污水是資源能源載體已然是行業(yè)的共識，污水管理的轉變也是以此為基礎而展開(kāi)的。在“雙碳目標”進(jìn)程中，相比于其他行業(yè)，污水處理行業(yè)可實(shí)現碳中和的優(yōu)勢也體現在此——污水中的資源和能源，而這關(guān)鍵在于“路徑”，即相應的回收技術(shù)工藝和末端產(chǎn)品應用。近日，Foglia等（2021）對9種污水資源能源回收技術(shù)進(jìn)行了評價(jià)，從經(jīng)濟社會(huì )和環(huán)境綜合效益角度展開(kāi)對比分析排序，包括甲烷生成、磷回收（包括鳥(niǎo)糞石、磷酸鈣鏟平或直接做肥料）、PHB、VFAs回收和纖維素回收。有趣的是，結果顯示進(jìn)行“纖維素回收”的污水處理情景取得了最好的經(jīng)濟社會(huì )效益以及最低的環(huán)境影響。本期以課題組最新發(fā)表的一篇綜述再談污水纖維素回收。

污水中纖維素的回收潛力很大嗎？

在往期文章《篩分回收污水中纖維素物質(zhì)》中已做過(guò)介紹，城鎮生活污水中纖維素來(lái)源于廁紙、廚余殘渣以及合流制中的雜草與樹(shù)葉等，而主要來(lái)源則是廁紙的使用。圖1總結了世界上一些國家/地區的衛生紙消費情況，西歐發(fā)達地區人均衛生紙使用量約為16 kg/a，而北美地區則高達26 kg/a（這可能是北美地區總是報道搶購衛生紙的原因吧~），以當地人均污水量進(jìn)行折算，可得污水中纖維素量分別大約為157和178 mg/L（以SS計），荷蘭污水種纖維素量則高達256 mg/L。

而我國雖然人均衛生紙使用量不高，但由于我國人口基數大且人均用水量低，導致我國污水中纖維素含量并不低（約為118 mg/L），加上我國龐大的人口數量，我國每年進(jìn)入污水的纖維素約為650萬(wàn)噸，如果將這些纖維素回收再加以利用，那么可以帶來(lái)積極的經(jīng)濟和環(huán)境效益。

纖維素在城鎮污水處理工藝中是如何遷移轉化的？

從馬桶排水開(kāi)始一直到污水處理廠(chǎng)的前端，污水中攜帶的衛生紙會(huì )逐漸裂解為纖維素或纖維素絮體。要對其進(jìn)行回收，了解厘清它的遷移轉化或歸宿是第一步?；诠に嚵鞒虨楦駯?沉砂池+初沉池（有時(shí)不設置）+生物池+二沉池的典型污水處理，我們總結了纖維素的物質(zhì)流如圖2所示。

可以看出，污水處理廠(chǎng)中一級處理單元對纖維素的截留效果非常明顯，其中沉砂池可截留約20%的纖維素，而專(zhuān)門(mén)設計用于去除固體顆粒物的初沉池截留率則高達80%，而約10%的纖維素會(huì )在生物池中降解。在無(wú)初沉池的情形下，大部分纖維素會(huì )進(jìn)入生物池，而且大部分會(huì )被生物降解掉（~66%）。

由此可知，典型的物理處理單元或物理過(guò)程就可以很好地截留纖維素，也就是在有初沉池時(shí)，纖維素大部分歸宿于污泥中；而一級處理無(wú)法很好地截留纖維素時(shí)（無(wú)初沉池），則會(huì )在生物池中被降解掉。也就是說(shuō)，雖然纖維素分子結構較為復雜，所報道的好氧降解速率并不是很低（這取決于污泥中纖維素酶的產(chǎn)生量，在無(wú)初沉池下，大量纖維素進(jìn)入生物池，這馴化了污泥產(chǎn)生纖維素酶的水平），這也就是為什么纖維素帶來(lái)曝氣量上升的原因（詳見(jiàn)往期文章：污水纖維素回收：一石二鳥(niǎo)）。

纖維素對污水處理過(guò)程是否存在影響？

纖維素對污水處理過(guò)程的影響可以從兩方面來(lái)認識，纖維素的存在對污水處理的影響以及纖維素回收對污水處理的影響。由往期文章和文獻調研，纖維素的性質(zhì)可總結為幾個(gè)關(guān)鍵詞：多官能團、絲狀結構、粘滯性和可降解性。這四種性質(zhì)也是纖維素影響污水處理過(guò)程的內部原因。如纖維素性質(zhì)和影響年輪圖所示（內圈和外圈存在交集說(shuō)明兩者存在聯(lián)系），纖維素的多官能團和絲狀結構會(huì )導致污泥絮體結構和性能的變化，比如發(fā)生膨脹；另外，由于纖維素的可降解性、絲狀結構和增加水的粘滯性，則導致氧氣傳質(zhì)下降，帶來(lái)曝氣量的上升。

當然，從正面看，纖維素的可降解性，用于污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷，甲烷產(chǎn)量高、污泥產(chǎn)率低。從這些影響上來(lái)看，纖維素具有回收的價(jià)值，因為回收對污水處理內部有好處——減少泥產(chǎn)量（下降23%）、降低曝氣耗能（下降32%~40%）、減少對膜組件的污染。但是，人們也會(huì )擔心回收纖維素是否會(huì )對污水處理產(chǎn)生不利影響，答案是“并無(wú)明顯影響”，這在往期文章中已有介紹（參見(jiàn)：污水纖維素回收：一石二鳥(niǎo)）。

那如何有效回收污水中的纖維素呢？

從上文纖維素的遷移轉化可以看出，回收纖維素的位點(diǎn)應該在生物池之前，粗格柵或沉砂池之后，即前端回收。初沉池就可以很好地對纖維素進(jìn)行截留，但是初沉池的污泥“蘿卜白菜一勺燴”，纖維素是吸附包裹在污泥中的，還得對污泥進(jìn)一步處理才能得到纖維素。實(shí)際上，目前對污水中纖維素回收最有效的方法是旋轉帶式過(guò)濾器（RBF），這在往期文章中已有初步介紹，在此主要介紹下RBF集成裝置的組成和工作過(guò)程。

實(shí)際上，RBF技術(shù)源自北歐，屬于強化型一級處理技術(shù)，由于北歐氣溫較低，污水經(jīng)過(guò)RBF后可能就直接排放了；有時(shí)，RBF也用于CSO的污染控制。目前，RBF技術(shù)已是高度集成化成型裝置。如上圖所示，集成裝置一般包含三個(gè)單元：進(jìn)水/出水腔室、旋轉篩網(wǎng)、污泥濃縮和收集單元。進(jìn)水在經(jīng)過(guò)旋轉的篩網(wǎng)時(shí)，部分SS（主要是纖維素）被截留在篩網(wǎng)上，然后旋轉至壓縮單元并被刮除進(jìn)收集單元排出。

也就是說(shuō)，RBF裝置自帶同步脫水功能，即可以通過(guò)螺旋壓榨機對收集到的篩分固體進(jìn)行濃縮脫水。由此可知，纖維素的回收較為簡(jiǎn)單且效率高，這也就是Foglia等（2021）的評價(jià)中纖維素回收最優(yōu)的原因之一。當然，RBF也存在過(guò)濾工藝通常的問(wèn)題——即阻塞（由于處理前端，尤其是油脂的阻塞）。因此需要篩網(wǎng)進(jìn)行定期清洗，這可以通過(guò)集成到裝置中的反沖洗（可采用熱水反沖洗）、刮除器等來(lái)實(shí)現，也亟需開(kāi)發(fā)更為高效經(jīng)濟的方法。

污水中纖維素回收后的下游產(chǎn)業(yè)鏈如何呢？

污水中是資源能源的載體早已得到廣泛認知，但部分路徑得不到推廣應用的原因之一就是下游產(chǎn)業(yè)鏈的打通問(wèn)題，即應用市場(chǎng)。而纖維素在這方面并不用擔心，這是Foglia等（2021）的評價(jià)中纖維素回收最優(yōu)的另一個(gè)原因。往期文章中（篩分回收污水中纖維素物質(zhì)）已做過(guò)初步介紹，在荷蘭，回收的纖維素已作為瀝青添加劑用于道路鋪設。另外，還可用于造紙及制作隔音材料、生物復合材料、混凝土/瀝青添加劑、土壤改良劑、生物質(zhì)燃料等。

本文則介紹回收纖維素的另一個(gè)應用，——纖維素輔助污泥脫水（CADoS）。由上文可知，由于纖維素的絲狀結構，纖維素進(jìn)入污泥后會(huì )發(fā)生膨脹。但是，荷蘭工程人員觀(guān)察到，這一特性有助于污泥脫水。按照纖維素:污泥=0.3:1的比例投加，同時(shí)使用少量的聚合電解質(zhì)輔助，便可得到30%干重的泥餅，可大大節省污泥脫水的藥劑投加量和能耗，正所謂“原湯化原食”。由此可知，回收的纖維素既可以原位就地利用，也可以外運進(jìn)入市場(chǎng)，保障了纖維素回收的市場(chǎng)動(dòng)力。

據筆者的了解，目前并沒(méi)有查到國內的相關(guān)應用。不過(guò)好像有過(guò)應用案例，但并不清楚什么原因而停止了。實(shí)際上，隨著(zhù)污水處理提標改造的進(jìn)行，已經(jīng)逐步重視一級處理單元的優(yōu)化，部分污水廠(chǎng)升級后，增加了精細格柵或膜格柵，孔徑在幾個(gè)mm左右，而這一孔徑大小跟RBF相差不大，因此，設計有膜格柵的水廠(chǎng)可專(zhuān)門(mén)監測下柵渣，沒(méi)準就是 “被忽視浪費的資源”，對其回收可能還會(huì )帶來(lái)一定的經(jīng)濟收益。在污水已是資源成為共識的今天，在開(kāi)發(fā)回收技術(shù)的同時(shí)挖掘打通上下游產(chǎn)業(yè)鏈、推動(dòng)資源回收落地應用應是我們必須思考和探究的方向，這也讓我想起了周星馳電影里的一句經(jīng)典臺詞：“就算是一張衛生紙都有它的用處”——回收纖維素。