核心問題

來自點(diǎn)源和非點(diǎn)源的高氮和磷負(fù)荷影響水質(zhì)。限制養(yǎng)分排放的計劃側(cè)重于接收水的水質(zhì)，同時在很大程度上忽略了對空氣質(zhì)量和其他因素的相應(yīng)影響。本研究介紹了三重底線方法的結(jié)果，該方法在決策過程中考慮環(huán)境，經(jīng)濟(jì)和社會效益，以實(shí)現(xiàn)更可持續(xù)的解決方案。

02研究背景和內(nèi)容

越來越多的污水處理廠需要改進(jìn)其處理工藝，以滿足較低的污水營養(yǎng)(氮、磷)排放限制。工業(yè)界越來越意識到，實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的成本正在上升，主要是通過增加供水和排水費(fèi)用來滿足成本需求。他們還關(guān)注可持續(xù)性、氣候變化以及水質(zhì)改善的成本和效益。

本研究的重點(diǎn)是廢水處理廠的可持續(xù)性，采用更先進(jìn)的處理技術(shù)，以滿足日益嚴(yán)格的營養(yǎng)限制。目的是確定在改善營養(yǎng)物質(zhì)去除水平的可持續(xù)性影響超過水質(zhì)改善的好處時，是否達(dá)到了收益遞減的點(diǎn)。

本研究采用5個不同的處理系列，對相同水量的10 MGD進(jìn)行處理，以達(dá)到從CBOD去除方式(一級)到其它4種不同的出水養(yǎng)分(分別為2級(8mg N/L)的處理指標(biāo)。1 mgP/L)至最嚴(yán)格水平5(<2mg N/L，<0.02mgP/L)。

鑒于可持續(xù)性是一個廣泛的術(shù)語，該研究評估和討論了該行業(yè)可持續(xù)性的三個公認(rèn)的好處，特別強(qiáng)調(diào)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益，因此關(guān)注以下變量：溫室氣體(GHG)排放，反映潛在的水質(zhì)指標(biāo)藻類生長，投資和運(yùn)營成本，能源消耗以及化學(xué)品，天然氣或柴油等消耗品。

各處理水平對應(yīng)的溫室氣體排放量和藻類產(chǎn)量

一級處理標(biāo)準(zhǔn)-常規(guī)二次處理(無養(yǎng)分去除要求)

二級治療標(biāo)準(zhǔn)-生物營養(yǎng)去除(BNR)，TP1mg/LTN8mg/L

3級治療標(biāo)準(zhǔn) – 增強(qiáng)營養(yǎng)素去除(ENR)，TP0.1-0.3mg / LTN4-8mg / L.

四級處理標(biāo)準(zhǔn)-極限處理工藝(批)，tp<0.1mg/ltn3mg/l

5級加工標(biāo)準(zhǔn)-反滲透(RO)，TP<0.02mg/LTN2mg/L

03結(jié)果和結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)，利用點(diǎn)源處理技術(shù)和現(xiàn)有的非點(diǎn)源最佳管理措施(BMP)，可以更好地實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的可持續(xù)改善。與嚴(yán)格關(guān)注源排放和要求四、五級處理相比，采用非點(diǎn)源BMP的三級或四級處理更可持續(xù)，并能達(dá)到類似的效果。

溫室氣體排放結(jié)果表明，收益遞減處于4級(3mgN / L，0.1mgP / L)處理標(biāo)準(zhǔn)。溫室氣體排放量從1級穩(wěn)定增加到4級，然后從4級到5級，溫室氣體排放量增加了65%，但排放的養(yǎng)分負(fù)荷僅下降了1%。溫室氣體排放的主要貢獻(xiàn)者是與能源有關(guān)的活動，如曝氣，泵送，混合等。由于需要更嚴(yán)格的營養(yǎng)目標(biāo)，因此除了生物養(yǎng)分去除之外的化學(xué)處理，與化學(xué)品使用相關(guān)的溫室氣體排放將增加。

由于污水中的營養(yǎng)物去除是為了改善水質(zhì)和減少受納水體中藻類生產(chǎn)的富營養(yǎng)化，因此我們使用了一個替代參數(shù)，即潛在藻類生產(chǎn)，來評估水質(zhì)改善情況。產(chǎn)生100磅藻類需要7.2磅氮和1.0磅磷。根據(jù)這一關(guān)系，藻類產(chǎn)量的減少表現(xiàn)為N或P減少的函數(shù)。結(jié)果表明，處理水平由1級改為3級時，潛在藻類產(chǎn)量下降了近95%，處理水平由3級改為5級時，潛在藻類產(chǎn)量下降了4%，溫室氣體排放量幾乎翻了一番。

從一級到二級，項(xiàng)目總投資成本增加了約1/3。成本從1級增加到5級以上(本報告中項(xiàng)目的總投資成本指新建工廠的費(fèi)用)。處理水平之間業(yè)務(wù)費(fèi)用的增加比項(xiàng)目總投資成本的增加更為顯著：從第1級到第5級，增幅超過五倍。

雖然溫室氣體排放和污水處理費(fèi)用都將在實(shí)施除肥過程中增加，但在污水處理廠實(shí)施養(yǎng)分去除仍將帶來以下好處：

降低BOD / TSS放電負(fù)荷。

提高微量有機(jī)物和重金屬的去除率。

改善水質(zhì)有利于下游用戶和生態(tài)系統(tǒng)生境，特別是在生物多樣性和富營養(yǎng)化方面。

04管理和政策建議

采用更廣泛的研究方法，包括非點(diǎn)源的最佳管理方法，全面考慮接收水體的營養(yǎng)負(fù)荷，比單純考慮污水處理廠標(biāo)準(zhǔn)的提高更為經(jīng)濟(jì)。因此，建議在國家或地方一級制定一份監(jiān)管框架文件，同時考慮到點(diǎn)源和非點(diǎn)源水源的水質(zhì)保護(hù)和溫室氣體排放管理。
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