王麗艷，張靳超

(1.新疆環(huán)境工程有限公司，新疆 烏魯木齊 830000;2.新疆天玉生物科技有限公司，新疆 烏蘇 833000)

1 引言

當(dāng)前全球氣候變化正在對世界各國產(chǎn)生日益重大而深遠(yuǎn)的影響，2009年12月7～19日在哥本哈根召開的世界氣候大會充分反映了國際社會對此問題及與其緊密相關(guān)的碳減排問題的關(guān)注。全球氣候變化與地球大氣中的二氧化碳、甲烷、氧化亞氮、氫氟碳化物(HFCs)、全氟碳化物(PFCs)及六氟化硫(SF6)等溫室氣體緊密關(guān)聯(lián)。由于人類活動已引起全球溫室氣體排放增加。以我國為例，1994年CO2排放量為30.7億t，到2004年已增長到50.7億t［1］。而大氣二氧化碳含量從1000年前的280×10－6上升至 2000 年前后的 360 ×10－6，升幅高達(dá)28.6%，2005 年則達(dá)到379 ×10－6［2］。大氣中 CO2等溫室氣體濃度的持續(xù)增加，引發(fā)了日益嚴(yán)重的溫室效應(yīng)等環(huán)境問題，如全球變暖、海平面升高、極端極端天氣事件頻發(fā)等，引起了人們對CO2排放的廣泛關(guān)注［3～5］。政府間氣候變化專業(yè)委員會(IPCC)第四次評估報告《氣候變化2007》建議到2030年應(yīng)將溫室氣體濃度限制于445×10－6～650×10－6之間。因此，如何控制和減少向大氣排放CO2以緩解溫室效應(yīng)已經(jīng)成為世界性的迫切課題。

2 污水處理中的碳資源利用

城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，大量人口進(jìn)入城市，其生活生產(chǎn)產(chǎn)生大量污水。我國則每年排放城市污水達(dá)到350億t以上，其中含有大量有機(jī)物［6］。以COD濃度400mg/L計，每年排放的城市污水所含有機(jī)物達(dá)0.12億t(COD)。對于城市污水處理，好氧活性污泥法是最成熟穩(wěn)定而最常用的工藝，其利用好氧微生物的代謝作用把有機(jī)物轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，同時實現(xiàn)了細(xì)胞增殖。盡管活性污泥法能有效的去除廢水中的有機(jī)物，但是其產(chǎn)生的二氧化碳隨曝氣氣流進(jìn)入大氣，成為溫室效應(yīng)氣體的重要來源之一［7］。此外，處理過程所需的動力消耗也可折合成二氧化碳排放。經(jīng)測算，處理城市污水所產(chǎn)生的二氧化碳量為0.29kg CO2/(m3水·d)。因此，如果按當(dāng)前污水處理總量1億m3/d，以活性污泥法處理計算，則每年有近0.1億t二氧化碳排放［8］。目前，還沒有見到如何計算城市污水處理中二氧化碳排放量，也缺乏污水處理對溫室效應(yīng)影響的評估。對城市污水處理中排放的二氧化碳的資源化利用方面的可行性研究工作也有待開展。

傳統(tǒng)的污水資源化主要是研究水本身的回用(如回用于綠化、洗滌、工業(yè)冷卻水等)，卻忽略了污水中含有的豐富的碳資源，以耗費大量電能為代價將這些有用的碳資源當(dāng)作“垃圾”處理掉。如果能利用某些有效的方法把污水中有機(jī)物在好氧生物處理前就從污水中分離出來、再予以相關(guān)的資源化開發(fā)，這樣即可以免去好氧氧化這些含碳有機(jī)物的電耗，降低污水好氧處理的成本，又可以避免這些含碳有機(jī)物經(jīng)好氧降解轉(zhuǎn)化為二氧化碳排放，實現(xiàn)污水處理碳減排的目的［9，10］。此外，對分離出的有機(jī)物予以資源化開發(fā)應(yīng)用，如經(jīng)厭氧轉(zhuǎn)化為甲烷氣體用于燒鍋爐或發(fā)電，或轉(zhuǎn)化為生物脫氮除磷所需的低分子易降解有機(jī)物回用于污水除磷脫氮，又可以產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益或進(jìn)一步提高污水氮磷的去除效率和降低氮磷去除的成本［11］。因此，污水中碳源的資源化利用，實在是一舉數(shù)得的好事，應(yīng)該深入開展相關(guān)的調(diào)研和研究。

由于生活水平的提高，目前城市污水的水質(zhì)發(fā)生了很大變化。許多城市污水中有機(jī)物含量很低，屬于低碳高氮的污水。如某城市污水處理廠進(jìn)水BOD5低于150mg/L，而總氮則接近55mg/L、總磷達(dá)6mg/L以上。而且這種城市污水中碳源不足問題有加重的趨勢。由于生物脫氮和生物除磷都需要有一定的碳源，生物脫氮系統(tǒng)進(jìn)水BOD5/TN不小于4，而生物除磷系統(tǒng)則要求進(jìn)水 BOD5/TP大于17［12］。這種低碳高氮的污水無法滿足脫氮除磷的要求。一些污水處理廠采用了投加甲醇等外加碳源，盡管取得較好氮磷去除效果，卻明顯增大了運行成本。也有一些污水廠對初沉污泥或剩余污泥發(fā)酵生產(chǎn)VFA補(bǔ)充碳源，但又增加了工藝控制難度。如果把污水中生物脫氮除磷可以利用的有機(jī)物稱為有效碳源。如何準(zhǔn)確衡算和判斷城市污水中的有效碳源量，進(jìn)而可以確定需要補(bǔ)充的有效碳源量，即可充分利用城市污水中的有機(jī)物，又最大限度地避免了污水中原有的有機(jī)物和補(bǔ)充的有機(jī)物被好氧微生物降解轉(zhuǎn)化為二氧化碳排放的后果，還降低了電耗等運行成本。

3 結(jié)語

污水中存在豐富的有機(jī)碳資源，如何將有機(jī)碳資源從污水中富集、分離、轉(zhuǎn)化并加以充分利用，同時降低污水處理成本，是符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)原理和要求的。目前全球所面臨的嚴(yán)重的環(huán)境問題、能源與資源短缺問題以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境治理所面臨的資金不足，需要有效、簡單且費用低廉的污水碳源資源化技術(shù)。因此，基于碳資源化利用的污水處理技術(shù)方面的深入研究探索具有具有重大的經(jīng)濟(jì)、能源和環(huán)保意義。

基于上述論述，城市污水處理二氧化碳排放及碳資源化的研究重點在于以下幾個方面:研究和調(diào)查城市污水處理相關(guān)的二氧化碳排放數(shù)量，并評估其對溫室效應(yīng)的影響;研究和評估對城市污水處理過程中排放的二氧化碳的資源化利用的可行性方法與技術(shù)。研究濃縮分離城市污水中有機(jī)物的技術(shù)方法，探討對城市污水中的碳進(jìn)行資源化開發(fā)利用的途徑與方法。

［1］中國國家發(fā)展和改革委員會.中國應(yīng)對氣候變化國家方案［R］.北京:中國國家發(fā)展和改革委員會，2007.

［2］Pachauri R K，Reisinger A.政府間氣候變化專門委員會第四次評估報告第一、第二和第三工作組的報告［R］.日內(nèi)瓦:IPCC，2007.

［3］陳詩一.能源消耗、二氧化碳排放與中國工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展［J］.經(jīng)濟(jì)研究.2009，(4):41～55.

［4］任 力.低碳經(jīng)濟(jì)與中國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展［J］.社會科學(xué)家，2009，124(2):47 ～50.

［5］Paola Pedroni，John Davison，Heino Beckert，et al.A Proposal to Establish an International Network on Biofixation of CO2 and Greenhouse Gas Abatement with Microalgae［J］.Journal of Energy ＆Environmental Research，2001，1(1):136～151.

［6］陳育華.淺論如何對城市污水污染的控制及政策研究［J］.科技信息，2007(18):310.

［7］李圭白.水質(zhì)工程學(xué)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2005.

［8］聶梅生.重新認(rèn)識水處理技術(shù)發(fā)展前景［EB/OL］.［2007－11－27］.http://info.water.hc360.com/2007/11/27081694948 － 2.shtml.

［9］Diego Rosso，Michael K.The carbon － sequestration potential of municipal wastewater treatment［J］.Chemosphere，2008，(70):1468～1475.

［10］F Y Cakira，M K Stenstrom.Greenhouse gas production:A comparison between aerobic and anaerobic wastewater treatment technology［J］.Water Research，2005(39):4197 ～ 4203.

［11］J Chanona，J Ribes，A Secob，F(xiàn)errer.Optimum design and operation of primary sludge fermentation schemes for volatile fatty acids production［J］.Water Research，2006(40):53 ～60.

［12］上海市津建設(shè)和交通委員會.GB50014－2006室外排水設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社，2006.