眨眼又過了一個月了，好久沒跟大家聊學術了。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目》。大家可能注意到括號里的單詞SANI，它還有個注冊專利的標志。擇日不如撞日，今天的學術星期四就跟大家快速侃一下這項“新工藝”，發(fā)明者本人把它稱為“殺泥技術”(好像很猛的樣子)。殺泥技術為何物?SANI工藝，或者說殺泥技術，究竟何方神圣?竟引來荷蘭大牛的注意(當然其實荷蘭大牛自己也有份寫…)?

      話說這故事可以從2012年說起…Once upon a time...

      當年小編在荷蘭讀書的時候，參與了一個荷蘭全國水研討會的組委會工作，當時一個分會場的主講人正是Mark。當時小編年少無知孤陋寡聞(當然如今依舊如此)，尚不知這人竟是業(yè)界傳奇的paper狂人。當時也剛好排到我負責那個會場的工作，所以我就有幸第一回聽他的講座，題目正是關于SANI工藝。更讓我大開眼界的是，SANI原來源自香港，發(fā)明者是香港大學科大的教授陳光浩。據香港科大畢業(yè)的學姐的路邊消息，陳教授人脈廣闊，在學生圈子里被尊稱為“Blow Water King”(啥意思?猜你已會心一笑，小編也自認為這是個妙到毫巔的雙關語)。

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

      香港科大搜到的陳教授擺拍照

      這時又要來一個Once upon a time 了…話說早在上世紀六十年代，香港就已經是承受巨大的人口和水資源的壓力——根據相關統(tǒng)計資料，香港人口密度高達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%。

      面對這樣的危機，當年的香港政府因地制宜，做了兩個重要的決定： (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的原因，因為排入東江的水要高質達標來作為香港的水源)(ii) 自1958年起，引入海水沖廁系統(tǒng)，這個系統(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，要排隊取水的日子(圖源：wikipedia)

      小編當時聽Mark介紹香港的海水沖廁系統(tǒng)時就有個疑問——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聽過呢?現在回頭看，只能怪當年(包括如今)做工程或者在政府上班的人沒有所謂的“喬(hui)布(ying)斯(xiao)”氣質，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，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)的還原反應得以去除，而且不會產生傳統(tǒng)除碳厭氧反應常見的副產物硫化氫!

      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觀察的人，包括在污水界混得風生水起的傳奇人物，例如當年在南非發(fā)現了厭氧顆粒污泥的厭氧鼻祖荷蘭人Lettinga，又如當今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)知識基礎上，受到了啟發(fā)，慢慢研發(fā)出了這一套創(chuàng)新的基于SRB的結合自養(yǎng)反硝化硝化的一體化污水處理工藝。

      SANI工藝通過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)結合起來，完成對去碳、氮和磷的去除，并大大減少了污泥的產量。“ 這也是SANI中文譯為“殺泥”的原因。 在這過程中，他和荷蘭的Mark緊密合作，可能也是多得荷蘭和香港兩個商業(yè)文化悠久，營銷技巧深入百姓骨髓的社會的熏陶，他們巧妙地找到了“SANI”這樣中英相通的工藝簡稱，小編對此表示擊節(jié)贊賞。

      盡管諸如MBBR、IFAS和好氧顆粒污泥之類當下明星工藝收到很多中國同行的關注，但他們還是存在要處理“污泥”的問題。長得異常慢的SRB貌似真的是解決這個問題的“另辟蹊徑”的鑰匙，那經過多年的研發(fā)，陳教授團隊在香港沙田污水廠的大規(guī)模示范項目有何新進展呢?

      SANI殺泥工藝原理

      簡單點說，這個工藝分為三步，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)

      我覺得陳教授已經畫得再清楚不過了，我就不再復述了。他們在東涌污水站做過的一個200天的10m3/天的中試實驗在2012年得到的結果表明，污泥產量減少了高達90%，但是細菌長得慢，對應的HRT也被迫延長 了，當時的HRT長達34小時。

      HRT這么長，當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)模進一步放大。他們的paper分享了他們的設計和運行條件以及實驗的結果。

      實驗結果

      據實驗數據介紹，這次試驗的啟動時間約為4個月，然后達到穩(wěn)定狀態(tài)后HRT約為12.5h，達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地標準達標排放。單位體積的有機負荷、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，但起碼已經證明了SANI的可行性。

      下一步接廣東進軍大陸?

      據廣州的《南沙新區(qū)報》報道，今年陳教授已把更多時間分給南沙團隊，隊伍也在擴招。終極目標?當然是把殺泥技術引入內地的沿海缺水地區(qū)啦，畢竟目前的技術條件最多也能和海水資源結合使用。 “南沙距離香港很近，對珠三角有很強的輻射作用，再加上國家近期不斷賦予的政策優(yōu)勢。

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

      “上海、大連、廈門、青島……這16座沿海城市總人口達9200萬人。以每人每天產生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生235克干污泥量計算，每年共產約200萬噸的干污泥(以含固率20%計算)。若SANI工藝應用于這些城市的話，可以大幅度的降低這些污泥的處理過程，同時也每年可以節(jié)約1400 GWh的能耗和120萬噸的二氧化碳排放。” 陳教授在接受采訪時給大家作出以上展望…

      在座讀者，你覺得陳教授的計算如何?但無論如何，我還是很希望陳教授的團隊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的基于厭氧技術的污水處理工藝。