2022年7月31日晚，由哈尔滨工业大学环境学院组织、多家单位联合协办的全球环境科学高峰论坛（GloBal Environmental Science SummiT, BEST）如期举行第六期讲座。应哈尔滨工业大学邀请，美国工程院院士、中国工程院外籍院士、密歇根大学Glen Daigger教授作了题为《中国城市污水管理进展》的学术报告，来自环境领域的专家、学者、研究生及工程技术人员等四千余人通过ZOOM网络研讨会、环境人微信公众号、BEST论坛官方B站以及寇享学术等直播平台参加了此次讲座。
BEST第六期主持团队包括BEST论坛的主席、哈尔滨工业大学环境学院院长冯玉杰教授，哈尔滨工业大学环境学院副院长邢德峰教授、同济大学环境科学与工程学院副院长王颖教授、哈尔滨工业大学梁丹丹博士。报告正式开始前，冯玉杰教授进行了开场致辞，介绍了本期讲座嘉宾，表达了主办方对主讲嘉宾的诚挚感谢，也表达了对来自全球观众的热诚欢迎。
【精彩报告回顾】
Glen Daigger院士以《中国城市污水管理进展》为题，指出水行业正处于最重要的转折点之一，正在从追求经济有效的污水处理向强调资源能源化回收而转变。同时，Glen教授指明水行业管理中现存的问题，如污水管网收集不足等，强调了管网建设及维护的重要性。Glen教授对中国的海绵城市建设给予了高度的评价。结合实际案例，说明了MABR在污水处理中表现出的独特优势，结合西安第四污水处理厂，探讨了厌氧氨氧化技术在主流污水处理中的应用。报告综合、全面地分析了城市污水管理现状，激发了观众的广泛兴趣，引发了热烈的探讨。
水行业正在面临重大转折
Glen教授以中国城市污水管理进展为题展开讨论。他指出，现阶段我们正处于水行业历史上最重要的转折点之一，从追求经济有效污水处理向循环经济资源回收而转变。
Glen教授详细列举了水行业正在面临的九大转折。污水管理与经济效益之间的关系，从追求经济有效的污水处理向融合循环经济变化；从功能主体满足行业标准向资源回收转变；从优化基础设施成本向污水利用、能量、材料以及劳动力等的综合优化变化；从远距离供水向就地取水变化；从单一系统向综合的多目标系统转变；从集中式的污水处理向多元的集中以及分散式污水处理系统转变；从基于数量的融资向基于服务的融资而转变；从单一目标体系向综合的多目标水循环目标体系变化；从改善已规划城市向融入城市规划而变化。
水行业待解决问题
Glen教授提出了三个现污水管理行业待解决的问题，其一是改变水管理模式以防止旱涝灾害的发生；其二是需加强污水资源能源化力度；其三是需扩大水卫生设施辐射范围。其中，改变水管理模式，是指水管理设施能够应对贫瘠的水供给，也能够实现雨洪管理，这里也特别强调了中国的海绵城市新范式，改变传统水管理模式，综合利用多种天然基础设施，创造多重效益，具有十分重要的意义。在水资源能源化方面，Glen教授强调，污水处理过程要考虑资源回收，例如源头分离、氮磷回收等。
那么应该如何实现上述目标呢？我们需要将各策略组合集成到一个系统中，从而获得内在最优协同效果。Glen教授并对此进行了举例说明，在该系统中包含雨水收集系统、污水回收回用系统、热电系统、建筑内循环系统、雨洪管理系统、工业水供给系统、盐水处理系统等多个融合集成系统。
Glen教授随后提出未来水资源回收回用所需满足的几条标准：再生水满足受纳水体水质标准；并实现针对特定目标的回用标准；回收多种物质，包括能量、营养物质、有机质等；能够被适应性地集成到整体系统中。
对于现有遗留系统而言，也需适应性地做出调整。通过实施这一系列策略，可提高公共卫生水平，减少摄取环境中净水，显著减少环境污染物排放，减少能源的消耗，有利于现有系统升级改造，提升系统弹性，并改善城市环境。Glen教授还强调了所有人类应享有平等的水权，以非洲地区为例，仍有很多人面临着水资源匮乏、饮水无法保障的问题。
重视污水收集基础设施
Glen教授指出，污水收集系统的基础设施现状应引起重视，由于污水收集系统的不足，可能引起污染物的外溢。中国也正在进行相关的改善，中国的污水具有独特的低C/N比特征，污水中含有大量的沙土等无机物质。现有的中国的污水处理中，有较大一部分有机质溢出系统而并未发挥其应有的作用。那么，较差的污水收集系统会导致哪些后果？Glen教授进一步做出了解答，大约仅45%的有机质到达污水处理系统；降低污水进水强度；进水C/N比以及C/P比被降低；沙砾负荷提高，占据工艺储蓄罐容量，增大设备磨损率。
MABR在污水处理中的优势
Glen教授介绍了MABR技术在污水处理中表现出的多重优势。在MABR系统中，气体扩散膜浸没于污水中，生物膜生长于膜表面，空气或氧气从膜内部向水体扩散。气体扩散膜将气相、水相分隔开，主要功能是扩散气体，而非进行固液分离；由于不需要化学清洗，因此该膜的使用寿命更长。生物膜生长于膜的外表面，与待处理水体紧密接触；氧气等可通过该气体扩散膜扩散进生物膜，有机底物等在液相中被传输至生物膜，进一步地，在生物膜上发生生物化学反应。MABR系统有如下的几个优点：生物膜内部的DO最高，底物浓度最低，因此有利于硝化反应的进行；生物膜外部DO最低，底物浓度最高，有利于反硝化反应的进行，经过生物反应后，有机质被矿化为CO2，氮转变成N2从而逸散出体系。 Glen教授还强调MABR系统与MBBR系统的差异，在MABR中，气体（电子受体）与底物（电子供体）的扩散方向是相反的，而在MBBR 中，电子供体与电子受体的扩散方向是相同的，意味着气体需首先被传递至液体中进而进一步传递至生物膜，这无疑增加了能量的耗散。MABR得益于电子供体与受体的双向扩散过程，使得反硝化程度被尽可能地提高，且氧气传输效能更高，可节省能耗3-4倍。随后，Glen教授介绍了MABR在水厂进行实际应用的案例，重点介绍了MABR在湖北孝感污水处理厂中的应用，最终出水COD仅为16 mg/L，氨氮为0.206 mg/L，总氮浓度为2.18 mg/L，取得了优异的处理效果。
Glen教授介绍了两种MABR的应用模式，并重点阐述了混合式MABR集成于活性污泥法工艺中所产生的有益效果。混合式MABR系统可进一步提高对碳的捕获率，进一步减少能耗，进一步减小反应器体积，进一步降低出水TN浓度。
西安第四污水处理厂Anammox
Glen教授还介绍了传统污水处理厂中所发现的厌氧氨氧化过程。他指出，要实现短程脱氮及厌氧氨氧化脱氮过程，并削减氧气用量，碳源分离是必须的。因为当进水中含有有机物时，那么反硝化过程就会依赖于异养反硝化，此时耗氧量无疑会有所增加。而主流厌氧氨氧化理论上改变了碳足迹同时改善了能量的利用。在传统污水处理中，进水中需含有足量的有机碳源以实现生物脱氮；磷的去除依赖于生物与化学过程；未被利用的碳源进入厌氧消化池以期望实现能量中和。在未来的污水处理中，生物脱氮过程减少了对碳源的依赖，因此进水碳源可尽可能多地被捕集；提高碳捕集率可以减少曝气能耗，同时增加沼气的产量。
Glen教授以西安第四污水处理厂为例，MBBR耦合A2O工艺，MBBR载体投入到厌氧及缺氧池中，在MBBR载体上发现有厌氧氨氧化菌的存在。该过程贡献了处理厂15%的总氮去除，指出厌氧氨氧化工艺的受限因素为亚硝酸盐的可控生成。
结束语
最后，Glen Daigger院士再次强调了中国在全球污水管理中所做出的贡献，充分肯定了现阶段我国在污水管理中所做出的努力。
