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探讨水务环保行业未来的技术发展方向

发布时间:2022-10-07      点击次数:111

环保从业者总会异口同声得出的一个结论:“环保是跟着政策走的"。

因为,只有当环保政策明确的时候,政府购买服务和补贴的资金才会匹配到位,盘子里有蛋糕了,大家才会或多或少分到一些。那么,政策是从哪里来的呢?这也许是一个比较复杂的社会科学问题,但是不应该脱离自然科学的背景。

实际上,环境保护所涉及的专业广泛,是一个“大"交叉学科。大家对环境和环保所持观点因为专业不同而角度各异: 

哲学专业的观点是循环往复,产生,发展和灭亡。

社会科学的观点是以人为本,卫生文明和可持续发展。

物理专业的观点是效率,物质不灭和能量守恒。

化学专业的观点是元素、反应速率和浓度。

生物学专业的观点是菌群结构,物种多样和生态平衡。

当然,大家都应该感谢“绿水青山就是金山银山"远瞩,让环保行业从默默无闻,走到了舞台Z央。

作为一个化学专业的Z深环保工作者,我想从元素角度提出了一个新理念——污染元素的低能耗循环理念,即促进污染物的元素在较低能耗下完成转化过程的环境保护理念,试图探讨环保行业未来会走向哪里。

当人类的生产和生活持续活跃,导致原有物质循环被打破,环境中某些污染物质浓度或总量累积升高,不再适合人类持续生产和生活,人类文明受到挑战的时候,环保行业就诞生了。因此,环保行业从一开始就担负了一个核心使命,就是要解决污染物浓度或总量的削减,使其重新回归到适合人类持续生产和生活的环境状态。所以,Z正的水务环保工作者从来不说“我是搞水处理的",他们会说“我是做污染物减排的"

所谓化学污染,就是环境(或小环境)中的某一化学元素持续升高,或者原有自然循环过程被人类活动所打破,导致其在某一形态“堵塞",浓度持续升高。如果我们这些环保工作者,能让这些元素以较低的能耗重新循环起来,改变其 “堵塞"问题,同时,寻求尽量把循环路径缩短,把循环能耗降低,这也许才是我们的核心工作。——这就是污染物元素低能耗循环理念的核心观点。

现在我应用这个理念大胆预测一下,环保行业大概会往哪个方向发展:

1.碳元素循环(C)。有机物的迁移和转化是Z丰富的,所以有机碳的污染大行其道,通常有机物的生化处理过程采用*氧化的方式,微生物获得能量后增长迅速,导致污泥量大;且供氧所需能耗较高,运行成本较高。当然,不同处理工艺的运行成本也有高低之分。对于适于生物降解的有机物而言,厌氧处理技术能够缩短有机物的循环过程,大大降低循环能耗,应该是我们Z点关注的有机物处理的技术方向。对于不适用于生物降解的工业有机物,为了缩短反应进程,我们应更多地关注浓缩技术,以提高反应效率;更多的关注催化反应技术,以缩短其反应进程和能耗,甚至采用化工思维进行回收处理。二氧化碳循环不畅,导致全球气候变暖,灾害频发,所以,碳的减排技术以及碳汇技术都会备受关注,那些低能耗的自然的碳汇过程更应该是我们关注的焦点,例如周国模教授的竹林碳汇研究应该是我们Z点关注的技术方向。

2.氮元素循环(N)。氮是我们的朋友,大自然有氮循环过程。氮的循环过程研究的已经很多了,采用*硝化反硝化过程不仅增加氧化能耗,而且被标准裹挟,还要补充大量碳源,是得不偿失的。我们应该更多关注如何缩短氮的循环过程,降低其循环能耗,Z典型的就是我们大量研究的厌氧氨氧化反应过程,此外,还有短程硝化反硝化的反应过程。还有很多自然净化方法,包括人工湿地的自然净化,生物渗滤技术等,采用自然和生态方式的净化技术具有明显的低能耗特性。氨氮、亚硝酸盐氮的毒性较强,主要是因为其循环过程所需的氧化过程没有充足的溶解氧,所以需要我们同时研究如何把水环境中的溶解氧浓度提高上来,目前来看,完善污水收集管网,应收尽收;完善雨污分流,避免污水流入河道;加大水体自身流动性、提高水生植物富氧能力等,这些工程技术和生态解决方案都是我们需要Z点关注的方向。

3.磷元素循环(P)。磷也是我们的朋友,大自然有磷循环过程,我们的出水对磷浓度要求较高,导致生化和化学方法结合才能实现稳定磷达标。但是,剩余污泥中的聚磷菌以及磷的化学沉淀并没有参与到磷循环过程。我们在磷循环的过程中还有很多问题没有解决,其中剩余污泥和化学沉淀中的磷如何循环?是否可以通过回用技术和回用标准的优化,实现农业、林业等的自然循环过程,应该是我们Z点关注的内容,目前的磷的处理路径肯定是不可持续的,有很大的发展空间。此外,磷的化学吸附技术对于深度除磷具有很好的处理效果,不产生化学污泥,填料是环境友好型,吸附饱和的填料可以重新用于土壤改良,参与自然循环过程。这些新兴技术对于磷循环具有较好的推动作用,我认为是可以Z点推广的方向。

4.硫元素循环(S)。硫磺是重要的工业原料,硫酸根是我们饮用水中的重要离子组成,但是硫酸根还原菌在厌氧环境下可能给我们带来J大的危害。实际上,硫元素不应该成为污染物,在一些工业废水中,硫离子浓度较高,我们需要关注如何让硫化物通过适度氧化或生物转化为单质硫,让这个危险分子变为有志青年。即使将硫离子进行化学沉淀,那沉淀后的硫化铁也不应该被粗暴当作危废填埋,可以探讨硫化铁沉淀作为反硝化电子供体参与深度脱氮的研究。现在采用硫作为电子供体,进行脱氮处理过程的研究也较多,是非常好的方向。总之,硫的形态很多,对于那些可能带来污染的形态,我们要完善处理工艺,使之变为有利于经济的工业品形态,有计划的人工实现硫的循环过程。

5.重金属元素循环(Cu,Hg,Cd,Pb,Cr,As等)。除了汞和砷,铬、锌、铜等很多重金属都是我们微量元素。然而,重金属经常是很多环境公害事件的主因,我们需要深入思考含重金属的电子产品的固体废弃物的回收问题,我认为那些重金属的低能耗的富集技术,以及将其有效回收的技术,是我们需要关注的Z点。当然,大家都知道的,还有锂。

6.盐的循环(Na+,Ca2+,Mg2+, Cl-,SO42-)。对于工业废盐,我们以往总是非常忌惮,归类到危废中进行填埋处理。实际上,我们通过对一些典型废盐进行一系列的科学分析后发现,其成分特征非常明显,主要就是分为3个部分:烧失量,不溶物,溶解物。也就是说,废盐经过充分燃烧以后,理论上剩余的物质应该都可以回归大海。然而有争议的是关于盐的晶格中是否还会有危险的有机物。我想说的是,这些废盐经过焚烧以后,采用溶解的简单方式实现固液分离,Z后回归大海,有可能是我们Z点关注的技术方向,而不是简单地填埋处理,占用大量的土地和生存空间,Z后却转化为另一种潜在风险。 

总之,关于污染元素的低能耗循环理念,我已经有了一个简要的阐述和举例,我想说的是:

元素循环的“堵点"随着经济发展,可能逐步转化为民生的“痛点";民生“痛点"将Z终转化为“导向性的环境政策"。

一方面,当然要紧跟政策的步伐,响应国家的号召;另一方面,仅靠政策导向,不仅后知后觉,而且容易“扎堆儿",企业发展会很艰难。持续关注“堵点"问题更应该是我们环保企业发展的“指挥棒",是环保企业价值假设的有力证明,我们需要这种格局,让中国的环保企业能够走出去,成为国际性的跨国环保公司。

目前,智慧水务业务主要目标还停留在数字化治理和智能化运营的水平,我们要把“污染元素低能耗循环理念"作为我们智慧水务的核心价值观,推动工艺模型分析和运行能耗分析更加理性,通过大数据累积、分析,人工智能深度学习和筛选,推动治理技术的进步,尽我们所能,找到那个可持续发展的循环路径。


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