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污水处理工艺的可持续发展研究
时间: 2018-11-24浏览次数:
01核心问题 来自点源和非点源的高氮磷负荷都会影响水质。限制营养素排放的方案侧重于受纳水体水质,而很大程度上忽略了对空气质量和其他因素的相应影响。本研究呈现了三重底线

01核心问题

来自点源和非点源的高氮磷负荷都会影响水质。限制营养素排放的方案侧重于受纳水体水质,而很大程度上忽略了对空气质量和其他因素的相应影响。本研究呈现了“三重底线”方法的结果,该方法在决策过程中考虑环境、经济和社会三大效益以实现更可持续的解决方案。

02研究背景和内容

越来越多的污水厂需要改进处理工艺,以满足较低的污水营养物(氮,磷)排放限制。业界越来越意识到实现这些目标的成本在不断上涨,并主要通过提高供水和排水收费来满足成本需求。而且,他们也关注可持续性、气候变化以及水质改善的成本和相关收益等问题。

本研究侧重于采用更先进的处理技术以满足越来越严格的营养物限制的污水处理厂的可持续性问题。目标是确定在提高营养物去除等级的可持续性影响超过了更好水质带来的好处时,是否达到了“收益递减”点。

研究针对同一处理水量10MGD采用了五个不同的处理系列,以满足从cBOD去除模式(1级)到其他4种不同出水营养物排放的处理目标,分别是2级(8mgN/L,1mgP/L)到最严格的5级(<2mgN/L,<0.02mgP/L)。

鉴于可持续性是一个广泛的术语,研究对业界公认的可持续性三大效益进行了评估和讨论,并特别强调了环境和经济效益,因此着重关注以下变量:温室气体(GHG)排放,反映潜在藻类生长的水质指标,投资和运营成本,能耗以及诸如化学品、天然气或柴油等消耗品。
各处理等级对应的温室气体排放量和藻类产量

1级处理标准-常规二级处理(无营养物去除要求)

2级处理标准-生物营养物去除(BNR),TP1mg/LTN8mg/L

3级处理标准-强化营养物去除(ENR),TP0.1-0.3mg/LTN4-8mg/L

4级处理标准-极限处理技术(LOT),TP<0.1mg/LTN3mg/L

5级处理标准-反渗透(RO),TP<0.02mg/LTN2mg/L

03结果和结论

本研究发现,使用点源处理技术以及现有的非点源最佳管理措施(BMP),对于实现可观的水质改善更具可持续性。相比于严格关注点源排放并要求4级或5级处理,3级或4级处理配合非点源BMP更具可持续性,并可达到类似效果。

温室气体排放结果表明,收益递减点在4级(3mgN/L,0.1mgP/L)处理标准。温室气体排放量从1级到4级稳步增加,然后从4级提高到5级时,温室气体排放量增加了65%,但排放的营养物负荷却只下降了1%。温室气体排放的主要贡献者是能源相关的活动,如曝气、泵送、混合搅拌等。在随着满足更严格的营养物目标而需要生物营养物去除之外的化学处理时,化学品使用相关的温室气体排放量会增加。

由于污水营养物去除旨在改善水体,减少受纳水体藻类生产过程中的富营养化,因此我们使用一个替代参数——“潜在藻类产量”来评估水质改善状况。每生成100磅藻类需要7.2磅的N和1.0磅的P。依据此关系,将藻类产量的减少表示为N或P减少的函数。结果表明,处理等级从1级变化到3级,潜在藻类产量减少了将近95%;从3级变化到5级时,又减少了4%,而这部分增量的改进却几乎使温室气体排放量翻了一番。

从1级变为2级,项目总投资成本增加约三分之一。从1级变为5级时,成本翻了一番还多(本报告中的项目总投资成本指的是新建工厂成本)。处理等级之间的运营成本增加比项目总投资成本更加显著:从1级到5级时,增加了5倍以上。

虽然温室气体排放量和污水处理成本在实施营养物去除时均会增加,但污水厂实施营养物去除仍会带来以下相关效益:

降低BOD/TSS排放负荷。

提高微量有机化合物和重金属的去除率。

改善水质,有利于下游用户和生态系统栖息地,特别是与生物多样性和富营养化有关。

04管理和政策建议

采用涵盖范围更广的研究方法,包括对非点源的最佳管理实践,来全面考虑受纳水体营养物负荷,比单独只考虑污水厂提标升级更有经济性。因此建议从全国或地方层面制定一个兼顾点源和非点源的水质保护和温室气体排放管理的管理性框架文件。


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