分散式污水处理的进展及应用现状

易文奇 罗苏蓉

摘要：源分离是一种生态卫生、可持续发展的理念，而分散式污水处理是现有集中污水处理系统的重要补充形式，是节省投资、降低能耗、维护生态平衡一种先进技术。

1分散式污水处理概述

分散性污水处理是指采用一种新颖复杂的方式，来满足小规模地区废水管理及资源化的要求，它允许以单独小型污水处理和就地土壤处理系统作为长期的解决方案。

2 国内外分散式污水处理现状

传统的分散式卫生系统在世界各地，尤其是农村地区，主要是地方设计和大量修建的小型污水处理设施，处理的对象是整个生活废水流。

（1）美国污水分散处理模式

分散式污水处理和中水回用在美国的发展，可以追溯到20世纪20年代。目前在美国大约有2000个自然处理系统（NTSW）在运行，该系统主要依靠自然

本身的功能达到污水处理的预期效果，而主要形式就是土地处理系统。该工艺包括慢速渗滤、地表漫流和快速渗滤，及处理化粪池出水的现场土壤吸收系统。

（2）日本污水分散处理模式

日本废水处理系统主要分为集中处理系统、johkasous（净化槽）系统和粪便处理设备。在日本安装有800万个净化槽，服务人口约3600万。

（3）挪威污水分散处理模式

挪威的人口稀少且分布稀疏，大约有25%的人口居住在没有任何集中污水收集系统的乡村地区，这些地方的生活污水采用就地处理。这些就地处理系统一般包括化粪池、配水系统、土地渗滤系统以及集成式微型处理设备。

（4）国内污水分散处理模式

中国关于农村生活污水分散处理的研究，始于20世纪80年代末。2001年北京申奥成功后，经过近8年的探索和建设实践，北京市建成了300余座分散式生活污水处理设施，总设计处理能力约，中水回用水量，部分缓解了北京市水资源的短缺。

3 基于源分离技术的分散式污水处理

3.1 源分离概念

污水分散处理有其独有的优势，但是传统分散式处理的实际效果并不尽如人意，主要有以下三个问题：

（1）多数情况下处理出水的水质低下，难以达到安全回用水的要求；

（2）处理设施运行状况欠佳；

（3）处理设施很难得到水务部门的监督和管理。

传统的分散式污水处理的对象是整个废水流，不同来源的污水通常是混在一起进行处理的，既增加了处理系统的复杂性，又阻断了污水中营养物质和污水本身的回收利用途径。为克服这些缺陷，基于不同种类污水分开收集和处理概念的“源分离”技术近年来在国际上备受关注，并在各国内开始实践。

源分离概念中保留了现代便器的基本雏形，只是通过简单功能设计，将各类污水分别收集、输送、处理、处置和利用，使其不再相互混合。笔者在文献调研的基础上，对源分离模式和方案进行了分析和归类：

（1）按污水来源与水质分类，生活污水可以被细分为：①灰水，包括厨房和洗浴排水；②黑水，指传统便器排水，即粪便、尿液及冲厕混合水；③黄水，指尿液；④棕水，指粪便及少量冲便水。

（2）源分离方案归类：①“黑水+灰水”模式；②“黄水+棕水+灰水”模式。

（3）源分离概念是指从源头入手，将4类主要生活污水分别收集、输送、处置、利用。

3.2 源分离必要性分析

（1）第一种源分离方案是将厕所尿液及粪便与其它污水分离，由此产生灰水和黑水。

根据统计，相对于黑水来说，灰水受污染程度和所含营养物质浓度很低，而且占整个家庭污水的50%-80%左右，因此具有很大的回收利用潜力和价值。同时，根据现有的分散式污水处理与再利用（DESAR）概念，可以从黑水中回收有机物用作能源和土壤改良剂等。第一种源分离方案能做到分别回收利用黑水和灰水，因而是可行的，也是必要的。

（2）第二种源分离方案是基于尿液分离技术的，它将黑水进一步细分，即为“黄水”和“棕水”，这样的源分离方案不仅能彻底将各类污水分别回收和利用，而且能减少后续污水的处理的复杂度。

研究表明，黄水（尿液）对家庭生活污水中的营养物质贡献最大；灰水虽然体积最大，但对营养物质的贡献最小；棕水（粪便）的体积约为尿液的1/10，但含有近一半的有机物负荷和大量的病原菌。第二种源分离方案能做到分别回收利用黄水和棕水，同样具有可行性和必要性。

3.3 源分离技术的进展及应用现状

基于源分离技术的分散式污水处理的核心内容便是需要对黄水、棕水和灰水分门别类的进行处理和处置。

（1）灰水的处理和回用

用于灰水处理的主体技术包括物理、化学和生物方法，外加预处理（如沉淀等）和后续的出水消毒。

物理方法主要是：砂滤池+膜处理+消毒、过滤+消毒、格栅+沉淀+多层滤料滤池+臭氧消毒、超滤、纳滤、反渗透及过滤+活性炭+砂滤池+消毒等。

化学方法主要是：电凝聚+消毒、絮凝+砂滤池+活性炭、磁性离子交换树脂及高级氧化+UV等。

生物方法主要是：沉淀+RBC+UV、流化床反应器+UV、格栅+RBC+砂滤池+消毒、MBR、人工湿地及生物絮凝等。

（2）黑水的处理和回用

在对黑水的处理过程中，厌氧条件下的污泥产量很低，黑水中的氮和磷被大量保留在厌氧出水中，可借助于离子交换、电渗析、纳滤或者反渗透等物理化学方法来回收利用出水中氮和磷。

由于黑水厌氧处理后的出水中保留了大量的氮和磷，除了考虑回收途径外，为了达到污水排放的标准，需要对厌氧出水进一步处理。然而，大部分的有机物在厌氧环节中被去除，造成C/N比非常低，可以考虑采用自养反硝化去除氮。M.S. de Graaff等采用了部分亚硝化+厌氧氨氧化工艺对黑水的厌氧出水进行处理，在34℃和25℃时，成功实现了部分亚硝化，并且在长期运行中出水中NO2-N/NH4-N一直维持在1.3左右，从而保证了后续厌氧氨氧化的进水条件。

（3）黄水的处理和回用

研究显示，城市污水中80%的氮负荷与50%的磷负荷来自于人类排泄的尿液。目前黄水的主要处理技术是：蒸发、冻融法、反渗透、酸化、微滤、硝化、鸟粪石沉淀、离子交换、氨吹脱、异丁叉二脲沉淀、厌氧氨氧化、电渗析、纳滤、高级氧化等。

（4）棕水的处理和回用

在日本和大部分发展中国家，粪便用作农业肥料由来已久。而粪便中含有的大量病原微生物是制约其用作农业肥料和土壤调节剂的重要因素之一。这里主要介绍三种主要的处理方案，即热堆肥、厌氧消化和化学处理。

污泥的堆肥反应，是充分利用了污泥中含有的大量有机物质、微生物及水分等进行的反应。堆肥过程中的高温效应，可杀灭对人体有害的病原菌、蛔虫卵、杂草种子等，并对其中的重金属的形态或活性有所影响。

污泥厌氧消化具有回收能源、稳定污泥、减少污泥处置量等优点，当采用不同的预处理方法，能够破坏污泥中的颗粒成分，使厭氧菌所需的有机质释放出来，从而加快厌氧消化过程，增加产气量。常见预处理方法有热处理法、高压喷射法、超声波处理法、冷冻法、辐照法、碱处理法、臭氧氧化法和生物酶技术等。

化学处理的主要目的是使蛋白质或者DNA/RNA 失活，比如采用投加生石灰等提高系统pH值，再经过长时间的贮存，就能达到消毒的目的。

参考文献：

[1] 王琳，王宝贞.分散式污水处理与回用[M].北京：化学工业出版社，2003：190-192.

[2] P.伦斯等主编.分散式污水处理和再利用—概念、系统和实施[M] .北京：化学工业出版社，2004.

[3] 李军幸，张克强，张洪生等.国外分散生活污水处理技术及应用研究进展[C].首届全国农业环境科学学术研讨会论文集，2005，11：460-465.

[4] 齐瑶，常杪.小城镇和农村生活污水分散处理的适用技术[J].中国给水排水，2008，24（18）：24-27.

[5] 郝晓地，宋虹苇.生态卫生—可持续、分散式污水处理新概念[J].2005，

[6] 苏丹，王鑫等.污泥厌氧消化前处理技术研究现状及展望[J].环境污染与防治，2008，30（12）：72-82.