王雪野:碳中和背景下膜法污水处理技术可持续发展的思考

发布时间:2021-12-31 阅读:1626次


碳中和背景下,全球主要国家进入绿色发展引领环境污染控制、应对全球环境挑战的新阶段。在低碳/零碳水处理过程中,再生水资源回收利用是碳排放控制的关键环节,这要求在污水处理的全生命周期需要考虑控制碳排放,膜法污水处理技术面临新的重大机遇与挑战。在2021(第三届)中国城市水环境与水生态发展大会的“水资源综合利用与碳中和”专题论坛中,同济大学环境科学与工程学院博士后王雪野(代王志伟教授)进行了题为《碳中和背景下膜法污水处理技术可持续发展的思考》的报告,介绍了膜法污水处理的技术需求与挑战,探讨了膜法污水处理技术的可持续发展,分享了该技术的最新研究成果。

PART 01

技术需求与挑战

城市的水系统包括饮用水污水的收集管网、污水的处理厂、污水排放过程以及污泥处理处置,雨水的收集等。但系统中各个单元的碳排放量最佳并不意味着整体城市水系统碳排放量最佳。王志伟教授团队认为,“双碳”背景下低碳/零碳并非完全等同于能耗自给、资源回收和污水零排,需要平衡排放高标准和处理技术的低碳/零碳排放,并提出膜法污水处理过程碳中和实现途径包含四个方面:即节能降耗、水资源利用、资源能源回收和膜材料再生。同时,应该从碳平衡导向来综合看待水处理的物质能量和资源输入与输出,综合考量物耗、能耗和碳排间的关系,在实现现阶段高标准处理要求的同时兼顾一些低碳、零碳处理技术的需求。


PART 02

膜法污水处理技术的进展

(1)节能降耗

膜法污水处理技术应用规模不断扩大,同时带来突出的能耗问题。王博士指出,将膜技术与一些其他污水处理技术组合,构建新型组合工艺,强化膜的分离作用与转化作用,进而实现资源和能源回收,从而可达到一定程度的减碳排成效。


(2)水资源再生利用

污水中小分子难降解有机物等有毒有害污染物是污水处理与回用领域面临的新挑战。实现有毒有害污染物高效转化与去除,保障再生水安全利用,是膜法污水处理技术亟待突破的难点问题。研究团队通过高性能膜材料设计,利用低压膜技术、耦合电化学氧化等技术强化微污染物降解,实现废水的近零排放。


(3)资源能源回收

在实现水资源再生利用的同时,研究团队通过膜技术与其他技术的有机融合实现碳源捕获,同步进行硝化、厌氧氨氧化和反硝化,实现了低耗脱氮。此外,团队还发展了厌氧动态膜生物反应器强化污泥消化技术,实现污泥的强化处理。


(4)膜材料再生

针对膜材料的循环利用,团队发展了基于生物多聚物污染PES低压膜作为基底的升级再生方法,实现了将低压膜向高压膜的升级再生以及使用寿命到终点的微滤膜平级再生。


PART 03

总结与展望

全球新一轮的科技革命和产业变革,驱动了以绿色、低碳、智能和泛在为特征的群体性的重大技术变革。合成生物学、人工智能材料科学的蓬勃发展,也为污水处理技术的发展带来了新的机遇和新的探索落脚点。从膜法或者技术角度出发,研究团队认为可结合人工智能合成生物学以及材料基因组学等前沿学科的发展的方向,重点突破污水厂的能源营养物回收、再生水的利用以及碳中和污水处理方面,探索属于膜法污水处理技术的“双碳政策”下的可持续的发展的道路。

报告的具体内容详见水环境与水生态分会发布的《2021(第三届)中国城市水环境与水生态发展大会报告汇编》

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