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SWTF-SANI: 融入海水冲厕的新型水循环理念的可持续应用

关注:日期:2018-04-18

淡水短缺正在威胁着全球水安全。寻找可持续的替代性水资源方案已经成为了刻不容缓的社会问题。在沿海地区,淡化海水是重要的淡水供应源。而在很多沿海城市,20%-30%的自来水都被用于厕所冲水。如果能够利用经简单处理的海水替代部分淡水直接用于冲厕,则将进一步提高水资源利用率,降低能耗和节约其他处理成本。

作为一个严重缺乏淡水资源的海岸城市,香港自上世纪五十年代起一方面建立了长距离供水管道引入东江源水,另一方面开始采用海水冲厕。香港海水冲厕系统(简称SWTF)自1958年起就投入使用,据香港水务署2014年数据显示,该系统目前覆盖全港720万人口的80%,平均每天为香港提供760,000m³的海水作冲厕使用,可节省22%的淡水资源,有效提高城市用水效率。香港50年的经验证明海水冲厕基本不造成任何个人和公共卫生不便。

另一方面,海水冲厕技术的应用,导致市政污水含盐量高。但由于海水中还含有一定量的硫酸盐,使得其有机物(COD)与硫酸盐(SO₄²-)的比例约为1.3-2.4 (g COD/g SO₄²---S),提供了利用硫酸盐厌氧还原反应去除COD的可行性。香港科技大学的陈光浩教授于2004年首先提出了基于异养硫酸盐还原(Sulfate reduction)、自养反硝化(Autotrophic denitrification)、硝化反应(Nitrification)的复合工艺来处理高硫酸盐城市污水,简称SANI工艺。


SANI工艺巧妙地利用了污泥产量低的微生物(例如SRB硫酸盐还原菌和自养反硝化菌)来去除COD和氨氮。与包含厌氧消化和热电联产的传统活性污泥法相比,使用SANI工艺可以使占地面积减少30%-40%,污泥产量减少60%-70%,能耗低10%。在2004年至2008年期间,SANI工艺已经通过了连续500多天的小试、225天的中试以及一个在香港沙田污水厂的1000m³/d大型示范项目,其可行性和适用性得到了充分研究和验证。



前期研究结果显示,结合了SANI工艺的SWTF系统,能够在经济适用性和环境保护两方面发挥优势。然而,目前还没有关于SWTF-SANI系统在完整的城市水系统的LCA生命周期评价。因此我们需要对这个综合型水资源管理系统进行广泛的环境可持续发展分析,以评估它对气候变化、能耗和土地使用上的表现。

在这样的背景下,香港科技大学研究团队决定评估基于SWTF-SANI工艺的城市水系统的环境表现,并于其他传统系统做对比,例如应用了海水淡化系统来部分供应饮用水和/或中水冲厕(RWTF)的系统,并进行了LCA分析,包含了水体富营养化、能耗、气候变化、臭氧耗竭和土地使用。项目选取了深圳、香港、北京和青岛作为研究对象——前两个城市的水源来自东江,后两者则以来南水北调工程。这些城市都面临不同原因造成的水短缺问题。研究人员首先对这4个城市的6类环境影响类型在5个不同的城市水场景里作评估,然后进行敏感性分析找出最重要的影响因素,最后总结适合应用SWTF系统的情况。

材料与方法

根据ISO的标准,一个LCA分析由四个阶段组成,包括定义目标和范围、清单分析、影响分析和结果解释。 由于使用海水冲厕,污水最终排入大海,所以研究人员对系统边界进行了如下设定:



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