫室氣體排放量和污水處理成本在實(shí)施營(yíng)養(yǎng)物去除時(shí)均會(huì)增加，但污水廠實(shí)施營(yíng)養(yǎng)物去除仍會(huì)帶來以下相關(guān)效益：
降低BOD/TSS排放負(fù)荷。
提高微量有機(jī)化合物和重金屬的去除率。
改善水質(zhì)，有利于下游用戶和生態(tài)系統(tǒng)棲息地，特別是與生物多樣性和富營(yíng)養(yǎng)化有關(guān)。
04管理和政策建議
采用涵蓋范圍更廣的研究方法，包括對(duì)非點(diǎn)源的最佳管理實(shí)踐，來全面考慮受納水體營(yíng)養(yǎng)物負(fù)荷，比單獨(dú)只考慮污水廠提標(biāo)升級(jí)更有經(jīng)濟(jì)性。因此建議從全國(guó)或地方層面制定一個(gè)兼顧點(diǎn)源和非點(diǎn)源的水質(zhì)保護(hù)和溫室氣體排放管理的管理性框架文件。
原標(biāo)題:【行業(yè)信息】污水處理工藝的可持續(xù)發(fā)展研究
