基于污染物高效分离与资源化的城市污水深度处理新工艺与原理

目前常用的以二级生物处理为主体的城市污水处理工艺虽然能够达到相应的排放标准，但存在高能耗、高剩余污泥量和温室气体排放等问题。再生水水质要求的提高将使这些问题更加突出。分析污水处理各单元的功能可以发现，转移和转化是去除污染物的基本过程，而好氧生物处理单元是高能耗、高污泥产量和温室气体排放的主体。本项目将改变目前污水处理工艺设计观念，建立基于污水净化以污染物转移为主、污泥处理以转化为主的工艺设计理念的城市污水深度处理新工艺，通过污染物转移与转化的有效调控，实现污水处理过程能耗和温室气体产量的显著降低，同时改善污泥的有机质含量，提高其资源化潜能。本项目将重点研究污染物转移与转化过程与强化方法，研发以吸附和催化氧化为主的强化不同类型污染物转移与转化的物化技术和生物吸附技术，阐明污染物的转移与转化调控原理、提出调控模式，建立能有效降低能耗和减少温室气体排放的城市污水资源化再生深度处理新工艺。

目前的污水处理工艺主要以满足水质要求为目标，通过能量和物质的输入实现污染物的高效去除，因此存在高能耗、高剩余污泥量和温室气体排放等问题，在能源日益短缺和提倡低碳社会的现代，它的发展面临极大的障碍。分析发现，污水处理过程中污染物的迁移行为与去除方式对能量的需求差异很大，对可利用物质和资源的回收也有显著的影响。本项目重点研究污水处理过程中不同类型污染物的转化机制与强化技术原理，研发强化污染物去除的高效低耗新技术和资源回收技术，构建满足水质、节能、低碳和资源回收等多目标的生活污水处理工艺。运用生命周期评估（LCA）和大数据分析方法，构建出面向节能、低碳与资源回收的污水处理多目标评估新框架，以及基于时间序列的评估指标权重分配模型，为认识污水处理模式的环境足迹提供了科学的方法。按照污水处理多目标管理的新思路开展技术集成，形成由有机质快速转移与厌氧高效转化、磷回收、高效脱氮和水质安全保障四个单元组成的新工艺，并对各单元技的术开展研究。研发出污泥快速转移有机污染物技术，可以显著降低污水生物处理单元的能耗，并使污泥中有机质含量提高5%-10%。基于单宁酸铁的特性，研发出吸附-催化氨氧化污水脱氮新技术，提出了单宁酸铁吸附-催化剂的制备方法。利用污水处理厂剩余污泥热解碳化制备出除磷吸附剂，对水中磷酸盐有较高的去除效果。研发出基于新生态铁锰复合氧化物（FMBO）吸附深度除磷技术，对溶解性磷的去除较稳定，浓度控制在0.05mg/L范围内。采用纳米多价态锰氧化物可以高效去除水中PPCPs，建立了材料的制备方法，明确了反应机制与条件。对多座城市污水处理厂的污泥特征以及污泥厌氧消化产甲烷效能等进行了长期跟踪研究，建立了污泥能源化效率对污泥特征响应关系与评价方法。提出了强化定向迁移转化的调控模式。