分散式污水處理的進展及應用現狀

易文奇 羅蘇蓉

摘要：源分離是一種生態衛生、可持續發展的理念，而分散式污水處理是現有集中污水處理系統的重要補充形式，是節省投資、降低能耗、維護生態平衡一種先進技術。

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雜的方式，來滿足小規模地區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作為長期的解決方案。

2 國內外分散式污水處理現狀

傳統的分散式衛生系統在世界各地，尤其是農村地區，主要是地方設計和大量修建的小型污水處理設施，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（NTSW）在運行，該系統主要依靠自然

本身的功能達到污水處理的預期效果，而主要形式就是土地處理系統。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場土壤吸收系統。

（2）日本污水分散處理模式

日本廢水處理系統主要分為集中處理系統、johkasous（凈化槽）系統和糞便處理設備。在日本安裝有800萬個凈化槽，服務人口約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的鄉村地區，這些地方的生活污水采用就地處理。這些就地處理系統一般包括化糞池、配水系統、土地滲濾系統以及集成式微型處理設備。

（4）國內污水分散處理模式

中國關于農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，經過近8年的探索和建設實踐，北京市建成了300余座分散式生活污水處理設施，總設計處理能力約，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勢，但是傳統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）多數情況下處理出水的水質低下，難以達到安全回用水的要求；

（2）處理設施運行狀況欠佳；

（3）處理設施很難得到水務部門的監督和管理。

傳統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，既增加了處理系統的復雜性，又阻斷了污水中營養物質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”技術近年來在國際上備受關注，并在各國內開始實踐。

源分離概念中保留了現代便器的基本雛形，只是通過簡單功能設計，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。筆者在文獻調研的基礎上，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，由此產生灰水和黑水。

根據統計，相對于黑水來說，灰水受污染程度和所含營養物質濃度很低，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，根據現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，而且能減少后續污水的處理的復雜度。

研究表明，黃水（尿液）對家庭生活污水中的營養物質貢獻最大；灰水雖然體積最大，但對營養物質的貢獻最小；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 源分離技術的進展及應用現狀

基于源分離技術的分散式污水處理的核心內容便是需要對黃水、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包括物理、化學和生物方法，外加預處理（如沉淀等）和后續的出水消毒。

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節中被去除，造成C/N比非常低，可以考慮采用自養反硝化去除氮。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是：蒸發、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

在日本和大部分發展中國家，糞便用作農業肥料由來已久。而糞便中含有的大量病原微生物是制約其用作農業肥料和土壤調節劑的重要因素之一。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，是充分利用了污泥中含有的大量有機物質、微生物及水分等進行的反應。堆肥過程中的高溫效應，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或活性有所影響。

污泥厭氧消化具有回收能源、穩定污泥、減少污泥處置量等優點，當采用不同的預處理方法，能夠破壞污泥中的顆粒成分，使厭氧菌所需的有機質釋放出來，從而加快厭氧消化過程，增加產氣量。常見預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等。

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

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