回顧過(guò)去，飲用水技術(shù)的發(fā)展到今天已有100年的里程，特別是傳統的混凝沉淀過(guò)濾消毒技術(shù)，對保證人類(lèi)的安全甚至健康都有著(zhù)重要貢獻。2014年，活性污泥法誕生剛好100周年，它為保障城市生態(tài)環(huán)境的安全、保障人類(lèi)生態(tài)環(huán)境的安全作出了重要的貢獻。在這個(gè)過(guò)程中,有很多里程碑的事件，其中一個(gè)就是工業(yè)廢水問(wèn)題的出現。在上世紀70年代初，很多文獻從原來(lái)記載飲用水的處理一下子就變成了工業(yè)廢水的報道，這個(gè)熱點(diǎn)一直持續到今天。
在2013年做中國環(huán)境技術(shù)評估和環(huán)境技術(shù)預測的時(shí)候有人指出，工業(yè)廢水仍然是一個(gè)重要問(wèn)題，因為我們正在經(jīng)歷一個(gè)沒(méi)有完成的，而且還會(huì )使環(huán)境變差的工業(yè)化時(shí)代。正是這樣一種需求，在1914年的時(shí)候,誕生了活性污泥法。1902年，誕生了氯氣消毒法，這一發(fā)現改變了人類(lèi)在飲用水安全方面的窘境。1894年的時(shí)候，發(fā)明了芬頓法，至今它仍然是一個(gè)研究熱點(diǎn)。這樣一些里程碑的事件過(guò)去了，那我們面臨的未來(lái)是什么?
如果我們用一個(gè)技術(shù)變革的事件來(lái)看未來(lái)我們的水處理廠(chǎng)，那么應該是一種什么樣的產(chǎn)業(yè)?我們應該采用什么樣的技術(shù)?又該使用何種工業(yè)模式?有一點(diǎn)毫無(wú)疑問(wèn)，那就是技術(shù)創(chuàng )造是在工程運用的需求當中才能得到真正的解讀。
中國工程院院士曲久輝認為，未來(lái)或者說(shuō)下一代水處理技術(shù)應該是具有自身的清潔性，在處理過(guò)程中應該具有能耗和藥耗最大程度減少的可行性，同時(shí)還必須具有保障水質(zhì)生態(tài)與人體健康安全的可靠性。如果從這樣一種觀(guān)點(diǎn)出發(fā),放到下一代水處理廠(chǎng)，那么飲用水處理廠(chǎng)應該是保障水質(zhì)健康安全的健康工廠(chǎng)，生活污水處理廠(chǎng)應該是能量與物質(zhì)回收的高質(zhì)工廠(chǎng)，工業(yè)廢水處理廠(chǎng)應該是外化與資源化的循環(huán)工廠(chǎng)。這三個(gè)工廠(chǎng)在未來(lái)的水處理廠(chǎng)當中應該從不同的角度不同的時(shí)間展現在我們面前，并且為保障我們生態(tài)環(huán)境和人體健康發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
飲用水處理廠(chǎng)應該是水質(zhì)安全和健康的工廠(chǎng)
隨著(zhù)信息化的發(fā)展和新技術(shù)的革命，未來(lái)的污水處理廠(chǎng)還應該是在最佳技術(shù)和成套裝備支撐下的智能化工廠(chǎng)。首先下一代的飲用水廠(chǎng)應該具備什么樣的特質(zhì)?它應該是保障水質(zhì)安全和健康的工廠(chǎng)。然而我們現在面臨著(zhù)很多的困惑，新問(wèn)題層出不窮，大家會(huì )發(fā)現水中的污染物質(zhì)或者是導致不健康的物質(zhì)不斷地被發(fā)現，同時(shí)對水質(zhì)安全的判斷力非常軟弱，有的時(shí)候甚至無(wú)法判斷或是根本無(wú)法知道水質(zhì)是否安全，一個(gè)標準的缺失，一個(gè)技術(shù)支撐的短板，這兩條都是導致我們的判斷力軟弱和對問(wèn)題的解析以及應對能力不足的重要原因。
對于將來(lái)會(huì )做成一個(gè)什么樣的飲用水處理廠(chǎng)這一問(wèn)題，關(guān)鍵是提出的標準要具有剛性的約束力、管理的執行力、安全的判斷力以及與民眾的溝通力，總結起來(lái)必須且只有兩個(gè)字：健康。如果沒(méi)有健康的保證，我們就不可能具有這“四力”，就沒(méi)有辦法來(lái)使飲用水的技術(shù)真正回到它所應該發(fā)揮的作用上去。所以下一代的水處理廠(chǎng)的技術(shù)判斷可能就依據于這兩個(gè)標準：衛生達標的標準、沒(méi)有毒性的標準。
若將這兩個(gè)標準放在一起，它在未來(lái)基準研究上會(huì )形成一個(gè)把現有的指標和毒性指標耦合在一起的新標準，這樣一個(gè)新標準會(huì )約束我們技術(shù)的核心，約束工業(yè)的改變，同時(shí)也會(huì )改變或者是規范管理方式，所以標準是決定技術(shù)的根本要素。我們認為未來(lái)飲用水的技術(shù)方向可能要關(guān)注這幾點(diǎn)：首先要保證水在進(jìn)入水廠(chǎng)之前是清潔的，是可以進(jìn)行水質(zhì)改善的(因為進(jìn)到水廠(chǎng)后需要花更多的代價(jià));其次，在處理工藝上我們絕對不可以追求更復雜、更耗藥、更耗電、更難管理的程度，而是要追求工藝的簡(jiǎn)單化、設備的成套化、工藝的整裝化。同時(shí)在管理上得有一定的精細管理的條件，且最后都要落實(shí)到以健康安全為核心思想上。
污水處理廠(chǎng)應該是能量與物質(zhì)回收的高質(zhì)工廠(chǎng)
下一代污水處理廠(chǎng)應該是能量與物質(zhì)回收的高質(zhì)工廠(chǎng)。我們不能盲目地追求物質(zhì)的回收和循環(huán)利用，必須在經(jīng)濟可行的情況下,才能解決可持續的物質(zhì)回收和能量回收的問(wèn)題。將來(lái)的污水處理廠(chǎng)，應該是一個(gè)可靠的供水工廠(chǎng)，是一個(gè)自產(chǎn)自用的能源轉化工廠(chǎng)。PerryMcCarty院士在2011年發(fā)表在EST上的文章中提出了一個(gè)觀(guān)點(diǎn)：污水廠(chǎng)可不可以變成一個(gè)凈產(chǎn)能的工廠(chǎng)?他認為污水處理廠(chǎng)也應該是一個(gè)營(yíng)養物質(zhì)回收的工廠(chǎng)，同時(shí)還是一個(gè)可以進(jìn)行休閑娛樂(lè )的公共場(chǎng)所。
2014年Mark院士在其文章中提出污水處理技術(shù)的發(fā)展來(lái)自于兩大驅動(dòng)力。第一個(gè)驅動(dòng)力就是基本工藝的改革，生物技術(shù)的發(fā)展必然帶動(dòng)污水處理、生物處理技術(shù)的改革。2005年發(fā)表在Science上的一篇文章中講到了未來(lái)25個(gè)科學(xué)突破，其中之一就是生物學(xué)。生物學(xué)的發(fā)展是污水生物處理的一個(gè)重大契機，可以預料到第六次科技革命主要是生命科學(xué)和物質(zhì)科學(xué)交叉的一種科學(xué)挑戰。所以基本工藝的改革和變革一定依賴(lài)于生物技術(shù)或生命和物質(zhì)科學(xué)相結合的技術(shù)。第二個(gè)驅動(dòng)力就是物質(zhì)循環(huán)的需求。這篇文章認為在未來(lái)的技術(shù)方向上，厭氧氨氧化與好氧顆粒污泥這兩個(gè)技術(shù)是未來(lái)污水處理技術(shù)的重要途徑。
預測未來(lái)污水處理的技術(shù)方向，如果考慮能源轉化、物質(zhì)回收、環(huán)境友好、生態(tài)安全這幾個(gè)方面的話(huà)，厭氧處理技術(shù)是一個(gè)重要方向。在厭氧處理過(guò)程中，要解決兩件事情，第一個(gè)是新生物技術(shù)的運用，這點(diǎn)在水處理技術(shù)中反應比較緩慢。生命技術(shù)發(fā)展迅速，如果其中的技術(shù)能夠運用到水處理上，那會(huì )有巨大的技術(shù)發(fā)展空間。比如電子轉移的問(wèn)題，如果在水處理過(guò)程中，能夠把電子轉移過(guò)程進(jìn)行強化，就會(huì )使污水處理的效率大大提升。所以污水處理微觀(guān)調控要實(shí)現宏觀(guān)效果的根本途徑就是電子轉移，如果能在生物技術(shù)反應器中找到更好的介體，電子轉移會(huì )更加高效，第二個(gè)就是好氧技術(shù)的優(yōu)化，未來(lái)生活污水處理技術(shù)要實(shí)現工藝的簡(jiǎn)單化、設備化和整裝化，也和飲用水一樣要實(shí)現工藝的精細化和智慧化。
工業(yè)廢水處理廠(chǎng)應該是外化與資源化的循環(huán)工廠(chǎng)
下一代工業(yè)廢水處理廠(chǎng)應該是外化與資源化的循環(huán)工廠(chǎng)。它具有一個(gè)多目標耦合的目的——要實(shí)現經(jīng)濟生產(chǎn)，實(shí)現循環(huán)經(jīng)濟，要進(jìn)行全生命周期的調整。
在工業(yè)廢水處理中，特別是工廠(chǎng)中，實(shí)現這樣的目標是極其必要的。因為一定要考慮可再生能源的經(jīng)濟利潤，要考慮有用物質(zhì)的高質(zhì)循環(huán)。這其中第一個(gè)問(wèn)題就是能量的問(wèn)題。新能源或可再生能源的運用，在工業(yè)廢水處理中，它是最合適的操作。從60年代到現在，光氧化已經(jīng)研究了50年，在中國利用太陽(yáng)光來(lái)作為工業(yè)廢水處理的可再生能源是一個(gè)重要的技術(shù)。它可以轉化成機械能，轉化成熱能用在蒸發(fā)、脫鹽、消毒上，也可以轉化成電能，同時(shí)還可以用作很多工廠(chǎng)管理的需求。太陽(yáng)能在工業(yè)廢水處理當中的運用在“十三五”期間應該重要推廣，并且將其變成一種工業(yè)事件。
在工業(yè)廢水處理當中，首先要考慮水及其它有用物質(zhì)的回收和循環(huán)利用，考慮全生命周期的最優(yōu)化和資源的資源化、能源化。比如工業(yè)過(guò)程的自利用，回收的有機物可作為原料或者新的產(chǎn)品。在電鍍冶金行業(yè)中，重金屬往往含有比較高的絡(luò )合物，這些絡(luò )合物很難去除。它不是一種游離的基礎離子，同時(shí)也不是一種游離的有機物，它被氧化起來(lái)就有難度，回收起來(lái)也更難。針對如何在這樣的體系中回收，設計出了一種電化學(xué)的方法：用二氧化碳作為光陽(yáng)極，用釉鋼作為陰極，這對銅、EDTA這樣的絡(luò )合物可以很好的去除。其原因就是在這樣的反應中，把EDTA這種配位體的氧化使銅能夠游離出來(lái)，在陰極的表面沉結大量的銅，使銅得到回收。在冶金和電鍍的廢水中，氰化銅是廣泛存在的，它最難被回收同時(shí)也最有毒性。之所以說(shuō)最難被回收，因為廢水的PH值都在11左右，呈堿性，在堿性的情況下釋放銅離子，一定會(huì )水解成為氧化銅，而氧化銅會(huì )聚積在陽(yáng)極，這會(huì )干擾反應的進(jìn)行，影響電化學(xué)效率。所以在PH>11的條件下，我們在廢水中加入焦磷酸鹽(焦磷酸鹽在電鍍或者其他行業(yè)廣泛使用，而且價(jià)格便宜)，就會(huì )驚奇地發(fā)現在陽(yáng)極表面的氧化銅就消失了，變成了焦磷酸鹽銅的絡(luò )合物，并且聚積到陰極，順利地把銅解離出來(lái)，沉積在陰極的表面，這樣就解決了在陽(yáng)極表面不能夠有效回收的問(wèn)題。在這個(gè)反應中，如果和太陽(yáng)光結合起來(lái)，就可以進(jìn)一步優(yōu)化反應效率和反應過(guò)程，使能耗更低。這個(gè)例子說(shuō)明我們能通過(guò)一些簡(jiǎn)單的辦法，使廢水中的有用物質(zhì)得到經(jīng)濟和有效的回收。所以工業(yè)廢水回收、物質(zhì)的循環(huán)，應該是在處理當中最核心的手段。
最近有很多人在提工業(yè)廢水的零排放、超低排放。零排放不應該是一個(gè)目的，應該是一個(gè)目標，應該是針對物質(zhì)作為產(chǎn)品的過(guò)程的追求。所以我認為我們可以追求超低排放，超低排放應該是最大限度地減少排放的毒性。工業(yè)廢水的處理技術(shù)方向首先應該是新能源的利用和自身能耗的轉化，其次是對有用物質(zhì)的分離和利用，另外就是超低排放技術(shù)(超低排放一定要使水回用回收以及毒性控制)，做到這三點(diǎn)才能叫超低排放。
作者：佚名 來(lái)源：中國水網(wǎng)
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