顯然，污水處理已成為當今世界面臨的嚴峻挑戰(zhàn)之一。據(jù)聯(lián)合國估計，到2050年，全球?qū)⒂屑s70%的人口生活在城市，但隨著城市的擴張，污水處理系統(tǒng)的需求和壓力也顯著增長。純水設(shè)備

    自19世紀末20世紀初“集中式污水處理”理念提出至今，污水處理在水污染控制、保障公共衛(wèi)生與健康等方面發(fā)揮了重要的作用。然而，越來越多的實踐證明，現(xiàn)有污水處理技術(shù)在滿足污水達標排放的同時工業(yè)純水設(shè)備，存在著問題轉(zhuǎn)移等諸多弊端。例如，在美國，污水基礎(chǔ)設(shè)施可占據(jù)公共電力使用的近24%。雖然不同污水處理系統(tǒng)對能源的需求量不同，但一般而言，污水處理廠高達30%的年運營成本通常用于工藝單元的動力能耗。

    這無疑給資源與生態(tài)環(huán)境帶來了沉重的負擔。

    但新的思路也在產(chǎn)生。美東時間8月1日下午兩點，美國科學促進會AAAS旗下的世界權(quán)威期刊Science Advances在線發(fā)表了題為“Evolving wastewater
infrastructure paradigm to enhance harmony with nature”的最新研究論文，該文創(chuàng)造性提出了污水處理協(xié)同資源循環(huán)利用的親自然新范式，并開發(fā)出了數(shù)據(jù)驅(qū)動的污水處理研究新方法。

污水

    一般而言，作為一項工程設(shè)施，污水處理系統(tǒng)的服務周期大概為50至100年，甚至更長時間，因此目前管理者所做的任何決策都將對未來的污水基礎(chǔ)設(shè)施及其效應產(chǎn)生深遠的影響。傳統(tǒng)思路對待水污染物，考慮的是如何組合不同凈化技術(shù)而將污染物從水中移除或降解，進而保障水環(huán)境的健康可持續(xù)。然而，在這一過程中，也會直接或間接的衍生出其他不容易察覺卻至關(guān)重要的環(huán)境影響。

    當然，國內(nèi)外專家學者其實一直在探索可持續(xù)的污水處理新技術(shù)。但是，我們對于污水處理的全生命周期環(huán)境影響尚缺乏充分的認識。

    目前國際社會都在提倡面向節(jié)能減排或者資源回收的污水處理新技術(shù)，但是推動這一項技術(shù)革新，是否能夠帶來資源與生態(tài)環(huán)境效益?能產(chǎn)生多大的效益?會否滋生新問題?如何提出切實解決問題的新技術(shù)與新方法?”這引發(fā)了英國皇家學會牛頓學者、中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心副研究員王旭博士的一連串自我發(fā)問與深入思考。實驗室純水設(shè)備

    而這些問題恰恰是研發(fā)新一代污水處理技術(shù)的關(guān)鍵所在。

    “通過研究我們發(fā)現(xiàn)，隨著污染物去除要求的不斷提高，污水處理工藝的流程越來越復雜，需要投入大量的動力消耗和化學藥劑，才能滿足日趨嚴格的污水處理標準。除此之外，污水處理過程中還會伴隨例如氧化亞氮、甲烷等溫室氣體的產(chǎn)生與逸散，以及污水污泥的處理處置問題。這嚴重影響了污水處理的可持續(xù)發(fā)展工業(yè)純水設(shè)備，拉低了污水處理的整體生態(tài)環(huán)境效益。”王旭博士說。

    因此，如何解決污水處理過程中能耗高、剩余污泥量大和溫室氣體排放等問題與當今節(jié)能減排與生態(tài)循環(huán)等可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略之間的矛盾，成了王旭博士重點攻關(guān)的方向。

    在開篇提到的Science Advances最新報道中，王旭博士提出了一個名為“REPURE”的污水處理系統(tǒng)新范式。純水設(shè)備

    “該系統(tǒng)以資源循環(huán)利用為導向，兼具水質(zhì)再生、能源自給自足、資源回收與低碳環(huán)保等特點，并引入土壤生態(tài)系統(tǒng)服務的概念協(xié)同轉(zhuǎn)化衍生污染物。整個系統(tǒng)的設(shè)計采用了前沿的可持續(xù)科學理論為指導，重組了微生物合成代謝過程中的能量和物質(zhì)傳輸模式，讓污水中的有機物、氮和磷等有用的物質(zhì)以生物合成或者沉淀析出的形式得到轉(zhuǎn)化或者再生，最大化地提高污染物的資源轉(zhuǎn)化效率。”王旭博士興奮地對DT君說。

基于REPURE的污水處理系統(tǒng)新框架。主要包括碳源再生系統(tǒng)(SRS)、污水處理系統(tǒng)(PTS)、

    文章中通過整合水質(zhì)特征、系統(tǒng)效能、物質(zhì)遷移、能量收支與生態(tài)環(huán)境影響等多層數(shù)據(jù)流，開發(fā)出了動態(tài)模擬(DPM)、物質(zhì)流分析(SFA)與生命周期評估(LCA)為一體的可視化方法學，為污水資源化新體系從概念發(fā)展到工藝設(shè)計與優(yōu)化提供了數(shù)據(jù)驅(qū)動的研究新方法。

    王旭博士領(lǐng)銜的中國、英國、美國與荷蘭科學家團隊利用這樣一種新方法，全面評估了REPURE系統(tǒng)的內(nèi)聯(lián)性和復雜性，并結(jié)合情境分析前瞻性地提出了未來污水處理的發(fā)展方向和系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)控策略。純水設(shè)備

    通過對REPURE系統(tǒng)的能量收支分析，系統(tǒng)運行和維護需要的能量約1.4kWh·m-3，而通過能源載體燃燒獲得的能量可完全滿足整個系統(tǒng)的能量需求，同時還產(chǎn)出凈能量0.4kWh·m-3。

    “我們對REPUE系統(tǒng)進行了環(huán)境可持續(xù)潛力評估，證實了我們一開始的猜想：通過多渠道回收污水以及污水中的污染物，是能夠有效抵消污水處理過程中產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境影響，從而提高污水處理的整體資源環(huán)境效益?！蓖跣癫┦空f。實驗室純水設(shè)備

    在談到對這一新系統(tǒng)的整體評價時，王旭博士告訴DT君，“REPURE，它革新了污水處理及資源管理的概念，讓污水處理發(fā)揮了更大的作用，同時引入了生態(tài)系統(tǒng)服務的概念，利用土壤生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮碳捕獲與生物固肥的作用，提高污染物資源轉(zhuǎn)化與末端利用效率。在未來，基于REPURE理念的下一代污水處理設(shè)施工業(yè)純水設(shè)備，將不再是一個純粹的水廠，它還將身兼再生能源制備、肥料生產(chǎn)與生物精煉等功能，對此我們非常期待。可以說，這項研究工作讓我們對于滿足人類繁榮發(fā)展且維持生態(tài)系統(tǒng)健康這個巨大難題有了新的破解思路和方法”。

    關(guān)于這一污水處理新模式的未來前景，王旭博士告訴DT君，“以資源回收為導向的污水處理新技術(shù)，尤其是融入節(jié)能、低碳與生態(tài)循環(huán)概念的新系統(tǒng)和新模式，在未來肯定會成為主流技術(shù)。因為當前我們面臨的環(huán)境變化問題是多樣化和復雜化的，這需要我們能夠提出應對綜合問題的集成技術(shù)與耦合體系，REPURE就是其中的一個代表。目前包括美國、英國、荷蘭、比利時、丹麥以及咱們國家，已經(jīng)在開展各種相關(guān)的科學探索與技術(shù)研發(fā)。我們相信在未來五到十年，污水資源化肯定會得到長足的發(fā)展，同時也希望有機會與工業(yè)界和資本市場深入合作，推動REPURE新系統(tǒng)的規(guī)?；l(fā)展與應用?！备喹h(huán)保純水處理設(shè)備資訊請關(guān)注皙全蘭州水處理設(shè)備網(wǎng)。