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污泥和循环-第8届英国废水网络会议的报告

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英国废水网络会议是由英国克兰菲尔德大学克兰菲尔德水科学研究所主办的为期一天的年度会议。

今年,由于冠状病毒,英国废水网络第八届会议于2020年11月26日首次在线举行。西蒙·贾德报告会议简洁但折衷的方案,其中包括来自英国,比利时和澳大利亚的报告,以循环经济为重点

英国废水网络第八届会议的计划聚焦于循环经济,讨论了资源回收(微生物蛋白和混凝剂)、氨到能源转换、生物固体到土地碳核算,以及微塑料影响的检查。

1.铁混凝剂的再利用和回收

从铁混凝剂的再利用和回收开始,博士Ilje Pikaar从昆士兰大学(当地时间上午8:00提出他的工作),为替代钢铁替代钢铁以允许其重用和可能的回收的强有力。这个想法是使用铁凝血剂进行饮用水处理,然后使用产生的铁污泥代替原始的凝固试剂进行进一步职责。

图1所示。铁的再利用(来自饮用水污泥)和最终回收(来自废水污泥)的概念
图1所示。铁的再利用(来自饮用水污泥)和最终回收(来自废水污泥)的概念
图1.铁的再利用(来自饮用水污泥)和最终回收(来自废水污泥)的概念

Pikaar展示了直接将饮用水污泥(DWS)注入下水道网络的惊人效果。这有两个有益的影响:

  • 硫化氢的抑制(H2S)生成的网络,和
  • 磷酸铁随后沉淀为橄榄石。

铁对氢的利用2在澳大利亚等地区,污水的温度较高,加上污水的污染程度,就会产生H2S在下水道网络中。然而,用可饮用的污泥代替氯化铁是一个相当大的飞跃。

然后在关闭环路时进行进一步的步骤:从废水污泥中回收铁作为磷酸铁的磷酸铁。结晶体育石是一种天然存在的宝石,具有有光泽的绿色。很难想象它从污水污泥中恢复过来。

该小组在长期的实验室规模测试中成功地证明了这一概念——考虑到铁化学是某种黑色艺术,这是一个令人印象深刻的壮举。水相铁的种类比你能摇动一根棍子的数量还要多。

试验是基于连续流系统进行的,该系统模拟了城市废水方案,包括下水道、废水处理反应器、污泥浓缩器和厌氧污泥消化器。结果表明,污泥的性能几乎与原始氯化铁一样好,大部分铁最终成为活晶石(图2)。活晶石可以通过磁选回收,用于矿业。

图2。添加常规氯化铁和含铁饮用水污泥的影响,以及产生的废水污泥流中随后的活石含量(Salehin等,2020)
图2。添加常规氯化铁和含铁饮用水污泥的影响,以及产生的废水污泥流中随后的活石含量(Salehin等,2020)
图2.投加常规氯化铁和含铁饮用水污泥的影响,以及产生的废水污泥流中随后的vivianite含量(Salehin et al,2020)

另外两篇介绍介绍了生物固体对土地的影响。第一个研究来自英国生态与水文中心(UK Centre for Ecology and Hydrology)的戴夫•斯珀金(Dave Spurgeon),通过考虑暴露、风险和影响,重点研究了微塑料在土壤系统中的危害。

2.生物固体登陆

由演示者指出的是戴夫Spurgeon关于水中微塑料(MPs)——特别是海洋环境的测量的论文过多。水可以被过滤,塑料物质可以被过滤出来进行进一步的分析。从土壤和污泥中提取塑料有点难度。所采用的方法包括高级氧化、浮选、酶解、乙醇分散,并采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和/或热解GC-MS进行分析。

使用这种分析,已证明接受生物固体的土壤的MP含量至少是可测量的。一项研究表明,如果每年每公顷土地施用250公斤氮,相当于每千克土壤施用3克污泥,那么每千克土壤可以检测到大约3万个微塑料颗粒。在不同的国家,报道的污水污泥中MPs的平均浓度从每克干重低于1到超过100个颗粒(图3)。

图3。报告的污水污泥中微塑料颗粒的平均浓度(Rolsky等,2020年)
图3。报告的污水污泥中微塑料颗粒的平均浓度(Rolsky等,2020年)
图3。报告的污水污泥中微塑料颗粒的平均浓度(Rolsky等,2020年)

正如Spurgeon所承认的,很难知道这些浓度的长期意义有多大,甚至很难知道检测到的微塑料是否来自生物固体而不是垃圾。从水务公司和监管机构的角度来看,任何检测到的微塑料显然都是不可取的。CEH的研究小组已经确定,就对蠕虫的影响而言,在较高浓度下(尼龙的情况下,大于90克/千克土壤),繁殖受到显著影响。

对于纳米塑料(直径100 nm,而微塑料的直径约为0.1 mm),检测是固体的,污泥变得更具挑战性。就影响而言,结果表明,带正电的纳米塑料颗粒对蠕虫死亡率有负面影响。

第二个关于生物固体到陆地的演讲是来自雅各布斯工程公司的安迪·麦克劳德。这项工作通过碳核算(图4)证明了利用生物固体改善土壤的积极效益,已经在其他地方概述了(见我们的特写)英国水净零碳:生物固体对土地的真正好处).这项工作关注的是土壤固碳最容易被忽视的部分,而不是更广泛报道的向大气中排放碳和温室气体的问题。

图4。在土地上施用生物固体的积极效益
图4。在土地上施用生物固体的积极效益
图4。在土地上施用生物固体的积极效益

提出了几种有趣的结果,包括污泥处理对有机碳保留在土壤中的程度的影响。似乎污泥干燥可以促进有机碳的损失,而不是脱水或堆肥。

接下来,就氨的命运及其作为一种资源的意义,提出了两个有趣的报告。考虑了两种完全不同的重用机会。

3.微生物蛋白氨回收

Korneel Rabaey根特大学的教授向观众介绍了微生物蛋白(MP)的奇异世界。人们普遍认为,生产蛋白质(即肉类)的经典方法是一种效率极低的将氮转化为蛋白质的方法(或者,实际上是用水)。在这个过程中,只有4%的氮最终变成了产品中的蛋白质。对于植物性蛋白质产品来说,它明显更好,但仍然只有15%。但是如果我们都开始吃微生物蛋白,这个数字将会上升到46%。

MPs含有丰富的必需营养素——比植物性蛋白质(如大豆)还要多。它们可以适应目标物种的嗅觉系统(例如,人类对气味的辨别与猪有些不同)。与其他蛋白质来源相比,它们需要的土地和水要少得多。

那么,这一切和废水有什么关系?答案是:氮。

污水是一种相当不错的氨气来源,一些粪便来源(猪)尤其如此。所有的微生物都需要碳和氮。碳可以从厌氧消化沼气中获得,可以直接从甲烷(图5,情况1)或CO中获得乐动时时彩乐动appb2如果氨也可以从AD消化上清中提取,那么蛋白质可以从C和N的可持续来源中产生。

图5。乐动乐动appb时时彩厌氧消化配置为C和N捕获,用于微生物蛋白生产(Verbeeck等,2020年)
图5。乐动乐动appb时时彩厌氧消化配置为C和N捕获,用于微生物蛋白生产(Verbeeck等,2020年)
图5.厌氧消化配置用于乐动乐动appb时时彩捕获微生物蛋白质生产的C和N(Verbeeck等人,2020)

这里面有一种优雅。如果从养猪场排出的氨源中产生的微生物蛋白被用作动物饲料,那么显然,维持猪生命所需的大约三分之一的蛋白质可以由它自己的排出物提供。也许最好让他们不知道。

所有这些都表明了高效固液分离与厌氧消化池上清液的适当处理相结合的重要性(图5)。传统的方法是将这一含氨的流返回到工程的上游。这似乎是对氨和能源的罪恶浪费。

4.氨回收能源

最后的演示,来自伊万·麦克阿当在克兰菲尔德大学(Cranfield University),他也提到了氨在发电中的价值。

显然,氨经济比氢经济的地位要低一些。氢气的每单位质量热值(120兆焦耳/公斤-大大高于氨的相应数字22.5兆焦耳/公斤)看起来很吸引人。然而,关键是氨很容易液化。这意味着每单位体积的CV约为17 MJ/m3.-实际上比11乔丹/米还多3.对H2STP。氨的运输危险性也较小。

目前使用微生物学将氨转化为硝酸盐的做法占每米0.63千瓦时的四分之一以上3.利用传统活性污泥法处理城市污水。如果这种氨被直接捕获,它可能产生0.19千瓦时/米3.

事实上,热电联产(CHP)发动机已经可以适应氨或沼气/氨混合进料。氨也可以电解生成氢气。

就像Rabaey的演讲一样,关键是在废水处理过程中氨的浓度最高的时候捕捉氨。在McAdam提出的方案(图6)中,厌氧阶段应用于废水处理和污泥流,氨从厌氧MBR烟气和脱水离心机处理AD污泥的中心捕获。

图6.为氨气捕集用于能源生产而配置的废水处理
图6.为氨气捕集用于能源生产而配置的废水处理
图6.为氨气捕集用于能源生产而配置的废水处理

氨捕捉技术并非没有挑战。铵必须通过提高pH值转化为氨。氨汽提在高温下更有效。汽提塔存在表面污垢问题。最后,必须对气体进行浓缩和净化,以供最终使用。然而,由于避免了生化硝化步骤,有潜在的能源可供利用,并通过避免氮的排放而产生相关的环境影响效益2O -一种强大的温室气体。

5.总结

似乎有很多好东西可以来自污泥,或者与之相关的过程。

将污泥直接应用于土地不仅能从所提供的养分中获益,还能从整体碳核算中获益。这依赖于有机碳在土壤中的保留,而不是释放到大气中。

似乎可以使用与配铁凝固剂的剂量产生的饮用水污泥,用作凝结剂本身的替代品。将直接应用到下水道网络上,抑制硫化氢,并促进从下游废水处理过程产生的污泥中的磷酸盐(作为Vivianite)的沉淀。

最后,还有一个有趣的氨问题。处理氨态生物的经典方法是将它们转化为硝酸盐,然后再转化为氮,使其无害。然而,氨本身是一种有用的能源和蛋白质生产资源。具有讽刺意味的是,实施这两种选择的最大障碍可能是临界质量:在单一地点需要产生足够的氨来抵消其重复使用的相关资本支出。然而,氨至少作为一种加压液体可以合理地运输。

诚然,人们有理由担心严重不可生物降解和潜在有害污染物的含量,特别是微塑料和衍生产品,如聚氟烷基物质(PFAS)。应用于土壤的生物固体中存在这些物质,这是一个巨大的挑战,似乎只有通过源头控制才能现实地解决。

然而,对循环经济的无情和必不可少的推动,使得这些想法中的一部分或全部最终将不可避免地在相当大的规模上得到实施。不是每个人都想要吃一块用污水处理厂的废水作为食物来源的猪肉或蔬菜肉,对饮用水污泥的再利用、再利用和/或再处理带来了巨大的后勤挑战。最终,唯一的限制是承诺。

参考

Kristof Verbeeck、Jo De Vrieze、Ilje Pikaar、Willy Verstraete和Korneel Rabaey(2020年)。评估通过微生物蛋白生产从厌氧消化中回收的资源向上循环的潜力。生物技术。乐动时时彩乐动appb在新闻

Rolsky,C.,Kelkar,V.,Driver,E.,和Halden,R。美国(2020). 城市污水污泥作为微塑料在环境中的来源。环境科学与健康的最新观点,14,16-22。

Salehin,S.,Rebosura,M.,Keller,J.,Gernjak,W.,Donose,B。C.,Yuan,Z.,和Pikaar,I(2020). 从下游处理厂消化污泥中回收下水道中的铁及其再利用潜力。水研究,174 115627。

确认

感谢Kristell Le Corre Pidou和CWSI的团队

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“污泥和循环− 英国废水网络第八届会议的报告由西蒙·贾德

此页上次更新于2020年12月07

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