3月9日，“第12屆中國農村和小城鎮水環境治理論壇”在內蒙古呼和浩特舉行。同濟大學工程與產業研究院院長、新農村發展研究院常務副院長張亞雷作題為《面向碳中和的農村污水資源化技術》的報告。
張亞雷，同濟大學工程與產業研究院院長、新農村發展研究院常務副院長
污水處理減污低碳發展現狀與需求
污水處理碳排放量占全社會總排放量的1-2%，2009-2019年市政污水行業碳排放增幅超140%。2022年6月，生態環境部、國家發改委等七部門聯合印發《減污降碳協同增效實施方案》。2022年8月，科技部、國家發展改革委、工業和信息化部、生態環境部、住房城鄉建設部、交通運輸部、中科院、工程院、國家能源局等九部門聯合印發《科技支撐碳達峰碳中和實施方案（2022-2030）》。
多項“碳達峰碳中和”相關政策均提出要大力推進污水資源化利用。推進污水處理廠節能降耗，優化工藝流程，提高處理效率。開展城鎮污水處理和資源化利用碳排放測算，優化污水處理設施能耗和碳排放管理。
農村污水治理現狀及發展趨勢
截止2020年，我國農村污水排放量約300億噸，體量巨大，污水處理率不足30%。農村污水排放特征包括氮磷濃度偏高，分散排放、水量小、日變化大、收集困難、地區差異明顯。因此，農村污水的治理比城市污水更加復雜、難度更大。
當前，我國農村污水治理模式與實際需求有一定偏差，運行狀況差、達標率低，污水資源化利用水平低。亟需構建因地制宜的農村污水處理模式，開發物質循環與資源利用的污水低碳處理技術。
而從政策導向上看，農村改廁和污水治理協同發展，是“十四五” 鄉村振興領域的工作重點。
廁所污水各類污染物排放量占總排放量比例較大，處理不當會污染環境，雜排水往往被排入化糞池，導致糞污溢流或者清掏頻率過高，無下水管網地區，雜排水無組織排，嚴重環境污染。因此亟需同步推進農村污水治理與改廁工作，形成因地制宜的治理模式。
農村污水黑灰分質/混合治理模式
1、黑灰混合分質治理模式
黑水包括糞、尿及其沖洗水，灰水則是其余生活污水（表面活性劑、油脂等）。黑灰水水質差異大，資源化偏重不同。分質收集是處理黑灰水的有效模式，分質收集將各類污水源頭分離，并根據污水特點有針對性地處理與資源化利用，克服了混合處理資源化效率低、成本高的難題。
通過研究非洲、日本、IWA等不同地區黑灰分質資源化模式發現，在常見分質處理資源化模式中，糞便、尿液和灰水的分離是回收資源的必要條件。
灰水、黑水具體的資源化方法則與污水水質、當地經濟社會情況等因素密切相關。其核心在于對水中不同資源的閉環?；宜煌幚砑夹g包括：物理法（過濾吸附、膜分離），化學法（催化、氧化），生物法（SBR、MBR等），生態法（人工濕地、生態濾池、土壤滲濾），需根據當地水資源需求、環境敏感程度等評估選取適宜的灰水處理技術。
黑水COD含量高、CNP營養元素豐富，資源化潛力巨大。主要資源化途徑包括：甲烷回收、好氧堆肥、氮磷回收、多級處理水資源回收等。
甲烷回收：耦合餐廚垃圾、農業廢棄用等共發酵，實現廢棄物的減量化、資源化和循環利用。好氧堆肥：好氧堆肥技術在我國農村應用推廣較多，將糞便與生物填料或者基質混合后置于儲糞池或發酵罐內，利用糞便自身攜帶的好氧微生物或者定期投放特殊高效菌種進行發酵，最終變成有機肥。
高效且無廢的堆肥方式是目前市場的迫切需求。氮磷回收：微藻資源化技術：實現黑水低耗高效處理與全過程資源化利用高蛋白飼料、肥料、生物油等。離子交換吸附技術：尿液中營養元素轉移到吸附材料中，直接作為肥料農用。鳥糞石/緩釋肥技術：通過控制不同條件獲得高純鳥糞石回收氮磷。
多級處理水資源回收：兩級A/O-MBBR為核心的循環水沖廁所系統，耦合預處理與深度處理單元，增強黑水處理與回用的效率與穩定性。安全保障技術：包括綠色新型氧化消毒技術、電化學消毒技術等，實現污水中病原微生物、藥物污染物及其他污染物質的防控。
2、黑灰混合集中處理模式
生態處理：出水可達二級排放標準，需要收割植物、清掏等定期維護。
傳統活性污泥法（A/O、A2O等）：處理效率好，出水水質穩定，可以同時脫氮除磷，達到一級B排放標準。需要專業技術人員維護，基建和運行管理費用較高。
生物+生態組合工藝：生物生態組合工藝是一種針對農村地區不同發展狀況、不同地形條件和不同排水特征而研究開發的適用于農村地區的污水處理工藝，運行效果穩定。曝氣生物濾池、生物接觸氧化、膜生物反應器：
面向碳中和的農村污水資源化技術探索
微藻資源化技術是一項資源回收率高的污水處理技術，可實現污水低能耗、全過程資源化利用，微藻去除污染物的同時高效固定CO2。
微藻資源化技術面臨的難點有3個
因此，課題組針對以上3個問題進行了深入研究。微藻污水培養方面：通過高耐污性、高含油量、高產率優勢藻株篩選，構建高通量、多因素篩選體系，開展了物化誘導、基因工程等手段篩選構建特異性藻株，抑制雜菌/雜藻過度生長，顯著提升微藻藻生物量及油脂含量。通過量子點強化微藻高效固碳技術開發，基于量子光譜重組效應，強化微藻光能利用，顯著提升微藻固碳效率（20%）及代謝產物積累（油脂含量提升34%）?；诜磻鞑牧?、結構以及光氣液傳質的改進研發了三代微藻光生物反應器。同時建立微藻廢水循環培養技術（AWC2T）和系統性能評估體系，AWC2T技術具有優越的經濟性和資源高效性，可助力微藻低碳污水處理的發展。
微藻采收方面：建立原位無損膜污染因子識別體系，揭示分級顆粒對污染層演變影響規律，構建改性界面擴散凝聚（IMDLA）模型，為微藻濃縮過程膜污染提供理論依據，提出精準的膜污染控制策略。提出硅藻土動態膜技術微藻分離濃縮新工藝，開發振動膜技術微藻分離技術體系，通過開發微藻新型膜分離濃縮工藝技術體系，實現微藻的高效低耗采收。
微藻高值資源轉化方面：提出微藻-乳酸-藻基功能性碳材料梯級提取資源化路徑，構建新型金屬改性催化劑，定向調控微藻高值轉化，實現微藻生物質全組分利用。開發了基于原位水熱組裝的Pt/SiO2@Mg(OH)2核殼結構催化劑，具有高選擇性和穩定性。促進主反應、抑制副反應，提升催化劑穩定性（三次回用效率穩定在45%以上），有效提高藻渣水熱催化產乳酸性能。目前，微藻資源化技術已能夠在高濃度有機廢水、凈化出水、鋼鐵冷軋廢水等諸多案例中有良好的應用。
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來源：水工業市場
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