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水處理技術：污水處理工藝的可持續發展研究
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原標題：水處理技術：污水處理工藝的可持續發展研究
污水處理行業對營養物排放(主要是氮和磷)的限制越來越嚴格。如何在營養物去除與可持續性之間達成平衡?美國水環境研究基金會(WERF)就此進行了一項研究，摘要如下。
核心問題
來自點源和非點源的高氮磷負荷都會影響水質。限制營養素排放的方案側重于受納水體水質，而很大程度上忽略了對空氣質量和其他因素的相應影響。本研究呈現了“三重底線”方法的結果，該方法在決策過程中考慮環境、經濟和社會三大效益以實現更可持續的解決方案。
研究背景和內容
越來越多的污水廠需要改進處理工藝，以滿足較低的污水營養物(氮，磷)排放限制。業界越來越意識到實現這些目標的成本在不斷上漲，并主要通過提高供水和排水收費來滿足成本需求。而且，他們也關注可持續性、氣候變化以及水質改善的成本和相關收益等問題。
本研究側重于采用更先進的處理技術以滿足越來越嚴格的營養物限制的污水處理廠的可持續性問題。目標是確定在提高營養物去除等級的可持續性影響超過了更好水質帶來的好處時，是否達到了“收益遞減”點。
研究針對同一處理水量10MGD采用了五個不同的處理系列，以滿足從cBOD去除模式(1級)到其他4種不同出水營養物排放的處理目標，分別是2級(8mgN/L，1mgP/L)到最嚴格的5級(<2mgN/L，<0.02mgP/L)。
鑒于可持續性是一個廣泛的術語，研究對業界公認的可持續性三大效益進行了評估和討論，并特別強調了環境和經濟效益，因此著重關注以下變量：溫室氣體(GHG)排放，反映潛在藻類生長的水質指標，投資和運營成本，能耗以及諸如化學品、天然氣或柴油等消耗品。
各處理等級對應的溫室氣體排放量和藻類產量
1級處理標準-常規二級處理(無營養物去除要求)
2級處理標準-生物營養物去除(BNR)，TP1mg/LTN8mg/L
3級處理標準-強化營養物去除(ENR)，TP0.1-0.3mg/LTN4-8mg/L
4級處理標準-極限處理技術(LOT)，TP<0.1mg/LTN3mg/L
5級處理標準-反滲透(RO)，TP<0.02mg/LTN2mg/L
結果和結論
本研究發現，使用點源處理技術以及現有的非點源最佳管理措施(BMP)，對于實現可觀的水質改善更具可持續性。相比于嚴格關注點源排放并要求4級或5級處理，3級或4級處理配合非點源BMP更具可持續性，并可達到類似效果。
溫室氣體排放結果表明，收益遞減點在4級(3mgN/L，0.1mgP/L)處理標準。溫室氣體排放量從1級到4級穩步增加，然后從4級提高到5級時，溫室氣體排放量增加了65%，但排放的營養物負荷卻只下降了1%。溫室氣體排放的主要貢獻者是能源相關的活動，如曝氣、泵送、混合攪拌等。在隨著滿足更嚴格的營養物目標而需要生物營養物去除之外的化學處理時，化學品使用相關的溫室氣體排放量會增加。
由于污水營養物去除旨在改善水體，減少受納水體藻類生產過程中的富營養化，因此我們使用一個替代參數——“潛在藻類產量”來評估水質改善狀況。每生成100磅藻類需要7.2磅的N和1.0磅的P。依據此關系，將藻類產量的減少表示為N或P減少的函數。結果表明，處理等級從1級變化到3級，潛在藻類產量減少了將近95%;從3級變化到5級時，又減少了4%，而這部分增量的改進卻幾乎使溫室氣體排放量翻了一番。
從1級變為2級，項目總投資成本增加約三分之一。從1級變為5級時，成本翻了一番還多(本報告中的項目總投資成本指的是新建工廠成本)。處理等級之間的運營成本增加比項目總投資成本更加顯著：從1級到5級時，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施營養物去除時均會增加，但污水廠實施營養物去除仍會帶來以下相關效益：
降低BOD/TSS排放負荷。
提高微量有機化合物和重金屬的去除率。
改善水質，有利于下游用戶和生態系統棲息地，特別是與生物多樣性和富營養化有關。
管理和政策建議
采用涵蓋范圍更廣的研究方法，包括對非點源的最佳管理實踐，來全面考慮受納水體營養物負荷，比單獨只考慮污水廠提標升級更有經濟性。因此建議從全國或地方層面制定一個兼顧點源和非點源的水質保護和溫室氣體排放管理的管理性框架文件。關于工業廢水處理方面的問題，歡迎大家搜索創洋水處理官網或者關注創洋水處理微信公眾號，與我們水處理專家咨詢，我們將會給出讓你最為滿意的水處理解決方案。
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