中国城市生活污水脱氮技术的未来判断


北京、昆明、巢湖、太湖等重点区域及流域作为环保的推动者,对污水处理提出了越来越高的要求。TN排放标准从20mg/L(一级B)、15 mg/L(一级A),提升为10mg/L,甚至5mg/L(昆明A标),逐渐向极限脱氮迈进。然而,在当前提标改造的脱氮技术路线中,一些脱氮工艺存在通过碳源增加带来药剂成本的大幅提高,以及场地的增加、复杂的运营维护等诸多问题,尚不具备技术、管理与资本的可持续发展。

以污水脱氮为话题,极限脱氮是否是中国污水处理的未来趋势?中国特有的污水特征下,如何实现高排放标准下污水脱氮的高效、稳定运行?以国际经验看我国脱氮技术的未来方向又是什么?我们希望通过对历史、现在、未来的探讨及思考,厘清脱氮技术未来的技术路线,促进行业创新及环保事业的健康发展。

我国水体受到氮污染了吗?

区别于自然生物固定氮,化学合成氮、化石燃料燃烧而释放的氮氧化物,以及由于水稻扩种而增加的生物固氮量等,被称为“人为活化氮”或“活性氮”。清华大学绿色经济与可持续发展研究中心研究发现,1910-2010年的100年间,我国年均活性氮的净产生量增加了6倍多,到2010年其贡献达到了80%以上。人为活化氮的数量成倍于自然生物固定氮量显著地改变了区域氮循环,给生态环境带来更大的压力。温室效应、霾、酸雨都与人类活动干扰下氮循环的改变有关。

那么我国的水体受到氮污染了么?

2019年2月,清华大学的喻朝庆博士及其同事在《自然》上发表了一篇论文“Managing nitrogen to restore water quality in China”。作者报告说,中国因人为原因造成的氮排入淡水的速度为1450万t/a,约为安全排放阈值估值(520万t/a)的2.7倍。在20世纪80年代之前,水体氮浓度低于1mg/L,但在20世纪90年代后,许多集水区的氮浓度迅速上升至15mg/L以上。这项研究发现,除西藏区域外,我国各省均有流域污染问题,且95%的水域在2000年以前已受到污染,至今污染物积累已超20年。而京杭大运河在1980年、巢湖在1985年、滇池在1981年均已开始出现氮污染,氮累积近40年。

中国正在由“低碳社会”迈入“低氮社会”

“低碳社会(low-carbon society)”的理念已经深入人心,但如上文介绍,人类活动显著干扰氮循环后可能产生更为严重的不利影响,却一直没有引起社会各界的重视。面对我国及世界活性氮产生量逐年递增的现状,建设“低氮社会”成为控制环境污染、维护生态系统健康的必然举措。

2016年,清华大学绿色经济与可持续发展研究中心提出了“加快构建低氮社会,保障生态系统健康”的主张。2018年,在中荷生态环境技术国际高峰论坛上,清华大学环境学院王凯军教授也讲到人们对于氮磷问题仍没有更充分的认识,重点提出了从“低碳社会”到“低氮社会”的发展理念。