基于初沉池耦合高速接触稳定工艺的能源自给型污水处理系统研究

为解决传统活性污泥法(CAS)能耗高、碳氧化严重的问题，研究人员创新性地将初沉池(PS)与高速接触稳定工艺(HiCS)耦合(PS+HiCS)，在0.63天短污泥龄(SRT)下实现85%COD去除率，碳捕获效率达65%，净产能0.32 kWh/m3，为污水厂能源自给提供新范式。

　　

在全球碳中和背景下，传统污水处理厂因高能耗问题饱受诟病——数据显示，常规活性污泥法(CAS)每处理1立方米污水需消耗27 kWh能量，同时产生0.5-2.2 kg CO₂eq的温室气体排放。更令人扼腕的是，污水中蕴含的化学能本是处理能耗的9倍，却因过度氧化而白白浪费。这种"捧着金碗要饭"的困境，促使科学家们开始探索将污水处理厂从能源消耗大户转变为能源生产单元的颠覆性技术。

土耳其科学和技术研究委员会(TUBITAK)资助的研究团队独辟蹊径，将传统初沉池(PS)与新兴高速接触稳定工艺(HiCS)进行创新性耦合。这项历时214天的中试研究在伊斯坦布尔污水处理厂展开，通过精确控制污泥龄(SRT)在0.75-2天范围，接触池(CT)和稳定池(ST)的水力停留时间(HRT)分别设定为23分钟和72分钟，溶解氧(DO)维持在1-3 mg/L，构建出一套能"吃进污水、吐出能源"的PS+HiCS系统。相关成果发表在环境工程领域权威期刊《Process Safety and Environmental Protection》上。

研究团队采用多维度技术方法：通过COD分级测定揭示污水中颗粒态(74%)、胶体态(2%)和溶解态(24%)有机物分布；建立1 m³/h连续流中试装置进行四季运行测试；创新性采用非曝气CT运行模式探索极限工况；结合质量平衡计算量化碳流向。

【Wastewater characterization】部分显示，原水总COD达507±150 mg/L，其中易沉降的颗粒态COD占比高达74%，这为PS单元高效截留创造了条件。

【Conclusion】部分揭示三大突破：在SRT=0.88天时系统达到最佳平衡，实现85%COD去除率；当SRT缩短至0.63天且CT停曝时，氧化率骤降至12.5%，验证了"少氧化多回收"的设计理念；能量核算显示系统净产能达0.32 kWh/m³，同时保持出水COD<100 mg/L。

这项研究的重要意义在于：首次在全年尺度验证了PS+HiCS工艺的气候适应性，特别是针对颗粒物含量高的土耳其污水特征；通过精确控制SRT和DO，将传统工艺中25-50%的碳捕获率提升至65%；提出的0.88天SRT优化参数，为设计能源自给型污水厂提供关键依据。正如Erkan Sahinkaya团队强调的，该技术使污水处理厂从"能源黑洞"转变为"能源工厂"成为可能，为全球碳中和目标提供了切实可行的技术路径。