城市水循环创新技术：经过十年磨砺的SANI杀泥工艺

　　水乃万物之源。诚然地球的绝大部分是水，但是其中97%是含盐的海水,另外3%的淡水中大部分又是以固态形式存在于冰川之中。所以可想而知，可以供给人类使用的淡水资源是少之又少!而这珍贵的淡水资源又因为其分布不均以及逐渐遭受污染，直接影响着社会的可持续发展乃至人类的健康。

　　据报道，全球约15亿人口面临淡水不足问题，其中3亿人口处于完全缺水状态。预计到2025年，全世界将有30亿人口缺水。我国人均淡水占有量为2240立方米，仅为世界人均水平的1/4，属中度缺水国家。由于水资源受到过度开发、污染且利用率很低等问题，水资源的匮乏已呈现出制约城市经济和社会的可持续发展的态势。如何节约淡水资源、开发“替代性”水资源、净化污染水质已不仅仅是热门的科技问题，更是刻不容缓社会问题。

　　作为一个严重缺乏淡水资源的海岸城市，香港自上世纪五十年代起，一方面建立长距离供水管道输入东江源水，另一方面开始采用海水冲厕。根据香港水务署2014年的报告显示，香港海水冲厕系统(图1)现时覆盖全港720万人口中的八成，平均每天为香港提供760000立方米的海水作冲厕使用节省22%的淡水资源。

　　香港50年的经验证明海水冲厕基本不造成任何个人和公共卫生不便，采用大管径的水泥防腐管为主干道与小管径的PVC管建筑物管道组成的海水供给管网腐?问题可以有效解决。与大量水资源节省的成本(海水冲厕能耗不超过海水淡化能耗的五十分之一)相比，控制少部分加压管道硫化物产生及污水厂设备防腐处理所需要的成本就变得很有限。

　　在此基础上发展的香港国际机场淡水海水中水“三水供水系统”(图1)节省水资源率达52%，被《自然》杂志(337卷781页)评价为目前最为有效的可持续水资源系统之一。

图1：创新城市水循环系统：“三水”供水系统与SANI工艺联用概念图 © 香港科技大学 HKUST

　　由于海水冲厕技术在香港的大规模应用，产生含一定量硫酸盐的高盐城市污水，使得其有机物(COD)与硫酸盐(SO42-)的比例为1.3- 2.4 (g COD/g SO42---S)，提供了通过硫酸盐还原过程实现快速厌氧去除有机物的可能性。

　　通过受到此一启发后的文献调查和不断的思索，加上2002年荷兰代尔夫特理工大学Make van Loosdrecht教授来访香港科技大学时的鼓励，香港科技大学陈光浩教授于与2004年首先提出了基于异养硫酸盐还原(Sulfate reduction)、自养反硝化(Autotrophic denitrification)、硝化反应(Nitrification)一体化(Integrated)原创型高盐城市污水处理的新工艺,简称SANI工艺®™，并于2004年获得了香港研究资助局(HKRGC)研究项目的资助。

　　SANI工艺将硫酸盐还原为基础的高效厌氧(水温20度时水力停留时间可降至4小时以内)引入城市污水处理，同时利用所产大量溶解性硫化物(大量硫酸盐还原自动提高反应器pH至碱性水平使得所产硫化氢几乎完全溶解于水)作为取代有机物的电子供体体实现后续自养反硝化(有机物非依赖性除氮过程)。

　　SANI工艺是第一次在城市生物污水处理中将厌氧除碳反应和自养反硝化有机地连接起来。由于这两个反应过程本身产泥很少，加上产泥又少的硝化反应，理论上实现污泥源头显著减量(因此SANI工艺的中文名也称之为杀泥工艺®™)。

　　为验证这些工艺特性，陈光浩研究团队2003年开始小试，2010年完成中试，2015年完成第一个日处理1000吨的示范工程，现正进行SANI工艺优化设计后的1000吨示范工程，参与港科大SANI工艺、法国威立雅MBBR工艺和荷兰NEREDA工艺的同规模实际使用评估工程。在接下来的5-10年内，实现在国内外沿海，岛屿和内陆不同地区一定规模应用的目标。