分散式污水處理的進展及應(yīng)用現(xiàn)狀

易文奇 羅蘇蓉

摘要：源分離是一種生態(tài)衛(wèi)生、可持續(xù)發(fā)展的理念，而分散式污水處理是現(xiàn)有集中污水處理系統(tǒng)的重要補充形式，是節(jié)省投資、降低能耗、維護生態(tài)平衡一種先進技術(shù)。

1分散式污水處理概述

分散性污水處理是指采用一種新穎復(fù)雜的方式，來滿足小規(guī)模地區(qū)廢水管理及資源化的要求，它允許以單獨小型污水處理和就地土壤處理系統(tǒng)作為長期的解決方案。

2 國內(nèi)外分散式污水處理現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的分散式衛(wèi)生系統(tǒng)在世界各地，尤其是農(nóng)村地區(qū)，主要是地方設(shè)計和大量修建的小型污水處理設(shè)施，處理的對象是整個生活廢水流。

（1）美國污水分散處理模式

分散式污水處理和中水回用在美國的發(fā)展，可以追溯到20世紀20年代。目前在美國大約有2000個自然處理系統(tǒng)（NTSW）在運行，該系統(tǒng)主要依靠自然

本身的功能達到污水處理的預(yù)期效果，而主要形式就是土地處理系統(tǒng)。該工藝包括慢速滲濾、地表漫流和快速滲濾，及處理化糞池出水的現(xiàn)場土壤吸收系統(tǒng)。

（2）日本污水分散處理模式

日本廢水處理系統(tǒng)主要分為集中處理系統(tǒng)、johkasous（凈化槽）系統(tǒng)和糞便處理設(shè)備。在日本安裝有800萬個凈化槽，服務(wù)人口約3600萬。

（3）挪威污水分散處理模式

挪威的人口稀少且分布稀疏，大約有25%的人口居住在沒有任何集中污水收集系統(tǒng)的鄉(xiāng)村地區(qū)，這些地方的生活污水采用就地處理。這些就地處理系統(tǒng)一般包括化糞池、配水系統(tǒng)、土地滲濾系統(tǒng)以及集成式微型處理設(shè)備。

（4）國內(nèi)污水分散處理模式

中國關(guān)于農(nóng)村生活污水分散處理的研究，始于20世紀80年代末。2001年北京申奧成功后，經(jīng)過近8年的探索和建設(shè)實踐，北京市建成了300余座分散式生活污水處理設(shè)施，總設(shè)計處理能力約，中水回用水量，部分緩解了北京市水資源的短缺。

3 基于源分離技術(shù)的分散式污水處理

3.1 源分離概念

污水分散處理有其獨有的優(yōu)勢，但是傳統(tǒng)分散式處理的實際效果并不盡如人意，主要有以下三個問題：

（1）多數(shù)情況下處理出水的水質(zhì)低下，難以達到安全回用水的要求；

（2）處理設(shè)施運行狀況欠佳；

（3）處理設(shè)施很難得到水務(wù)部門的監(jiān)督和管理。

傳統(tǒng)的分散式污水處理的對象是整個廢水流，不同來源的污水通常是混在一起進行處理的，既增加了處理系統(tǒng)的復(fù)雜性，又阻斷了污水中營養(yǎng)物質(zhì)和污水本身的回收利用途徑。為克服這些缺陷，基于不同種類污水分開收集和處理概念的“源分離”技術(shù)近年來在國際上備受關(guān)注，并在各國內(nèi)開始實踐。

源分離概念中保留了現(xiàn)代便器的基本雛形，只是通過簡單功能設(shè)計，將各類污水分別收集、輸送、處理、處置和利用，使其不再相互混合。筆者在文獻調(diào)研的基礎(chǔ)上，對源分離模式和方案進行了分析和歸類：

（1）按污水來源與水質(zhì)分類，生活污水可以被細分為：①灰水，包括廚房和洗浴排水；②黑水，指傳統(tǒng)便器排水，即糞便、尿液及沖廁混合水；③黃水，指尿液；④棕水，指糞便及少量沖便水。

（2）源分離方案歸類：①“黑水+灰水”模式；②“黃水+棕水+灰水”模式。

（3）源分離概念是指從源頭入手，將4類主要生活污水分別收集、輸送、處置、利用。

3.2 源分離必要性分析

（1）第一種源分離方案是將廁所尿液及糞便與其它污水分離，由此產(chǎn)生灰水和黑水。

根據(jù)統(tǒng)計，相對于黑水來說，灰水受污染程度和所含營養(yǎng)物質(zhì)濃度很低，而且占整個家庭污水的50%-80%左右，因此具有很大的回收利用潛力和價值。同時，根據(jù)現(xiàn)有的分散式污水處理與再利用（DESAR）概念，可以從黑水中回收有機物用作能源和土壤改良劑等。第一種源分離方案能做到分別回收利用黑水和灰水，因而是可行的，也是必要的。

（2）第二種源分離方案是基于尿液分離技術(shù)的，它將黑水進一步細分，即為“黃水”和“棕水”，這樣的源分離方案不僅能徹底將各類污水分別回收和利用，而且能減少后續(xù)污水的處理的復(fù)雜度。

研究表明，黃水（尿液）對家庭生活污水中的營養(yǎng)物質(zhì)貢獻最大；灰水雖然體積最大，但對營養(yǎng)物質(zhì)的貢獻最小；棕水（糞便）的體積約為尿液的1/10，但含有近一半的有機物負荷和大量的病原菌。第二種源分離方案能做到分別回收利用黃水和棕水，同樣具有可行性和必要性。

3.3 源分離技術(shù)的進展及應(yīng)用現(xiàn)狀

基于源分離技術(shù)的分散式污水處理的核心內(nèi)容便是需要對黃水、棕水和灰水分門別類的進行處理和處置。

（1）灰水的處理和回用

用于灰水處理的主體技術(shù)包括物理、化學和生物方法，外加預(yù)處理（如沉淀等）和后續(xù)的出水消毒。

物理方法主要是：砂濾池+膜處理+消毒、過濾+消毒、格柵+沉淀+多層濾料濾池+臭氧消毒、超濾、納濾、反滲透及過濾+活性炭+砂濾池+消毒等。

化學方法主要是：電凝聚+消毒、絮凝+砂濾池+活性炭、磁性離子交換樹脂及高級氧化+UV等。

生物方法主要是：沉淀+RBC+UV、流化床反應(yīng)器+UV、格柵+RBC+砂濾池+消毒、MBR、人工濕地及生物絮凝等。

（2）黑水的處理和回用

在對黑水的處理過程中，厭氧條件下的污泥產(chǎn)量很低，黑水中的氮和磷被大量保留在厭氧出水中，可借助于離子交換、電滲析、納濾或者反滲透等物理化學方法來回收利用出水中氮和磷。

由于黑水厭氧處理后的出水中保留了大量的氮和磷，除了考慮回收途徑外，為了達到污水排放的標準，需要對厭氧出水進一步處理。然而，大部分的有機物在厭氧環(huán)節(jié)中被去除，造成C/N比非常低，可以考慮采用自養(yǎng)反硝化去除氮。M.S. de Graaff等采用了部分亞硝化+厭氧氨氧化工藝對黑水的厭氧出水進行處理，在34℃和25℃時，成功實現(xiàn)了部分亞硝化，并且在長期運行中出水中NO2-N/NH4-N一直維持在1.3左右，從而保證了后續(xù)厭氧氨氧化的進水條件。

（3）黃水的處理和回用

研究顯示，城市污水中80%的氮負荷與50%的磷負荷來自于人類排泄的尿液。目前黃水的主要處理技術(shù)是：蒸發(fā)、凍融法、反滲透、酸化、微濾、硝化、鳥糞石沉淀、離子交換、氨吹脫、異丁叉二脲沉淀、厭氧氨氧化、電滲析、納濾、高級氧化等。

（4）棕水的處理和回用

在日本和大部分發(fā)展中國家，糞便用作農(nóng)業(yè)肥料由來已久。而糞便中含有的大量病原微生物是制約其用作農(nóng)業(yè)肥料和土壤調(diào)節(jié)劑的重要因素之一。這里主要介紹三種主要的處理方案，即熱堆肥、厭氧消化和化學處理。

污泥的堆肥反應(yīng)，是充分利用了污泥中含有的大量有機物質(zhì)、微生物及水分等進行的反應(yīng)。堆肥過程中的高溫效應(yīng)，可殺滅對人體有害的病原菌、蛔蟲卵、雜草種子等，并對其中的重金屬的形態(tài)或活性有所影響。

污泥厭氧消化具有回收能源、穩(wěn)定污泥、減少污泥處置量等優(yōu)點，當采用不同的預(yù)處理方法，能夠破壞污泥中的顆粒成分，使厭氧菌所需的有機質(zhì)釋放出來，從而加快厭氧消化過程，增加產(chǎn)氣量。常見預(yù)處理方法有熱處理法、高壓噴射法、超聲波處理法、冷凍法、輻照法、堿處理法、臭氧氧化法和生物酶技術(shù)等。

化學處理的主要目的是使蛋白質(zhì)或者DNA/RNA 失活，比如采用投加生石灰等提高系統(tǒng)pH值，再經(jīng)過長時間的貯存，就能達到消毒的目的。

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