什么是水处理技术？

什么是水处理技术？

2024/08/07

联合国世界水资源开发报告指出，大约80-90%的废水未经处理就排入河流、湖泊、海洋等，使废水处理成为全球性问题。此外，国际水协会指出，废水处理过程中的温室气体排放量占温室气体排放总量的3%至7%（估算值不包括未经处理的废水）。从减少温室气体排放的角度来看，迫切需要开发和推广高效、可持续的水处理技术。我们向生物过程研究部微生物生态工程研究组的高级研究员黑田恭平和研究组组长成宏隆询问了水处理技术的当前和最新研究进展，特别是从废水处理的角度。

什么是水处理技术

什么是水处理技术

　水处理技术是将人类和经济活动中使用的水净化并返回到可重复利用的水资源的技术。

　水处理技术主要有两大类：“物化处理”和“生物处理”。

　物化处理是将废水中存在的颗粒、有机物、无机物和其他物质从水中分离出来，或产生无害且稳定的CO₂之类的物质来去除物质的技术。或沉淀物。其中大部分是利用混凝反应和膜过滤分离固体和液体的技术，以及通过注入臭氧和其他物质对有机物质进行化学氧化的技术。利用物质比重的差异，通过沉降、浮选、离心、膜处理过滤以及有机物和无机物、氧气和盐类等之间的化学反应来分离水和污染物。

　生物处理基本上是利用微生物的水处理技术，常用于城市污水处理和各种化学品和发酵食品生产过程中排出的工业废水处理。具体方法有活性污泥法、生物膜法、厌氧处理法、生物硝化反硝化法等。

　此外，将微生物与膜处理相结合的MBR（膜生物反应器）、从顶部喷淋废水并使其自然流下的滴滤法、结合聚氨酯海绵载体保持微生物高浓度并从空气中供给氧气的DHS（下流悬挂海绵）法等高效节能的处理技术也正在被广泛研究。

为什么我们现在需要水处理技术

　水处理技术使我们能够在日常生活和商业活动中使用和再利用水。除了净化生活废水外，还需要处理工厂的特殊废水和清洁用水。水处理技术也用于这些情况。

　然而，长期使用的水处理方法消耗大量能源并产生大量CO₂这样，能源消耗和CO₂从排放的角度来看，先进的水处理技术非常重要，例如5337_5417|水处理技术的研究和开发对于实现水资源可持续利用和能源节约至关重要。

关于水处理技术

水质评价相关的水处理技术

　与水质评价相关的水处理技术是指对水质进行评价并根据该评价进行适当的水处理的技术。基本上，测量目标包括碳、氮、磷浓度、病原体（例如大肠菌）数量和重金属。

指标包括BOD（生化需氧量），显示水中有机物被微生物分解时消耗的氧气量；COD（化学需氧量），显示水中有机物被化学氧化时消耗的氧气量；以及Fuei（水的排放量）。其中包括可影响水生生物的硝酸、亚硝酸盐、氨等氮浓度，可对水生生物产生长期影响的重金属毒性评价指标，以及防止石油污染的指标正己烷提取物。

废水处理相关水处理技术

　废水处理技术包括活性污泥法和厌氧消化法，广泛应用于污水处理系统和工业废水处理，并联合使用。

　活性污泥法用于污水和工业废水处理。该方法是在活性污泥反应槽中栖息高浓度的微生物，通过曝气（吹空气）将污水和工业废水中含有的有机物氧化。₂来处理水。处理后的水仍然含有微生物和其他颗粒，因此它们在沉淀池中被去除，然后用氯等进行处理，然后再释放。这里产生的微生物团的一部分（也称为剩余微生物细胞或剩余污泥）被重新利用，但无法重新利用的部分则成为工业废物。为了减少这些废物，浓缩多余的细菌细胞并使用厌氧消化进行甲烷发酵。这使您能够获得甲烷气体作为能量。在一些厌氧消化困难的设施中，正在努力将微生物堆肥并作为细菌肥料返回当地社区。

水处理技术问题

　水处理技术面临的挑战包括减少温室气体排放和成本。

　活性污泥处理需要曝气，消耗大量的能量来供给大量的氧气，因此在处理过程中会产生大量的CO2₂将被驱逐。另外，处理过程中大量微生物作为工业废物排放，成本高昂。因此，需要努力有效地利用能源，例如节约能源和引入厌氧处理系统。

　在日本，由于人口减少导致废水量减少，按照旧标准建设的城市污水处理设施产能过剩，成本高昂。为了降低水处理设施的维护和管理成本，地方政府正在考虑尽可能减少处理设施的数量并整合各个设施。

　此外，虽然水处理技术的研究变得越来越复杂，但也存在缺乏人力资源来翻译和实施该技术的问题。我认为未来研究人员和工程师之间需要更多的合作。

关于日本的水处理技术，从可持续废水处理设施的角度来看，重要的是不仅要提高处理效率，而且要创建将废水及其排放的废物转化为宝贵资源的高利润业务。

AIST 的举措和未来展望

AIST的水处理技术研究

　产业技术研究院还正在研究将食品加工废水用于水耕栽培的水处理技术、活性污泥法中常见的微生物群的鉴定以及分解废水中广泛含有的苯酚的微生物群的研究。我们的优势在于，我们拥有关于水处理技术所必需的微生物群的丰富知识，并且我们拥有阐明详细机制的技术。

　一个重要的问题是与 PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）生产相关的废水处理，PET 由石油生产，用于包括饮料瓶在内的各种产品。根据微生物学知识，发现通过集中处理两种废水，可以提高制造过程中产生的废水的处理效率（AIST杂志）通过微生物工程和基因组分析革新废水处理'')。此外，为了提高PET制造废水的处理效率，通过填充微生物栖息的载体并添加针对处理关键微生物的营养物质，成功地将处理速度提高到传统方法的两倍（生物工艺研究部的研究结果）成功研发PET原料制造废水高效处理技术」 ）。

　此外，各个研究小组正在其他研究领域进行水处理技术的研究，通过分离和回收有害氮化合物来创建新的氮循环系统的研究正在取得进展（AIST杂志采用新型氮气循环系统，将危险废物转化为资源」 ）。

　AIST正在进行研究，旨在通过这种方式提高废水处理效率，减少废水处理设备所需的安装空间，降低运营成本，并通过增加废水成分的高价值来生产有价值的材料。

与企业、地方政府等的合作及未来

　产业技术研究院与独资公司AIST Solutions Co, Ltd合作，建立了从水处理技术的评价到处理后残渣的回收利用等与水处理相关的所有阶段的合作体系。

　在这些努力中，我们特别注重解决废水处理问题。例如，如果您想处理特定类型的水，但没有公司愿意承担该过程，或者您想自己处理但没有技术，请利用我们的知识和研究成果。通过联合研究，我们希望与那些面临仅使用现有技术无法解决的水处理问题的人们一起合作，从技术开发到实施。

　我们还致力于与地方政府合作解决问题，并与长冈市和长冈工业大学合作开展一个联合项目^*1，我们以“有机废物等生物资源的资源循环利用”为主题进行研究和开发，并支持长冈市及其周边地区的食品和生物相关产业的业务。这些领域的研究人员正在与地方政府和大学合作，创造新产业，振兴当地经济，解决当地社区的问题。

　从长远来看，水处理技术和水环境的改善无论对于实现可持续发展目标（SDG）的全球目标，还是从实现世界人民健康生活的角度来说都具有重要意义。短期内，我们将与私营公司合作，为可持续水处理系统的引入做出贡献，而从长远来看，我们将研究新的水处理技术。我们将继续研究，以实现将所有废水转化为资源而不是直接扔掉的最终目标。

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*1:了解与长冈市和长冈工业大学联合项目“Nagaoka-AIST 生物资源循环利用桥梁创新实验室”的更多信息点击此处（在 AIST 之外开设网站）。[返回来源]