眨眼又過(guò)了一個(gè)月了，好久沒(méi)跟大家聊學(xué)術(shù)了。恰逢昨天Mark van Loosdrecht在他Twitter推薦了一篇他主編的Water Research發(fā)布的新文章，題目是Large-scale demonstration of the sulfate reduction autotrophic denitrification nitrification integrated (SANI®) process in saline sewage treatment。好長(zhǎng)啊…直譯成中文是《用于海水污水的基于厭氧硫還原菌的自養(yǎng)反硝化硝化一體化工藝的大型示范項(xiàng)目》。大家可能注意到括號(hào)里的單詞SANI，它還有個(gè)注冊(cè)專利的標(biāo)志。擇日不如撞日，今天的學(xué)術(shù)星期四就跟大家快速侃一下這項(xiàng)“新工藝”，發(fā)明者本人把它稱為“殺泥技術(shù)”(好像很猛的樣子)。殺泥技術(shù)為何物?SANI工藝，或者說(shuō)殺泥技術(shù)，究竟何方神圣?竟引來(lái)荷蘭大牛的注意(當(dāng)然其實(shí)荷蘭大牛自己也有份寫…)?

      話說(shuō)這故事可以從2012年說(shuō)起…Once upon a time...

      當(dāng)年小編在荷蘭讀書的時(shí)候，參與了一個(gè)荷蘭全國(guó)水研討會(huì)的組委會(huì)工作，當(dāng)時(shí)一個(gè)分會(huì)場(chǎng)的主講人正是Mark。當(dāng)時(shí)小編年少無(wú)知孤陋寡聞(當(dāng)然如今依舊如此)，尚不知這人竟是業(yè)界傳奇的paper狂人。當(dāng)時(shí)也剛好排到我負(fù)責(zé)那個(gè)會(huì)場(chǎng)的工作，所以我就有幸第一回聽(tīng)他的講座，題目正是關(guān)于SANI工藝。更讓我大開(kāi)眼界的是，SANI原來(lái)源自香港，發(fā)明者是香港大學(xué)科大的教授陳光浩。據(jù)香港科大畢業(yè)的學(xué)姐的路邊消息，陳教授人脈廣闊，在學(xué)生圈子里被尊稱為“Blow Water King”(啥意思?猜你已會(huì)心一笑，小編也自認(rèn)為這是個(gè)妙到毫巔的雙關(guān)語(yǔ))。

      陳教授之于香港的水處理學(xué)術(shù)界就如Mark之于荷蘭水處理學(xué)術(shù)界。當(dāng)然這是小編的一方之言(水平有限，但覺(jué)得這么一個(gè)類比能讓大家更好地在短時(shí)間里理解陳教授的江湖地位)，但還是有根有據(jù)的——原因是陳教授發(fā)現(xiàn)SANI菌種的過(guò)程跟Mark將厭氧氨氧化和好氧顆粒污泥發(fā)揚(yáng)光大的歷程是異常相似的。

      香港科大搜到的陳教授擺拍照

      這時(shí)又要來(lái)一個(gè)Once upon a time 了…話說(shuō)早在上世紀(jì)六十年代，香港就已經(jīng)是承受巨大的人口和水資源的壓力——根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料，香港人口密度高達(dá)6553 人/km2，和我在《水的力量》里提到的印度的班加羅爾相反，香港能從降雨回收的水資源僅能滿足總需求的19%。

      面對(duì)這樣的危機(jī)，當(dāng)年的香港政府因地制宜，做了兩個(gè)重要的決定： (i) 自1965年起，從廣東的東江引入年流量約7.3億立方米的水 (這也是為什么奧尼卡的FCR工藝能在河源污水廠中標(biāo)的原因，因?yàn)榕湃霒|江的水要高質(zhì)達(dá)標(biāo)來(lái)作為香港的水源)(ii) 自1958年起，引入海水沖廁系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)目前已覆蓋80%的人口，每天為香港節(jié)省了22%的淡水資源。

      1963年的香港，要排隊(duì)取水的日子(圖源：wikipedia)

      小編當(dāng)時(shí)聽(tīng)Mark介紹香港的海水沖廁系統(tǒng)時(shí)就有個(gè)疑問(wèn)——為啥這么具體可持續(xù)發(fā)展示范意義的工程，咱們隔壁的廣東人為啥幾乎從沒(méi)聽(tīng)過(guò)呢?現(xiàn)在回頭看，只能怪當(dāng)年(包括如今)做工程或者在政府上班的人沒(méi)有所謂的“喬(hui)布(ying)斯(xiao)”氣質(zhì)，哈哈。

      大家可能知道海水是咸的原因是富含諸如氯化鈉等物質(zhì)，但你們可能不知道海水里的硫酸鹽也是很高的。而更神奇的是，海水沖廁出來(lái)的污水里的COD與硫酸鹽的比例十分巧妙，理論上全部的可生物降解COD都可被厭氧性硫酸鹽還原菌(SRB - Sulfate Reducing Bacteria)的還原反應(yīng)得以去除，而且不會(huì)產(chǎn)生傳統(tǒng)除碳厭氧反應(yīng)常見(jiàn)的副產(chǎn)物硫化氫!

      最為人熟知的SRB菌——Desulfovibrio vulgaris (圖源：wikipedia)

      大自然的安排就是那么的美妙，而上帝總是眷顧那些熱愛(ài)觀察的人，包括在污水界混得風(fēng)生水起的傳奇人物，例如當(dāng)年在南非發(fā)現(xiàn)了厭氧顆粒污泥的厭氧鼻祖荷蘭人Lettinga，又如當(dāng)今TU Delft的Mark van Loosdrecht和香港科大的陳教授。陳教授在自己的專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)上，受到了啟發(fā)，慢慢研發(fā)出了這一套創(chuàng)新的基于SRB的結(jié)合自養(yǎng)反硝化硝化的一體化污水處理工藝。

      SANI工藝通過(guò)巧妙地利用含硫化合物作為電子載體，引入了硫循環(huán)把碳循環(huán)、氮循環(huán)結(jié)合起來(lái)，完成對(duì)去碳、氮和磷的去除，并大大減少了污泥的產(chǎn)量。“ 這也是SANI中文譯為“殺泥”的原因。 在這過(guò)程中，他和荷蘭的Mark緊密合作，可能也是多得荷蘭和香港兩個(gè)商業(yè)文化悠久，營(yíng)銷技巧深入百姓骨髓的社會(huì)的熏陶，他們巧妙地找到了“SANI”這樣中英相通的工藝簡(jiǎn)稱，小編對(duì)此表示擊節(jié)贊賞。

      盡管諸如MBBR、IFAS和好氧顆粒污泥之類當(dāng)下明星工藝收到很多中國(guó)同行的關(guān)注，但他們還是存在要處理“污泥”的問(wèn)題。長(zhǎng)得異常慢的SRB貌似真的是解決這個(gè)問(wèn)題的“另辟蹊徑”的鑰匙，那經(jīng)過(guò)多年的研發(fā)，陳教授團(tuán)隊(duì)在香港沙田污水廠的大規(guī)模示范項(xiàng)目有何新進(jìn)展呢?

      SANI殺泥工藝原理

      簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)，這個(gè)工藝分為三步，我把陳教授的英文流程圖翻譯成中文給大家參考一下：

      SANI工藝的概念圖(圖源：本文參考論文)

      我覺(jué)得陳教授已經(jīng)畫得再清楚不過(guò)了，我就不再?gòu)?fù)述了。他們?cè)跂|涌污水站做過(guò)的一個(gè)200天的10m3/天的中試實(shí)驗(yàn)在2012年得到的結(jié)果表明，污泥產(chǎn)量減少了高達(dá)90%，但是細(xì)菌長(zhǎng)得慢，對(duì)應(yīng)的HRT也被迫延長(zhǎng) 了，當(dāng)時(shí)的HRT長(zhǎng)達(dá)34小時(shí)。

      HRT這么長(zhǎng)，當(dāng)然拿不出手大聲炫耀啦… 正因如此，陳教授還得埋頭苦干，決定在沙田污水廠將中試規(guī)模進(jìn)一步放大。他們的paper分享了他們的設(shè)計(jì)和運(yùn)行條件以及實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。

      實(shí)驗(yàn)結(jié)果

      據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)介紹，這次試驗(yàn)的啟動(dòng)時(shí)間約為4個(gè)月，然后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后HRT約為12.5h，達(dá)到了普通污水廠的水平了，而占地面積能減少30-40%，出水在夏季和冬季都能符合當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)達(dá)標(biāo)排放。單位體積的有機(jī)負(fù)荷、硝化和反硝化率為 2 kg COD/m3/d, 0.39 kg N/m3/d和 0.35 kg N/m3/d。

      污泥產(chǎn)率為 0.35 ± 0.08 g TSS produced/g BOD5 (或 0.19 ± 0.05 g TSS/g COD) 按他們的算法，跟香港其他使用傳統(tǒng)活性污泥法的污水廠工藝相比，產(chǎn)量減少60-70%。盡管和之前理論上聲稱的90%，甚至零污泥還有一段距離，但起碼已經(jīng)證明了SANI的可行性。

      下一步接廣東進(jìn)軍大陸?

      據(jù)廣州的《南沙新區(qū)報(bào)》報(bào)道，今年陳教授已把更多時(shí)間分給南沙團(tuán)隊(duì)，隊(duì)伍也在擴(kuò)招。終極目標(biāo)?當(dāng)然是把殺泥技術(shù)引入內(nèi)地的沿海缺水地區(qū)啦，畢竟目前的技術(shù)條件最多也能和海水資源結(jié)合使用。 “南沙距離香港很近，對(duì)珠三角有很強(qiáng)的輻射作用，再加上國(guó)家近期不斷賦予的政策優(yōu)勢(shì)。

      這里是我們理想的司令部。我們?cè)谙愀蹌?chuàng)新技術(shù)，在南沙完善技術(shù)，搭乘‘一帶一路’的軌跡推向世界。”陳教授接受采訪時(shí)如是說(shuō)。(此處你還記得陳教授為啥有Blower Water King的美譽(yù)了嗎?)

      “上海、大連、廈門、青島……這16座沿海城市總?cè)丝谶_(dá)9200萬(wàn)人。以每人每天產(chǎn)生250公升污水，及以傳統(tǒng)的活性污泥工藝平均每處理一頓污水產(chǎn)生235克干污泥量計(jì)算，每年共產(chǎn)約200萬(wàn)噸的干污泥(以含固率20%計(jì)算)。若SANI工藝應(yīng)用于這些城市的話，可以大幅度的降低這些污泥的處理過(guò)程，同時(shí)也每年可以節(jié)約1400 GWh的能耗和120萬(wàn)噸的二氧化碳排放。” 陳教授在接受采訪時(shí)給大家作出以上展望…

      在座讀者，你覺(jué)得陳教授的計(jì)算如何?但無(wú)論如何，我還是很希望陳教授的團(tuán)隊(duì)能成為污水處理界的鄧紫棋，最終不僅能唱響大陸，更期待它能成為主流厭氧氨氧化、好氧顆粒污泥后的又一面向未來(lái)的基于厭氧技術(shù)的污水處理工藝。