生物强化初级沉淀耦合高速接触稳定工艺实现污水能源自给与碳中和的突破性研究

针对传统活性污泥法(CAS)能耗高、碳回收率低的问题，土耳其科研团队创新性开展"初级沉淀+高速接触稳定(PS+HiCS)"中试研究。通过214天连续运行证实，在SRT=0.63天时实现85%COD去除率与0.32kWh/m3净产能，为污水厂能源自给提供新范式。

　　

随着全球气候变化加剧，传统污水处理厂正面临能源消耗与碳排放的双重压力。数据显示，常规活性污泥工艺(CAS)消耗发达国家1%的总电能，却仅回收污水中9%的化学能，每立方米处理水产生0.5-2.2kg CO₂当量排放。更严峻的是，土耳其等地区污水中74%的COD（化学需氧量）以颗粒态存在，现有技术难以高效回收。

针对这一挑战，土耳其科学和技术研究委员会(TUBITAK)资助的研究团队在伊斯坦布尔水务局(ISKI)支持下，开展了为期214天的中试研究。创新性地将初级沉淀(PS)与高速接触稳定(HiCS)工艺耦合，通过精确控制SRT（固体停留时间）在0.63-2天范围，成功实现污水处理的能源自给突破。这项发表于《Process Safety and Environmental Protection》的研究表明，该工艺可使污水处理厂从能源消耗者转变为能源生产者。

研究团队采用多技术联用策略：1）建立1m³/h连续流中试系统，集成PS单元与生物反应器；2）运用COD分级法量化颗粒态(pCOD)、胶体态(cCOD)和溶解态(sCOD)占比；3）通过DO（溶解氧）梯度控制（1-3mg/L）优化生物絮凝；4）结合季节性水质监测评估全年稳定性。所有实验均采用伊斯坦布尔市政污水真实样本。

废水特征分析

对四季水样的COD分馏显示，原水含74%颗粒态COD、2%胶体态和24%溶解态，雨季浓度降低40%。这种高颗粒物特性为PS-HiCS联用提供了理想条件。

工艺性能验证

在SRT=0.88天时达到85%COD去除峰值，而SRT=0.63天（接触池非曝气模式）实现最低氧化率12.5%。关键发现是：缩短SRT使碳捕获率提升至65.3%，同时污泥产甲烷潜能提高30%。

能源平衡突破

最引人注目的是在SRT=0.63天工况下，系统呈现0.32kWh/m³净能量增益，且出水COD<100mg/L。这主要归功于PS单元对颗粒COD的零能耗回收，以及HiCS对胶体COD的生物吸附作用。

该研究开创性地证明：通过PS-HiCS工艺组合与超短SRT控制，市政污水处理可实现"负碳运行"。其核心价值在于：1）将理论最小碳排放降至0.05kgCO₂eq/m³；2）为高颗粒物污水（如土耳其典型水质）提供定制化解决方案；3）首次实现全年工况验证。Erkan Sahinkaya团队的工作为全球污水厂能源转型提供了可复制的技术模板，特别适合在碳中和发展战略框架下推广应用。