טיפול במים פסולת משני הוא שלב חיוני בניהול של כלכלנים עירוניים ותעשייתיים, שנועד להפחית עומס אורגני ופתוגנים לפני השחרור לתוך קבלת מים או שימוש חוזר. בעוד הוא מספק בריאות הציבור ברורה והטבות אקולוגיות, הפעולות עצמם לשאת טביעת רגל סביבתית משמעותית הדורשת הערכה שיטתית. מאמר זה בוחן את הממדים העיקריים של קיימות - צריכת אנרגיה, פליטות גזי חממה, ייצור ומוצרים, שימוש כימי, ואסטרטגיות סמכותיות, וטכנולוגיות ניהוליות, וטכנולוגיות בקרה עדכניות, אשר יכולות להציע לאחרונה.

מקורות טיפול במים משניים

טיפול שני חל על תהליכים ביולוגיים כדי לפרק חומר אורגני מושעה.השיטות הנפוצות ביותר כוללות קידוד מופעל, מסננים מסובכים, לסובבים אנשי קשר ביולוגיים, ו- bio-towers. תהליכים אלה מסתמכים על מיקרואורגניזמים - חיידקים, פרוטוזוא, פטריות - כדי לטבול תרכובות אורגניות, להפחית את הביקוש החמצן הביוכימי (BOD) וביקוש כימי (D) בדרך כלל הוא 85-xtoxtexation הוא גם הוא חיטוי משמעותי.

תהליך הפעוט הפעיל, למשל, כרוך בתערובת של מים פסולת וביומסה מיקרוביאלית באגן, ואחריו התיישבות למים מטופלים נפרדים משמיכות החתומות.ההת לבדה יכולה לצרוך 50-70% מהאנרגיה הכוללת במפעל טיפול במים פסולת (WTP), מכווצים, ומשלבים פועלים ברציפות, מה שהופך את האנרגיה הדומיננטית לסף התפעולי לאטמוספירה.

המונחים: environmental Footprint

הפחתת טביעת הרגל הסביבתית של טיפול משני דורש נקודת מבט מחזור חיים.קטגוריות ההשפעה הרלוונטיות ביותר כוללות:

  • (ב) צריכת חממה (התח"א) וגז חממה (GHG)
  • (ב) צריכת מים וצריכת מים ו-Affally QualityFIRLT 1
  • (ב) ,0) ,5 ,5 ,5 ,
  • (ב) שימוש ב- 0Chemical עבור הסרת חומרים מזינים, שליטה קצף וחיטוי 1FreaLT
  • (ב) שימוש ב-0לנד ושיבוש אקולוגי מקומי
  • (ב) ,0) ,9.

כל אחד מהגורמים הללו אינטראקציה עם תנאים מקומיים - אקלים, צפיפות האוכלוסייה, תערובת רשת אנרגיה וסביבה רגולטורית - כך שמדד אוניברסלי הוא אלססלי.עם זאת, כלים מבוססים כגון פאנל בין-ממשלתי לשינוי האקלים (IPCC) והערכה מחזור חיים (LCA) תוכנה המאפשרת למתרגלים מודל ולהשוואה בין תצורה שונה.

צריכת אנרגיה וגריבית גז פליטות

טיפול שני הוא השלב האנרגטי ביותר ב-WTP. Aeration עבור זחל פעיל יכול לדרוש 0.3-0.8 קילוואטה למ"ק של מים מטופלים, עם צמחים גדולים יותר נהנים מכלכלות של קנה מידה. כאשר חשמל מקורו דלקים מאובנים, פליטות GHG עקיפה הם משמעותיים. לדוגמה, צמח בינוני בגודל של 50 מ"3 / יום יכול פולט כמה אלפי פחמן של מקבילה בשנה.

פליטות ישירות של מתאן (CH-4 ו- nitrous oxide (N2O) מתרחשות גם במהלך טיפול ביולוגי, במיוחד באזורי אנירובי או כאשר nitrification/denitrification אינו שלם. למאן יש פוטנציאל התחממות עולמי 28 פעמים כי של CO2 מעל 100 שנים, ו- N2O הוא בערך 265 פעמים יותר חזק. מחקרים אחרונים מצביעים על כך שפליטת N2O מ-WTP יכול להעלות את הסיכון ל-10% לכדי שינוי פחמן, כולל של פחמן, כולל של כל אחד, ולכן, כולל של 10%, כולל של כל אחד, כולל של פחמן, כולל של פחמן, ולכן, כולל של כל אחד, כולל של פחמן, כולל של פחמן, ולכן, כולל של 10%, כולל, כולל, כולל, כולל כל אחד, ולכן, כולל של 10%, כולל של כל אחד מתנאי פחמן דו- 10%, ולכן, כולל של כל אחד מהם, כולל של פחמן דו- 10%, כולל של מעקב ישיר, ולכן, כולל פחמן, כולל פחמן דו- 2O, ולכן, על ידי בדיקות חד-ידי טיפול ישיר, כולל של פחמן, כולל פחמן, על ידי טיפול.

ניהול סליפא ומוצרים

טיפול שני מייצר כמויות גדולות של פסולת גילוח - באופן חד-משמעי 0.5-1.0 ק"ג של מוצקים יבשים למ"ק של מים שפכים מטופלים. סליפא מכיל חומר אורגני, חומרים מזינים, פתוגנים, ועוקב אחר contaminants.

  • (ב) ,0) לנדפלינג'ר 1 משחרר מתאן ומחמור אם לא נתפס כראוי, אם כי מקרקעין מודרניים אוספים לעתים קרובות ביומסה לאנרגיה.
  • (FLT:0) IncinerationFLT:1 מקטין את נפח אבל פולט CO2, תחמוצות חנקן, חומר מבודד; שחזור אנרגיה יכול לפסול כמה השפעות.
  • (FLT:0) אנירובי עיכול (Anaerobic עיכולFLT:1) הופך מוצקות אורגניות לתוך ביוגז (בעיקר מתאן ו CO2), אשר ניתן להשתמש בהם לחימום וכוח, באופן משמעותי להפחית את טביעת הרגל של פחמן נטו.
  • (FLT:0)Composting and Land Applications) 1uFLT:1u, אך יש להימנע מצטברות מתכת כבדה והפצת פתוגן.

הערכה מקיפה של טביעת הרגל חייבת לשקול לא רק את שלב הטיפול, אלא גם את ההשפעות של טיפול ב-Extrastream ו- downstream של טכנולוגיות מתקדמות כמו הידרוליזה תרמית וקידוד משותף עם פסולת אורגנית משפרים את האיזון האנרגטי וצמצום נפחי השחייה.

שימוש כימי וסחר באיכות המים

צמחי טיפול משניים רבים מוסיפים כימיקלים להסרת זרחן (למשל, chloride ferric, alum), הסתגלות pH ובקרת קצף.כימיקלים אלה טמעו אנרגיה ופליטות מהייצור והמשלוח שלהם.בנוסף, חיטוי עם כלור או אור אולטרה סגול לשאת את העלויות הסביבתיות שלו - כלור יכול להיות רעיל לחיים מימיים, בעוד מנורות UV דורשות חשמל תקופתיים והחלפת חשמל.

גם כאשר טיפול משני הוא אופטימיזציה, יעילות עדיין מכיל אורגנים שאריות, חומרים מזינים (nitrogen ו זרחן), ומיקרו-מזהמים כגון תרופות ומוצרי טיפול אישי.אלה יכולים לגרום להתאמה בגופים מים ולפגוע במערכות אקולוגיות מימיות.

ניתוח השוואתי של טכנולוגיות טיפול

לא לכל תהליכי הטיפול המשניים יש את אותה טביעת הרגל.השוואה שיטתית מגלה את החילופים בין אנרגיה, תשואות סלדג', ואיכות יעילה:

האמנה הפעילה סליפאון (CAS)

CAS הוא אמין ולהשיג הסרה גבוהה BOD אבל הוא אנרגיה רגישה בגלל ייצור סליפאון הוא מתון (0.4-0.6 ק"ג / ק"ג BOD הוסר) רטרוfits עם דיפרנים דקים ואווירה i יכול לחתוך את השימוש באנרגיה עד 20-30.

הרחבה Aeration

בשימוש עבור קהילות קטנות, הצתה המורחבת פועלת בזמנים של שימור מוצק יותר, וכתוצאה מכך ייצור נמוך יותר של קידוד נטו אבל אנרגיה גבוהה יותר.זה פחות מתאים לפעילות בקנה מידה גדול.

פילטרים ו- Bio-towers

מערכות אלה המחוברות-צמיחה דורשות פחות אנרגיה עבור הצתה, כי חמצן מסופק באופן טבעי כמו לכלוך מים על פני התקשורת.עם זאת, יש להם כאבי ראש גבוהים יותר ועשויים צורך משאבות החלמה.

Membrane Bioreactors (MBRs)

MBRs משלב טיפול ביולוגי עם סינון membrane, ייצור מאוד באיכות גבוהה מאוד מתאים לשימוש חוזר. אבל ניתוח membrane מוסיף אנרגיה עבור משאבה ו scouring (עד 1.0-1.5 קילוואט / m3), והחלפת membrane תורמת כדי ל emboized אפקטים.למרות אנרגיה גבוהה יותר, את טביעת הרגל מופחתת של מטה הזרם ופוטנציאל לשימוש במים יכול להיות מחדש עלות סביבתית.

העברת Bed Biofilm Reactors (MBBR) ו-Integrated-סרט מופעל סליפאד (IFAS)

מערכות היברידיות אלה מגבירות את ריכוז הביומסה ללא הרחבת נפח האגן, שיפור יכולת הטיפול וחוסן. צריכת האנרגיה דומה ל-CAS, אך ייצור הזינוק עשוי להיות נמוך יותר בשל החזקת מוצקים גבוהה יותר.לעתים קרובות הם נסוגים למפעלים הקיימים כדי להתמודד עם עומסים מוגברים ללא עבודה אזרחית גדולה.

בחירת הטכנולוגיה האופטימלית תלויה בסדרי עדיפויות מקומיות - עלות אנרגיה, זמינות קרקע, דרישות יעילות ויכולות ניהול ריצוף. מסגרת הערכה מחזור חיים מסייעת למקבלי ההחלטות לכמת את הבורסות.

אסטרטגיות להורדת טביעת הרגל

התערבות תפעולית וטכנולוגיית רבות יכולות להפחית את ההשפעה הסביבתית של טיפול משני.האסטרטגיות הבאות נתמכות באופן נרחב על ידי תרגול בתעשייה ומחקר:

אנרגיה מתחדשת ושיקום

  • (FLT:0) מערכות של אכיפה יעילות גבוהה: ibph:1 , Fine-bubble diffusers, aeration מרוקנת, לולאות בקרת חמצן מומסות, ומכות יעילות אנרגיה (למשל, turbo או דחיסות ברג) להפחית את הביקוש באנרגיה עד 20-40%.
  • (FLT:0) לעיכול אירובי עם התחדשות: ריצוף 1: 1 (Capturing biogas) מ עיכול מזחלות ושימוש בו כדי להפעיל חום ועוצמה משולבים (CHP) יכול להסתלק 30-60% מהצרכים של חשמל הצמח.
  • (FLT:0) שילוב אנרגיה מתחדשת: FLT:103) לוחות סולאריים על מבהרות, טורבינות רוח, וכוח הידרו-אנרגיה זרימה יכול לנפץ את אספקת האנרגיה.

אופטימיזציה תהליכים ואוטומציה

  • (FLT:0) ניטור ובקרה בזמן אמת: FLT:1 חיישנים עבור אמוניה, ניטריט ו זרחן מאפשרים התחדשות דינמי ועומס כימי, מניעת טיפול יתר ובזבוז.
  • (FLT:0) אסטרטגיות להסרת חומרים מזינים מתקדמות: FLT:1 תהליכים כמו ניטריט / denitritation (הההנקה חלקית לניטטקס) ו anamox להפחית את הביקוש חמצן ואת ייצור סלפט תוך חיתוך פליטות N2O.
  • (FLT:0) טכנולוגיות הפחתת הפחתת הפחתת הניכוי:FLT:1 , hydrolysis אורתול, פיזור קולי, ותיקון להפחית את נפח הזינוק ולשפר את התשואה הביוגזית.

מים חוזרים ושיקום משאבים

  • (FLT:0) שימוש חוזר עבור יישומים שאינם ניתנים להשגה: ibph:1 , טיפול יעיל יכול לבודד נופים, לטעון מים קרקעיים, או לספק מגדלי קירור תעשייתיים, הימנעות טיפול במים מתוקים אנרגיה והפצת.
  • (FLT:0) שחזורים נמרצים: 1FLT:1 משקעים סטרוביטים מן משקאות חריפים מחלימים זרחן וחנקן כמו דשן איטי, צמצום צריכת הכימית וסיכון ההסתה.
  • (ב) ויקרא:0) מים בחקלאות: 1FLT:1 עם חיטוי נאות וניטור, פענוח משני יכול להיות מקור מים אמין, במיוחד באזורים בעלי מתח במים.

סליפא את המינימיזציה והשימוש הבנגלי

  • (FLT:0)ביוגאס לחום וכוח:FreaLT:1) לעיכול אנאירובי הוא אבן הפינה של צמחים חיוביים באנרגיה.העלאת הביומסה לביומטריה עבור הזרקת רשתות גז טבעי או דלק נוסף מפחית את השימוש בדלק מאובנים.
  • (FLT:0Land application as biosolids:FLT:1 כאשר מתכות ופתוגנים נמצאים בגבולות בטוחים, ביוסולנים מספקים חומר אורגני וחומרים מזינים לאדמה, ובכך הם מסלקים דשנים סינתטיים.
  • (ב) ⁇ :0) המרה הירומית: 1FLT:1 Gasification and pyrolysis of מיובשת לייצר סינגיה או ביושר, המציע חלופות להחדיר פליטות נמוכות יותר.

נהגים וטקסט מדיניות

הערכת טביעת הרגל הסביבתית יותר מנדרשת על ידי מסגרות רגולטוריות.בהאיחוד האירופי, הוראת מסגרת המים והיועץ לטיפול במים עירוניים של פסולת מחייבת מדינות החברות לפקח על יעילות האנרגיה ועל פליטות גזי החממה.הסוכנות להגנת הסביבה של ארה"ב (EPA) פרסמה את ה-FLT:0Energy Use ReductionFLT:1 ומעודדת מתקני שיקום משאבי מים (WFs) כדי להמשיך את ה-zero-FRER.

טביעת הרגל של טיפול בשפכים מוכרת גם בממציאים של גזי חממה לאומיים.מדינות רבות כוללות כעת פליטות ישירות N2O ו- CH4 מטיפול במים פסולת כחלק מדיווחיהן במסגרת אמנת המסגרת של האו"ם לשינוי האקלים (UNFCCC).

מחסור במים ואקלים חוסן עוד יותר מניע את הפחתת טביעת הרגל. A (FLT:0) דוח מים מאו"ם ווטרס 1 מדגיש כי שיפור ניהול הפסולת יכול להפחית את לחץ המים ואת פליטת גזי החממה בו זמנית.

טכנולוגיות מתפתחות וכיוונים עתידיים

כמה חידושים מבטיחים לכווץ עוד יותר את טביעת הרגל הסביבתית של טיפול משני:

ניטציה חלקית / Anammox (PN / A)

תהליכים PN/A מתייחסים לזרמים עשירים בחנקן (למשל, לדחות מים מזחלות דה-מלינג) ללא צורך בפחמן אורגני ועם 60% פחות אנרגיה בהנעה בהשוואה לתקני ניטרציה/הזדהות קונבנציונליים.מתקנים בקנה מידה מלא בצמחים בשווייץ, הולנד, וארצות הברית הפגינו ביצועים יציבים והפחתה משמעותית של CO2O.

טכנולוגיות אלקטרו-כימיקליות

תאי דלק מיקרוביאליים (MFCs) ותאים אלקטרוליטיים מיקרוביאליים (MECs) יכולים להמיר באופן ישיר חומר אורגני בשפכים לחשמל או מימן בעת טיפול בו זמנית במים.למרות שעדיין בקנה מידה טייס, טכנולוגיות אלה יכולות להפוך את ה-WTP לצרכנים אנרגיה ליצרנים אנרגיה.

Oxidation ו-Nanoטכנולוגיה

טכנולוגיות כמו אוזון, photocatalysis ופרסומות באמצעות ננו-חומרים יכולות להסיר מיקרו-קונפלנטים ולהקטין את הצורך בטיפול במורד הזרם.עם זאת, את טביעת הרגל האנרגיה והחומרית שלהם יש לשקול בזהירות נגד הטבות.

תאומים דיגיטליים ואינטליגנציה מלאכותית

מודלים תאום דיגיטליים של תהליכי טיפול מאפשרים למפעילים לדמות תרחישים ולייעל ביצועים בזמן אמת.שליטה המונעת על ידי AI על ההצתה, מינון כימי, וחיתוך פסולת יכול לקצץ את השימוש באנרגיה ב -10-15% תוך שמירה על תאימות לא יעילה.

מחקרים ב- Footprint Reduction

דוגמאות בעולם האמיתי ממחישות את הפוטנציאל לשיפור משמעותי:

  • (ב) [ה]הצמח הזה ייושם תהליך PN/A Side-stream ועיכול אווירי כדי להשיג FLT:2net Zero EnergyFLT 3 ו-Ab-zero זחלת אפס.הוא מייצר כ-110% מביקוש החשמל שלה מגזמות ומכיר חשמל עודף לרשת.
  • (ב) [ה]0] מריסליסבורג WTP, דנמרק: ⁇ FLT:1 על ידי שילוב של גלגול דק, שליטה בזמן אמת, חום וכוח מביוגז, הצמח הפחית את טביעת הרגל הפחמן שלו ב-65% מאז שנת 2000 וכעת פועל ב-FLT:2 אנרגיה עצמית של כוח עצמי.
  • (FLT:0)Greeley, קולורדו, ארה"ב:FreaLT:1) מתקן טיפול במים השפכים מותקנים 1.25 MW של לוחות פוטו-וולטאיים סולאריים ומערכת ביוגז צ'פ, חיתוך חשמל שנרכשה על ידי 70% והצלתם של כ-400,000 דולר בשנה בעלויות אנרגיה.

מקרים אלה מראים כי יעילות אנרגיה אגרסיבית, שילוב אנרגיה מתחדשת, ושיקום משאבים אינם רק מועילים לסביבה, אלא גם בעלי יכולת כלכלית.

מסקנה

טביעת הרגל הסביבתית של פעולות טיפול במים משניים היא בעיה רבת פנים שעוברת מעבר למדדי אנרגיה פשוטים. הערכתו דורשת חשבונאות עבור פליטות גזי חממה ישירות ועקיפה, השפעות ניהול סחפות, שימוש כימי, סחר במים, וכיבוש הקרקע. בעוד טיפול משני נשאר חיוני לשמירה על בריאות האדם ועל מערכות אקולוגיות מימיות, התחום מתפתח במהירות לעבר שיטות אנרגיה בר קיימא יותר, תהליך אלקטרו-חמצני, כמו טיפול כימי, ולהפחית את השיפורים חיובי, טיפול תרופתי, טיפול תרופתי, טיפול תרופתי, ולהפחית את תהליכי בקרה, אוטומציה, אוטומציה, ולהפחית את תהליכי בקרה.

עבור אלה המבקשים הדרכה עמוקה יותר, הקרן למחקר מים:0 (FLT:0) מספקת משאבים מקיפים על אופטימיזציה באנרגיה, ואת ה-FLT:2 דוחות של אנרגיית המים של סוכנות האנרגיה הבינלאומית Nexus, ®FLT 3) מציעים נתונים גלובליים על הממשק בין טיפול במים וצריכת אנרגיה.