污水处理行业作为关键碳排放源, 其减污降碳协同转型对实现碳中和目标具有重要战略意义. 系统综述了支撑污水处理领域实现碳中和的各类新兴技术, 聚焦生物强化、资源回收与能源自给、新型功能材料、自然与混合系统、数字化协同耦合模式等核心方向, 阐释了不同技术路径的减碳机制与应用价值. 研究发现, 生物强化技术通过革新微生物代谢路径削减温室气体排放与能耗; 资源回收技术将有机污染物转化为清洁能源, 推动处理系统实现能源自给并形成碳汇效应; 新型功能材料通过靶向捕集温室气体、强化电子传递等方式进一步降低碳排放强度; 自然与混合系统依托生态循环实现碳的主动固定与能量再生; 数字化协同耦合模式则通过全流程智能调控, 推动污水处理厂从碳排放主体转型为碳资产生产者. 当前新兴技术规模化应用面临微生物调控困难、监测体系不完善、碳核算标准滞后及经济成本与环境效益失衡等瓶颈. 未来需从技术研发、政策机制、产业生态层面协同发力, 通过强化功能微生物调控、构建模块化技术体系、完善碳交易政策与绿色金融工具等措施, 推动污水处理行业从传统能源消耗端升级为资源产出中枢, 为全球碳中和实践提供系统性解决方案.
恶臭已成为制约污水处理厂可持续发展的关键瓶颈, 生物滴滤池 (Biological Trickling Filters, BTFs) 因能耗低、易维护被广泛采用, 但其除臭性能高度依赖填料特性. 以竹炭填料作为对照组, 系统评估了市政污泥热解炭 (污泥炭) 填料的除臭性能, 并比较了二者在常温 (25℃) 和相对低温 (15℃) 条件下对NH3、H2S及臭气浓度的去除效果. 同时, 结合微生物高通量测序分析, 揭示了污泥炭除臭的微生物机制. 研究结果表明: 污泥炭BTF在25℃条件下, 对NH3、H2S和臭气浓度的去除率分别达到88.4%、96.1%和87.8%, 与竹炭除臭水平基本相当; 当温度降低至15℃条件下, 污泥炭BTF的除臭效果相较于竹炭平均降低6.3%. 此外, 微生物解析表明污泥炭中富集的马赛菌属 (Massilia) 和微枝形杆菌属 (Microvirga) 等反硝化-硫氧化菌通过gln、glt基因驱动的谷氨酸合成途径与dsr、sox基因驱动的硫自养反硝化途径协同降解恶臭组分. 综合分析表明, 污泥炭可替代高成本竹炭作为BTF除臭填料, 不仅为BTF低成本除臭提供新视角, 而且也为市政污泥资源化提供了新途径.
硝酸盐作为稳定的氮污染物, 广泛存在于水体中, 其含量过高会对生态环境和人类健康造成危害. 异养反硝化技术因其经济高效的特点, 被广泛应用于含氮废水处理. 在该过程中, 碳源作为电子供体至关重要, 当系统内碳源不足时, 需投加外部碳源以保障反硝化效果. 液相碳源反硝化速率高, 因其无需水解或仅需简单转化即可被微生物直接利用, 电子供体转移迅速、路径简单, 反应速度快, 但控制精度要求高, 过量投加易导致出水有机碳超标及二次污染. 固相碳源反硝化速率相对较低, 需先经水解或酶解为小分子有机物方可被利用, 碳源缓慢释放, 电子供体转移路径复杂而更持久稳定, 可减少碳源浪费与二次污染风险. 微生物群落方面, 液相碳源成分单一, 易使依赖该碳源的微生物成为优势菌群, 降低群落多样性. 固相碳源释碳过程复杂, 能富集多样化的功能菌群, 群落多样性更高. 在设备与成本方面, 液相碳源需高精度控制系统, 设备成本较高. 固相碳源流程简单、无需复杂投加设备, 天然材料价格低廉, 合成聚合物成本较高, 可能存在堵塞问题.
平原河网地区农业面源污染来源广泛、构成复杂. 尽管各地已针对该类污染开展多项治理实践, 但如何依据区域特点精准选择适配的治理模式, 仍是当前亟待解决的问题. 以长三角地区为研究区域, 通过实地调研系统梳理该区域农业面源污染治理经验, 提炼形成农田内部生态改造、塘田一体化、农 (林) 湿复合3种核心治理模式. 为深入验证治理成效, 研究进一步聚焦塘田一体化及农 (林) 湿复合模式, 选取上海市青浦区、嘉定区、松江区的农业面源生态治理作为典型案例, 通过监测农田退水集中治理前后的水质变化, 定量分析主要污染物指标的削减率. 为长三角地区农业面源污染的系统化、精准化治理提供数据支撑与实践参考, 也为同类平原河网地区的污染治理模式选择提供借鉴.
为解决水污染源排放清单空间精度不足的问题, 本研究基于ArcGIS空间分析技术, 通过自下而上创新核算路径, 减小由行政区排放量向空间网格分配带来的误差, 形成网格—控制单元—流域三级尺度的空间高分辨率水污染源排放清单. 以具有典型黄土高原山区流域特点的南川河流域为研究区域, 全面梳理空间高分辨率水污染源排放清单编制过程, 核算南川河流域各类污染源的化学需氧量 (COD)、氨氮 (NH3-N)、总氮 (TN)和总磷 (TP)排放量, 并通过单位面积污染物排放量统计及核密度分析, 揭示面源、点源空间排放特征. 结果表明: 采取自下而上的核算路径方法可行, 建立网格尺度的空间高分辨率水污染源排放清单体系, 有利于衔接当前流域水生态环境保护规划、生态环境分区管控的应用需求, 为实现流域水环境精细化管理提供支撑. 本研究的完成掌握了南川河流域水污染物排放情况, 污染物排放以点源为主 (COD和TP的贡献率分别为69.72%和80.16%), 其中规模化畜禽养殖业是核心排放源 (占COD总量的58.39%). 农村生活面源与城市面源污染不容忽视, 两者的COD排放量占全源排放量的近四分之一. 污染物排放空间分布高度集中, 沿南川河干流及东川河两岸集聚. 排放清单研究与南川河污染源排放数据有力地支撑了黄河流域生态保护和高质量发展联合研究“一市一策”驻点帮扶工作, 具有重要的现实意义.
中文核心期刊
