未來(lái)污水處理能源自給新途徑—碳源捕獲及碳源改向 來(lái)源：《中國(guó)給水排水》 作者：劉智曉

作者簡(jiǎn)介：劉智曉（1972-），山東莒縣人，工學(xué)博士，高級(jí)工程師，主要從事集團(tuán)化環(huán)境及水務(wù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)管理，水務(wù)項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)、審核與把關(guān)、工藝與設(shè)備優(yōu)化，水處理過(guò)程優(yōu)化控制、革新污水生物處理新工藝研究與開(kāi)發(fā)，高效低耗水廠/污水廠提標(biāo)改造技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域的工程化應(yīng)用研究與實(shí)踐。

對(duì)于污水中蘊(yùn)含的化學(xué)能，國(guó)外很多研究者進(jìn)行了不同角度的研究及定量評(píng)估，評(píng)估基準(zhǔn)是設(shè)定典型生活污水COD為500mg/L，所含的化學(xué)能有兩種表征方式，方式一以單位COD量所含的能量為基礎(chǔ)，根據(jù)HEIDRICH的研究結(jié)論，這個(gè)數(shù)值范圍為17.7~28.7kJ/gCOD，而對(duì)于該基準(zhǔn)濃度污水，實(shí)際處理能耗約0.45kW·h/m³，相當(dāng)于1620 kJ/m³，折合處理能耗平均為3.20 kJ/g COD。另一種方式是將COD化學(xué)潛能折合到噸水電耗，得到COD為500mg/L的污水“理論最大有機(jī)化學(xué)能”為22.55 kW·h /m³，理論最大有機(jī)化學(xué)能是指污水所含COD全部被提取并甲烷化，采用常規(guī)工藝只有很少部分COD被甲烷化，即使是提取這極少部分的COD用于甲烷化并產(chǎn)能，這部分能量也是非�？捎^的，可提取化學(xué)能范圍是1.5~1.9kW·h /m³，這個(gè)數(shù)值也與McCarty等人的研究結(jié)果相近。

兩種能量表征方式，結(jié)果都在表明污水中所蘊(yùn)含的有機(jī)化學(xué)能是對(duì)其進(jìn)行處理所需能耗的近5倍，污水中所蘊(yùn)含的如此巨大的能量，如果捕獲提取其中部分COD化學(xué)能甚至是熱能并就地轉(zhuǎn)換為電能，理論上可以實(shí)現(xiàn)能耗的完全自給甚至可以變成能量輸出廠。有充分的理論依據(jù)表明，未來(lái)污水處理廠不是能源的消耗者而應(yīng)該成為能源供應(yīng)方。污水碳源常規(guī)處理工藝與能源化回收兩種途徑下COD物質(zhì)流比較見(jiàn)圖1。

 圖1    污水碳源常規(guī)處理工藝與能源化回收兩種途徑下COD物質(zhì)流對(duì)比

2.1“碳源捕獲”1.0→2.0→3.0版理念的提出

在“預(yù)處理+活性污泥+厭氧消化”經(jīng)典污水處理過(guò)程中，進(jìn)水COD大部分被活性污泥段降解氧化以氣體形式釋放（這部分約占進(jìn)水COD的30%~55%左右），還有相當(dāng)一部分被以剩余污泥（WAS）形式排除系統(tǒng)（約占進(jìn)水COD的15%~25%左右），甲烷化COD約占15%~20%，其余7%~10%隨出流排放。這種常規(guī)的利用初沉污泥和二沉污泥進(jìn)行混合厭氧消化產(chǎn)甲烷并通過(guò)CHP進(jìn)行能量提取的方式稱(chēng)為“碳捕獲1.0版”。目前，這種“AD-CHP”聯(lián)用模式在歐洲等國(guó)家污水廠被普遍采用。新加坡烏魯班丹再生水廠（UluPandan WRP）也采用了此種模式，其工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2    “碳源捕獲1.0版”技術(shù)路線（以新加坡UluPandan廠為例）

從圖2可知，即便采用了污泥厭氧消化，被能源化利用的COD比例及效率仍較低，烏魯班丹廠進(jìn)水中的COD只有17.9%被轉(zhuǎn)換為甲烷。因此，優(yōu)化厭氧消化過(guò)程，提高污水中COD甲烷轉(zhuǎn)化率及產(chǎn)率，是“碳源捕獲1.0版”技術(shù)實(shí)施的關(guān)鍵步驟。近10~20年來(lái)，一些污泥厭氧消化預(yù)處理技術(shù)得到開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，如污泥超聲破解技術(shù)、污泥熱水解技術(shù)（TH）。為了進(jìn)一步提高厭氧消化過(guò)程的甲烷產(chǎn)量，提高污水廠運(yùn)行能耗自給率，將有機(jī)廢物如食品、廚余廢物引入污泥厭氧消化過(guò)程，即厭氧協(xié)同消化。這種通過(guò)強(qiáng)化消化系統(tǒng)進(jìn)泥的預(yù)處理，或通過(guò)引入外源有機(jī)廢物提高厭氧消化系統(tǒng)沼氣產(chǎn)率進(jìn)而提高污水廠能耗自給程度的模式，可以稱(chēng)為“碳源捕獲2.0版”，該模式已經(jīng)具有了“污泥增量”的意義，這里所指的污泥增量不是指增加剩余污泥的數(shù)量，而是特指通過(guò)技術(shù)手段增加進(jìn)入?yún)捬跸�化系統(tǒng)或者進(jìn)一步提升厭氧消化池有機(jī)負(fù)荷率的方法和途徑，實(shí)現(xiàn)了“1+1>2”的效果。

正是認(rèn)識(shí)到了污水中蘊(yùn)藏的巨大有機(jī)化學(xué)能，在傳統(tǒng)“預(yù)處理-活性污泥-厭氧消化”技術(shù)路線基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提升對(duì)進(jìn)水中有機(jī)碳源的網(wǎng)捕截獲、提取效率，削減或者降低進(jìn)水中有機(jī)碳源到后續(xù)活性污泥段，使COD在污水處理過(guò)程中的碳足跡由“污染物降解途徑”轉(zhuǎn)向到“能源化利用途徑”，最大程度實(shí)現(xiàn)能源化的同時(shí)又使得后續(xù)生化曝氣過(guò)程的能耗降至最低程度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)常規(guī)污水處理中COD軌跡的轉(zhuǎn)移，即“碳源改向（Carbon Redirection）”，也可稱(chēng)之為“碳源轉(zhuǎn)移”，提取后的COD進(jìn)入后續(xù)“AD-CHP”，進(jìn)一步能源化，目前這種模式逐漸成為國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家的研究熱點(diǎn)。基于污泥增量及碳改向的碳源提取模式工藝技術(shù)路線總體上采用“A-B”構(gòu)型，A段碳源濃縮提取工藝主要有以生物絮凝為主要作用的高負(fù)荷活性污泥工藝（HRAS）、化學(xué)強(qiáng)化一級(jí)處理（CEPT）、厭氧生物膜反應(yīng)器（AnMBR）等；由于A段將污水中絕大部分COD通過(guò)“網(wǎng)捕截獲”轉(zhuǎn)移到能源化途徑，進(jìn)入B段的污水呈現(xiàn)低碳高氮的特性，導(dǎo)致有機(jī)碳源嚴(yán)重缺乏，通過(guò)常規(guī)硝化-反硝化生物脫氮工藝已無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)TN的有效去除，因此B段未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是采用自養(yǎng)生物脫氮技術(shù)，如短程硝化-厭氧氨氧化技術(shù)，也就是在主流采用厭氧氨氧化技術(shù)。將采用新型“A-B”工藝，即“高效碳捕獲+主流厭氧氨氧化+高效厭氧消化”的技術(shù)路線稱(chēng)為污水處理“碳捕獲3.0版”，其工藝流程見(jiàn)圖3。

圖3    “碳捕獲3.0版”技術(shù)路線（基于A/B工藝構(gòu)型的碳捕獲+主流自養(yǎng)脫氮技術(shù)路線）

2.2“碳源捕獲”技術(shù)路線及性能

2.2.1 高負(fù)荷活性污泥工藝（HRAS）

實(shí)際應(yīng)用中HRAS工藝可選擇三種反應(yīng)器形式實(shí)現(xiàn)碳源捕獲，分別是連續(xù)流完全混合式（CSTR）、接觸-穩(wěn)定工藝（CS）、推流式反應(yīng)器（PFR）。不同構(gòu)型反應(yīng)器形式對(duì)COD的捕獲率取決于活性污泥對(duì)COD的網(wǎng)捕、絮凝、吸附及儲(chǔ)存能力，實(shí)際上反應(yīng)器形式還會(huì)影響“泥水”分離特性，并且上述因素互相影響；同時(shí)對(duì)COD不同組分的去除效率也有較大的差異。三種HRAS反應(yīng)器見(jiàn)圖4，其中CS工藝對(duì)COD的捕獲效率高于其它反應(yīng)器模式，泥水分離特性亦優(yōu)于其它反應(yīng)器，加之對(duì)COD的氧化礦化水平較低，從物料平衡角度看更能獲得較高的COD捕獲率。

圖4    高負(fù)荷活性污泥工藝（HRAS）工藝構(gòu)型及運(yùn)行特性比較

研究表明，生物絮凝（Bioflocculation）過(guò)程是影響活性污泥對(duì)顆粒性、膠體性及溶解性COD快速捕獲/吸附/儲(chǔ)存的關(guān)鍵影響因子，因此HRAS實(shí)現(xiàn)“碳源捕獲”及“碳源改向”功效的本質(zhì)是要強(qiáng)化對(duì)進(jìn)水有機(jī)碳源的“絮凝管理”，為了強(qiáng)化活性污泥的生物吸附效率，高負(fù)荷接觸-穩(wěn)定工藝相對(duì)CSTR及PF構(gòu)型具有更高的效率，尤其是對(duì)顆粒性與膠體狀COD的捕捉，這主要是因?yàn)镃S工藝通過(guò)回流活性污泥（RAS）曝氣提供了使其處于“饑餓”（famine）狀態(tài)的“穩(wěn)定段”，這種對(duì)RAS再曝氣過(guò)程可以強(qiáng)化其生物絮凝活性，到后續(xù)低DO濃度下“泥-水”混合反應(yīng)器可實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)水COD的快速捕捉、吸附進(jìn)食（feast），強(qiáng)化了對(duì)進(jìn)水COD的捕獲率。SRT是A段最重要的工藝參數(shù)，研究表明，當(dāng)總SRT≤1.1d時(shí)，CS工藝對(duì)COD的總捕獲率可達(dá)59%，對(duì)應(yīng)進(jìn)水中COD約0.46~0.55 g COD/g COD 通過(guò)A段實(shí)現(xiàn)“碳改向”轉(zhuǎn)向厭氧產(chǎn)CH₄能源化途徑。A段SRT對(duì)進(jìn)水COD中不同組份的去除效率影響較為顯著；而de Graaff等人的研究結(jié)果表明，A段SRT只需要0.3d即可獲得最高的污泥產(chǎn)率，SRT延長(zhǎng)將會(huì)導(dǎo)致COD的進(jìn)一步礦化；A段HRT只需15min溶解性COD（SCOD）即可獲得理想的去除率。

2.2.2 CEPT工藝

對(duì)于COD捕獲3.0技術(shù)路線，A段除了要將顆粒性及膠體狀COD最大限度捕獲外，還要考慮采取物化手段輔助生化工藝增強(qiáng)SCOD向pCOD或者cCOD的轉(zhuǎn)化，進(jìn)一步捕獲、濃縮、與富集。化學(xué)強(qiáng)化一級(jí)處理工藝作為二級(jí)處理的預(yù)處理工序，旨在通過(guò)混合絮凝過(guò)程強(qiáng)化對(duì)進(jìn)水中COD、SS及營(yíng)養(yǎng)鹽的去除。CEPT工藝對(duì)SS、COD、TP、TN去除率可達(dá)80%~90%、30%~70%、80%~95%、20%~25%，這要顯著高于初沉池效率，CEPT尤其是可以強(qiáng)化對(duì)顆粒性有機(jī)物（pCOD）的捕獲和去除，去除率可達(dá)85%，CEPT的主要缺點(diǎn)是對(duì)溶解性COD去除能力有限。因此，CEPT工藝與A/B工藝的A段的HARS結(jié)合，會(huì)進(jìn)一步提升A段的COD捕獲率。根據(jù)荷蘭四個(gè)A/B工藝污水廠A段的COD捕獲效率分析，發(fā)現(xiàn)A段可以捕獲進(jìn)水COD可達(dá)53%~74%，其中有24%~48%形式以A段WAS形式排出，而另外一部分19%~50%的COD以污泥形式進(jìn)入B段，可見(jiàn)，A段除了提高進(jìn)水COD向活性污泥的轉(zhuǎn)化率，更要重視裹挾COD的“飽食”后這部分污泥的分離效率，這是影響后續(xù)COD甲烷化能源化的重要影響因素。A段泥水分離不佳，這主要是A段形成的絮體結(jié)構(gòu)松散稀疏、沉淀性能欠佳導(dǎo)致沉淀池泥水分離特性較弱所致，因此，投加混凝劑不但可以提高對(duì)COD的捕獲效率，而且可以提高絮凝體在沉淀池內(nèi)的沉速，有助于提高A段對(duì)COD最大程度上的濃縮與富集；A段沉淀池的水力學(xué)性能保證設(shè)計(jì)也是重要因素。

2.2.3精密篩分過(guò)濾工藝

為最大程度截留進(jìn)水中COD，德國(guó)KWB組織聯(lián)合Hydrotech、威立雅等水務(wù)公司啟動(dòng)旨在回收污水中能源的應(yīng)用研究項(xiàng)目，提出了面向2030年“碳中和技術(shù)路線”，即“CARISMO”概念工藝，也就是“Carbon is money（碳就是錢(qián)）”理念，主要技術(shù)路線是“絮凝+微篩+后續(xù)生物膜過(guò)濾”，所采用的精細(xì)過(guò)濾裝置為轉(zhuǎn)鼓式篩網(wǎng)過(guò)濾機(jī)（micro-screen），孔隙100微米；前段通過(guò)“化學(xué)絮凝+微篩”方式，Al鹽投加量為15~20mg/L，微篩過(guò)程可大幅截留原污水中顆粒性、膠體性與溶解態(tài)COD，“CARISMO”技術(shù)可以從污水中總共“榨取”82%的COD進(jìn)行能源化過(guò)程，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)模式。

以“碳濃縮”為基礎(chǔ)的能耗自給污水處理工藝以其可持續(xù)的“碳中和”運(yùn)行特性，近幾年引發(fā)了國(guó)內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)、學(xué)者及水務(wù)公司的關(guān)注并為此進(jìn)行了大量研究。繼1997年Mark Van Loosdrecht教授團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)提出了基于A/B工藝構(gòu)型的“A段污泥增量+自養(yǎng)脫氮+污泥能源化”理念及技術(shù)路線后，國(guó)內(nèi)學(xué)者北京建筑大學(xué)郝曉地教授于2003年提出了基于A/B工藝的旨在實(shí)現(xiàn)COD及磷回收的可持續(xù)技術(shù)路線，明確提出了在A段實(shí)現(xiàn)污泥產(chǎn)率最大化（maximal sludge production）也就是“污泥增量”理念，B段采用BCFS工藝或者CANON工藝，這是目前所看到的國(guó)內(nèi)學(xué)者最早在國(guó)際上提出的基于未來(lái)可持續(xù)污水處理技術(shù)路線圖。

位于荷蘭的歐盟卓越可持續(xù)水技術(shù)中心、荷蘭瓦根寧根大學(xué)（Wageningen University）Khiewwijit R.博士、比利時(shí)根特大學(xué)（Ghent University）SchaubroeckT.博士、奧地利ARAconsult的WettB. 博士等學(xué)者，近幾年紛紛了提出基于能量最大化、P回收及處理過(guò)程最低碳排放為基準(zhǔn)的“未來(lái)新型污水處理廠”、“能量自給污水處理廠”概念構(gòu)型，概念路線也是采用A/B工藝構(gòu)型（見(jiàn)圖5），A段采用碳捕獲工藝通過(guò)生物絮凝或者CEPT等工藝濃縮進(jìn)水碳源，提取的碳源通過(guò)厭氧消化生產(chǎn)甲烷轉(zhuǎn)入能源化CHP途徑，或者進(jìn)一步厭氧發(fā)酵工藝生產(chǎn)生物塑料、生物柴油或者制取其它中等鏈脂肪酸；B段工藝采用主流PN/A（短程亞硝化-厭氧氨氧化）工藝、或者“藻菌共生系統(tǒng)”通過(guò)微藻（Microalgae）的快速生長(zhǎng)來(lái)吸收N、P，并將微藻用于能源化或者生物肥料的制取，實(shí)現(xiàn)了碳源的能源化、N、P資源的回收及閉環(huán)利用。

圖5   基于新型A/B構(gòu)型能量/資源耦合回收理念的未來(lái)污水處理工藝概念路線

挪威科技大學(xué)Ødegaard教授2016年提出了基于MBBR技術(shù)為主體的面向未來(lái)的“能量中和”污水處理廠技術(shù)路線圖（見(jiàn)圖6），此工藝是Ødegaard教授基于中國(guó)概念廠理念而“量身定做”的，Ødegaard-MBBR路線主要特點(diǎn)是“A段+B段+側(cè)流段”都是采用了基于MBBR為基礎(chǔ)的生物反應(yīng)器，其中A段為高負(fù)荷MBBR，A段高負(fù)荷MBBR對(duì)BOD的去除率可達(dá)85%，這遠(yuǎn)高于CEPT工藝對(duì)COD的去除率。B段及側(cè)流段采用ANITATMMox工藝，中試結(jié)果表明，夏季（23℃）B段IFAS ANITATMMox對(duì)TN的平均去除率1.4gN/（m²·d），冬季（17℃）去除率為0.5~0.8gN/(m²·d)。Ødegaard-MBBR路線也采取了側(cè)流段富集的Anammox對(duì)主流的補(bǔ)充，是通過(guò)氣提泵實(shí)現(xiàn)MBBR懸浮載體在“主流-側(cè)流”之間循環(huán)，進(jìn)而達(dá)到生物強(qiáng)化的目的。

圖6   以MBBR為基礎(chǔ)的COD捕獲-主流自養(yǎng)脫氮工藝路線

實(shí)踐層面，奧地利斯特拉斯（Strass）污水處理廠以主流傳統(tǒng)工藝（AB法）與側(cè)流現(xiàn)代工藝（厭氧氨氧化）相結(jié)合方式最大化剩余污泥產(chǎn)量，通過(guò)厭氧消化產(chǎn)甲烷并熱電聯(lián)產(chǎn)，早在2005年便實(shí)現(xiàn)了能源自給率108%，完全達(dá)到碳中和運(yùn)行目標(biāo)。目前，該廠利用剩余污泥與廠外廚余垃圾厭氧共消化，使得能源自給率高達(dá)200%，不僅實(shí)現(xiàn)能源自給自足，而且還有一半的能量可以向廠外供應(yīng)，已成為名副其實(shí)的“能源工廠”。

丹麥Aarhus市近些年提出了使整個(gè)城市變成碳平衡地區(qū)，目前Aarhus市已經(jīng)成為世界上第一個(gè)利用從污水處理中回收的能源，實(shí)現(xiàn)覆蓋本市大部分污水處理和自來(lái)水供給的能耗需求的城市。AarhusVand公司最近提出了“污水廠150%能量”概念，并對(duì)該市Egaa該廠進(jìn)行技術(shù)改造，所采用的主要技術(shù)路線及流程見(jiàn)圖7。

圖7   丹麥Egaa WWTP邁向“正能量”污水廠提標(biāo)改造技術(shù)路線

新型A/B工藝被賦予了“捕捉榨取碳源/強(qiáng)化自養(yǎng)脫氮”新的歷史使命，目前研究與開(kāi)發(fā)的A段“碳源捕獲”技術(shù)旨在最大程度上將污水廠進(jìn)水中的有機(jī)碳源分離，本質(zhì)上是通過(guò)技術(shù)手段“碳源挪移”實(shí)現(xiàn)COD“改向”，并避免或減少被后續(xù)生化過(guò)程礦化降解，A段強(qiáng)化對(duì)COD的捕獲率可達(dá)進(jìn)水總COD的60%~80%，因此進(jìn)入B段的污水呈現(xiàn)高氮低碳特性，這種水質(zhì)特性通過(guò)常規(guī)脫氮途徑通常無(wú)法滿(mǎn)足TN排放標(biāo)準(zhǔn)，因此各種碳源需求度較低的生化工藝或自養(yǎng)脫氮工藝對(duì)被開(kāi)發(fā)，如短程硝化反硝化、部分亞硝化/厭氧氨氧化（PN/A）等，但是目前技術(shù)層面尚存下述問(wèn)題有待研究解決：

①進(jìn)一步優(yōu)化A段工藝，深入研究A段高負(fù)荷活性污泥工藝條件對(duì)進(jìn)水中不同性質(zhì)的COD（VFAs及溶解性COD、顆�；蛘邞腋�態(tài)COD、膠體狀COD）的捕捉特性及影響因子，以及上述不同性質(zhì)的COD混合狀態(tài)下在厭氧消化過(guò)程特性、甲烷化轉(zhuǎn)化潛能。此外A段高負(fù)荷活性污泥形成的污泥絮體（floc）特性與厭氧消化過(guò)程具有關(guān)聯(lián)性，但目前不同來(lái)源文獻(xiàn)參數(shù)差異較大，需對(duì)上述工藝過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)并確定合適的運(yùn)行控制參數(shù)。另外，突發(fā)性進(jìn)水水質(zhì)沖擊對(duì)HARS系統(tǒng)運(yùn)行特性的影響會(huì)導(dǎo)致A段出水水質(zhì)波動(dòng)，進(jìn)而對(duì)后續(xù)工藝的影響對(duì)此還需進(jìn)一步研究；

②賦予能量回收理念的新型A/B工藝，工藝原理及參數(shù)已經(jīng)完全不同于過(guò)去常規(guī)A/B法，新型B段工藝技術(shù)尚不成熟、關(guān)鍵技術(shù)瓶頸亟待突破。如低溫低濃度條件下主流自養(yǎng)脫氮技術(shù)的運(yùn)行穩(wěn)定性、厭氧氨氧化活性及效率保持，尤其是水溫（≦15℃）條件下Anammox活性及工程尺度反應(yīng)器的持續(xù)運(yùn)行穩(wěn)定性。研究顯示，當(dāng)水溫由30℃降低到10℃，Anammox菌活性降低10倍。我國(guó)很多地域冬季水溫低于13~15℃，短期寒冷天氣水溫甚至低于11℃，這種水溫條件下，主流反應(yīng)器內(nèi)Anammox菌的活性被快速抑制，工程尺度層面如何實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，目前看技術(shù)瓶頸尚未突破。

③不同的研究顯示B段反應(yīng)器內(nèi)有機(jī)物的存在尤其是隨著SCOD/N比值（≥0.5）的提高會(huì)有助于異養(yǎng)反硝化過(guò)程從而抑制Anammox,但是最近有研究發(fā)現(xiàn)常規(guī)硝化反硝化脫氮（N/DN）過(guò)程與厭氧氨氧化過(guò)程可以有效共存，最近Cao Ye-shi等人在新加坡樟宜（Changi）再生水廠的試驗(yàn)研究結(jié)果及污水廠實(shí)地檢測(cè)結(jié)果顯示，厭氧氨氧化菌與普通異養(yǎng)反硝化菌可以共存同一個(gè)反應(yīng)器/生物池內(nèi)，且對(duì)TN的去除有各自貢獻(xiàn)，樟宜再生水廠TN的去除率89%，其中傳統(tǒng)途徑N/DN貢獻(xiàn)率為50%，而Anammox途徑貢獻(xiàn)率達(dá)38%，最近五年的運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示N/DN與PN/A過(guò)程對(duì)TN的去除貢獻(xiàn)幾乎接近。顯然，這個(gè)結(jié)論顯然與許多學(xué)者研究和追求的方向不同，目前學(xué)界努力方向都是設(shè)法盡最大程度上削減進(jìn)入B段的COD，追求完整意義上的主流厭氧氨氧化，樟宜再生水廠的生產(chǎn)尺度的驗(yàn)證數(shù)據(jù)顯然顛覆了傳統(tǒng)觀點(diǎn)，樟宜項(xiàng)目運(yùn)行結(jié)論為兩種過(guò)程協(xié)同存在提供了實(shí)踐層面的支撐，但上述兩種過(guò)程在同一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)不同菌群（AOB、NOB、AnAOB及HB）協(xié)同發(fā)揮作用的機(jī)制、影響因子、優(yōu)化運(yùn)行調(diào)控策略及對(duì)其它地域的適應(yīng)性（新加坡常年污水溫度28-32℃），現(xiàn)在結(jié)論尚不明確。但是，這無(wú)疑為未來(lái)繼續(xù)深入和開(kāi)發(fā)新型“異養(yǎng)N/DN-自養(yǎng)AMX”混合共存反應(yīng)器提供了嶄新的研究方向。

展望基于資源回收與碳平衡理念的未來(lái)污水處理廠，中國(guó)要因地制宜、構(gòu)建符合國(guó)情的未來(lái)污水處理發(fā)展技術(shù)路線圖。要認(rèn)真梳理和反思過(guò)往常規(guī)污水處理路徑存在的不可持續(xù)特性，污水處理過(guò)程高耗能并排放大量溫室氣體（GHG），與此同時(shí)，污水中COD蘊(yùn)含的巨大有機(jī)化學(xué)能（約1.5~1.9kW·h/m³）遠(yuǎn)遠(yuǎn)未被挖掘及利用，未來(lái)污水處理的發(fā)展方向是朝著營(yíng)養(yǎng)物、能源及再生水“三廠合一”模式轉(zhuǎn)變。研究與開(kāi)發(fā)進(jìn)水碳源轉(zhuǎn)向及污泥增量技術(shù)，對(duì)污水中有機(jī)碳源實(shí)現(xiàn)高效網(wǎng)捕截獲、濃縮及分離并轉(zhuǎn)向能源化途徑，是提高能量自給效率、最終實(shí)現(xiàn)能量平衡及碳平衡運(yùn)行的物質(zhì)基礎(chǔ)。

對(duì)于中國(guó)，要首先考慮管網(wǎng)系統(tǒng)完善，如試點(diǎn)取消化糞池、進(jìn)行雨污分流、完善污水管網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)，提高進(jìn)水COD濃度同時(shí)，有條件地區(qū)逐步恢復(fù)和普及厭氧消化系統(tǒng)的建設(shè)及運(yùn)行（行業(yè)指導(dǎo)政策、經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼要予以支持），為實(shí)現(xiàn)“碳源捕獲1.0版”提供有效碳源基礎(chǔ)。在“1.0版”運(yùn)營(yíng)基礎(chǔ)上，逐步考慮向“2.0版”邁進(jìn)，2.0版基礎(chǔ)是基于“污泥增量”理念，可采用熱水解（THP）或引入外源有機(jī)物實(shí)現(xiàn)厭氧協(xié)同消化，進(jìn)一步提高污水廠能量自給水平，實(shí)現(xiàn)能量平衡、甚至邁向“正能量”污水廠，對(duì)于城市有機(jī)廢物引進(jìn)污水廠與污泥協(xié)同厭氧消化，涉及到跨部門(mén)協(xié)作，實(shí)現(xiàn)“1+1>2”效果，這方面國(guó)家要給予政策支持（有機(jī)物儲(chǔ)運(yùn)及自產(chǎn)電能聯(lián)網(wǎng)等）。特別強(qiáng)調(diào)的是，未來(lái)排放標(biāo)準(zhǔn)的制定與修訂要考慮碳源轉(zhuǎn)向能源化途徑后對(duì)后續(xù)脫氮工藝的影響，高排放標(biāo)準(zhǔn)要與“碳平衡”運(yùn)行要實(shí)現(xiàn)目標(biāo)解耦，“魚(yú)和熊掌不可兼得”，要優(yōu)先鼓勵(lì)碳源的能源化、資源化途徑！碳捕獲“3.0版”技術(shù)路線是國(guó)際公認(rèn)未來(lái)污水處理的發(fā)展方向，但“3.0版”實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)是有賴(lài)于后續(xù)“B段”低溫條件下自養(yǎng)脫氮工藝技術(shù)瓶頸的解決及工程尺度上穩(wěn)定性、可靠性驗(yàn)證，需要自主完成從小試→中試→生產(chǎn)規(guī)模不同尺度上的驗(yàn)證，目前看，“3.0版”還面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn)需要克服，為此，針對(duì)“B段”技術(shù)瓶頸開(kāi)發(fā)出新型反應(yīng)器（懸浮、載體及復(fù)合式）、及新型生物活性刺激載體，進(jìn)而進(jìn)一步提高Anammox的數(shù)量及活性是未來(lái)的技術(shù)發(fā)展方向。