分散式污水處理與再利用技術(shù)研究進(jìn)展

摘要：介紹了2005年5月在西安召開(kāi)的“未來(lái)城市污水系統一分散式污水處理與再利用”會(huì )議情況，對分散式污水處理與再利用(DESAR )技術(shù)發(fā)展的必要性、經(jīng)濟優(yōu)勢、技術(shù)優(yōu)勢以及研究熱點(diǎn)進(jìn)行了分析，認為分散式污水處理與再利用技術(shù)充分體現了可持續發(fā)展環(huán)境保護的概念，是未來(lái)污水處理發(fā)展的重要方向。

關(guān)鍵詞：分散式污水處理與再利用; 生態(tài)廁所; 膜生物反應器; 復合厭氧技術(shù)

2005年5月，國際水協(xié)會(huì )(IWA)、IWA第五屆世界水大會(huì )(北京)組委會(huì )、國家自然基金委員會(huì )等機構在西安聯(lián)合組織召開(kāi)了“未來(lái)城市污水系統一分散式污水處理與再利用(Future of Urban Wastewater System一Decentralization and Reuse)”國際會(huì )議，會(huì )議就目前分散式污水處理與再利用(DESAR )的最新技術(shù)進(jìn)行了廣泛的交流，大會(huì )包括污水再生利用和資源回收系統、新技術(shù)和新設備，污水生物處理技術(shù)及其發(fā)展，膜技術(shù)在分散式污水處理中的應用，強化一級處理和深度處理，污水處理的可持續,勝、風(fēng)險評價(jià)、經(jīng)濟和政策分析，控制和分析技術(shù)6個(gè)議題，共包括90多篇宣讀論文和50多篇墻展論文。

1 DESAR的應用技術(shù)

DESAR沿用并發(fā)展了目前常用的各類(lèi)污水、糞便、廚余等處理技術(shù)，同時(shí)具備小型化、廉價(jià)化、普及化等特點(diǎn)。會(huì )議集中報道了現階段DESAR的最新應用技術(shù)。

1.1 生態(tài)廁所

作為會(huì )議議題之一的生態(tài)廁所(Bio-toilet)是日本科學(xué)技術(shù)振興機構(Japan Science and Technology Agency, JSTA)的多學(xué)科發(fā)展項目— 可持續發(fā)展城市衛生系統及其在亞洲國家應用的重要組成部分。目前生態(tài)廁所在日本部分城市已經(jīng)進(jìn)人實(shí)用階段，在我國的江蘇一些地區已進(jìn)行了試用。

生態(tài)廁所為沖水式廁所的替代品，無(wú)需以水作為運輸糞便的媒介，將具有良好多孔性、吸水性、排水性的鋸末(Sawdust)作為微生物的繁殖場(chǎng)所，在反應箱內進(jìn)行人工強化堆肥處理。生態(tài)廁所通過(guò)控制溫度、濕度等條件使好氧性微生物在與鋸末混合特有環(huán)境(55一65℃)中快速繁殖，加速有機物(糞尿及可腐性垃圾)的分解，其產(chǎn)物可作為有機肥料及土壤改良劑。

處理效果及運行穩定性、衛生安全性、最佳工況條件是生態(tài)廁所推廣應用中的關(guān)鍵問(wèn)題。Liu等川考察了Seiwa Denko公司S一15型SDT在我國江蘇省的試用情況，并評價(jià)了其經(jīng)濟實(shí)用性。通過(guò)試用證明，SDT在三周內達到穩定運行狀態(tài)，對有機物的降解率為97.85%�？晒澕s水量為42 m3/(a·人)、降低COD處理負荷為2.53kg(a·人)、降低NH3一N負荷為0.63kg(a·人)。SDT的建設費用是傳統沖水廁所的1.5倍，但運行費用(主要為電耗)約為沖水廁所的2/3，因此從長(cháng)期效益和生態(tài)保護角度來(lái)說(shuō)，具有很大優(yōu)勢。

K.Ushijima等對SeiwaD enk。公司的KBT-10型商品化生態(tài)鋸末廁所(SawdustT oilet,SD T)進(jìn)行了9個(gè)月的試驗，結果表明，SDT在控制氣味、運行穩定性、實(shí)用性等方面具有優(yōu)良的性能，當溫度為40,55,75℃時(shí)對糞便及廚余的降解率分別為0.493,0.680,0.764kg/d。

NaokoNa kagawa等對生態(tài)廁所的衛生健康安全性進(jìn)行了評價(jià)，試驗證明，生態(tài)廁所內的細菌滅活率與反應器內的溫度和濕度相關(guān)(最佳控制條件:溫度為45一55℃，濕度為50%)。濕度對QR噬菌體的滅活率影響較大，而對T4噬菌體影響較小。在控制適當溫度和濕度的情況下，40一50 d內可將胃炎病毒和腸道病毒完全滅活。

M.A.Lopez Zavala等通過(guò)試驗對生態(tài)廁所的設計和使用進(jìn)行了分析，認為溫度、濕度和混合頻率是影響生態(tài)廁所正常運轉的因素，并根據三者的影響將生態(tài)廁所的運行工況分為三個(gè)區域:最佳工況區，溫度為50一60℃，濕度為50%一60%，混合頻率為15一25次/d;一般工況區，溫度為40一70℃，濕度為40% -70%，此工況區內的降解效率與最佳工況區相比有所下降;較差工況區，在最優(yōu)和一般工況區以外的運轉條件下運行，溫度與濕度范圍變化更大，對排泄物的降解停止，會(huì )產(chǎn)生異味并可能對人體健康產(chǎn)生危害。

Ryusei Ito等通過(guò)對生態(tài)廁所內混合物濕度變化的觀(guān)察，建立了混合物的干燥速率模型，認為生態(tài)廁所混合物的干燥穩定速率與反應箱內的水蒸氣分壓、循環(huán)空氣的水蒸氣分壓有關(guān)，控制適當的水蒸氣壓和通風(fēng)量是生態(tài)廁所穩定運行的重要保證，為生態(tài)廁所的設計提供了依據。

Sheng等結合我國東北地區的特點(diǎn)，采用麥秸(Corn stem)作為鋸末的替代品，并對其性能特點(diǎn)進(jìn)行了研究。結果表明，麥秸能夠完全代替鋸末作為生態(tài)廁所的基質(zhì)，對糞便及廚余的削減率可達到79.7%，超過(guò)鋸末的70.2%的削減率，穩定后的麥秸一糞便混合物中氮、磷和其他有機物質(zhì)的含量較高，適于作農用肥料。

1.2 膜生物反應器

膜生物反應器(MBR)充分體現了DESAR小型靈活和廢水再生利用的特點(diǎn)。獨立的MBR工藝對氮、磷的去除率較低，直接用于市政污水的處理往往不能達到再生水的水質(zhì)要求，因此通過(guò)與其他工藝組合(見(jiàn)表1)來(lái)提高M(jìn)BR對氮、磷的去除效果是當前的研究熱點(diǎn)。

1.3 復合厭氧生物技術(shù)

厭氧生物處理具有投資少、能耗低、維護簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在DESAR中采用厭氧工藝可大幅度降低運行費用，但一般不能滿(mǎn)足排放要求，必須有完善的預處理和終端處理設施，因此復合厭氧技術(shù)越來(lái)越受到關(guān)注。

Z.B.Hu等對兩級厭氧生物土壤過(guò)濾系統(two-stage anaerobic bio-filter soil trench system)進(jìn)行了生產(chǎn)性研究，結果表明，系統表現出了良好的處理效果，COD去除率為89%－96%,TN去除率為68%－75%,TP去除率為90%－95%,NH4-N去除率為96%－99% ,SS去除率為91%－97%，處理出水可滿(mǎn)足市政綠化要求。與傳統的兩級生物處理方法相比，不但對氮有較高的去除率(>70%)，而且建設運行費用只有傳統活性污泥法的1/3－1/2。

Qian等介紹了一種下流式厭氧懸浮填料床(down-flow anaerobic suspending media bed，DASB)，與目前廣泛應用的上流式厭氧污泥床(UASB)相比，DASB簡(jiǎn)化了UASB復雜的三相分離器和布水器，從而可以減少設備投資;通過(guò)在內部加人填料來(lái)保證較高的生物量，過(guò)量的生物膜可自然沉降至反應器底部，排泥簡(jiǎn)便。原水COD為200一400m/L,SS為124一237m/L，當HRT為6,4,3 h時(shí)對COD的去除率分別為57.6% ,52.8% ,49.7%，并且在較低溫度下(2－8℃)也有38.3%的去除率。

2 DESAR的經(jīng)濟性評價(jià)

2.1 DESAR的投資效益分析

據統計，美國各類(lèi)DESAR的總處理水量達到1.7 x 107 m3/d，大約1/4一1/3的新建社區采用各種DESAR處理工藝。DESAR的優(yōu)勢不僅體現在可減少龐大的市政管網(wǎng)建設維護費用，還在于可大幅度降低向環(huán)境中排放的污染物總量。Marr和Steinle曾對德國Ceiselhoring鎮的DESAR系統進(jìn)行了經(jīng)濟性分析，研究表明:在初期投資成本方面，DESAR系統免去了排水管道系統，與集中式相比無(wú)疑更具有競爭力，但DESAR具有較高的運行成本和更短的折舊期，從短期運行成本來(lái)看，與集中式相比優(yōu)勢并不明顯。隨著(zhù)DESAR產(chǎn)品市場(chǎng)的不斷成熟，其材料和運行成本會(huì )不斷降低，從提高資源再生利用率和降低污染物排放量方面考慮，DESAR的優(yōu)勢是非常明顯的。

由于DESAR的日常運行維護通常由市民來(lái)承擔，從而造成了DESAR推廣的困難。美國在DESAR經(jīng)營(yíng)和管理方面已經(jīng)有很成熟的經(jīng)驗，我國在這方面可以借鑒。

為了估算DESAR的長(cháng)期效益，Huang等采用系統動(dòng)力學(xué)的方法(SD)建立了DESAR的系統動(dòng)力學(xué)模型，并在我國西安市某居住小區進(jìn)行了應用

研究，分析表明，在不影響居民生活用水水平的前提下，DESAR技術(shù)可以節省25%左右的優(yōu)質(zhì)水用量。采用私人投資的方式可彌補初期建設資金的不足，而且初期的推廣很大程度上受到居民對于回用水認同度的影響;對于政府部門(mén)來(lái)說(shuō)，如果將水價(jià)增長(cháng)率控制在10%以?xún)�，不但市民可以承受，DESAR也可較快得到推廣，在總用水量不變的情況下，減少優(yōu)質(zhì)水用量有助于解決用水緊張問(wèn)題。

2.2 DESAR工藝的投資比較

不同處理工藝的技術(shù)經(jīng)濟性不同，生物轉盤(pán)(RBC)和浸沒(méi)式生物膜技術(shù)是DESAR中較常用的兩種工藝，Feng等對它們的建設和運行費用進(jìn)行了對比，與RBC相比，采用淹沒(méi)式生物膜技術(shù)更具經(jīng)濟性，設備運行費用隨著(zhù)處理規模的擴大而降低，當處理規模>300m3/d時(shí)運行費用<1.6元/m3，處理規模>500m3/d時(shí)運行費用<1.2元/m3，所以推薦設計規模>500m3/d;設備的運行效率很大程度上影響著(zhù)回用水成本，為降低成本，處理水量不應低于設備處理規模的80%。

H.H.Chen等評價(jià)了兩種MBR工藝的運行費用，綜合考慮土地費用、基建費用和運行費用后認為采用好氧生物接觸法+微濾MBR工藝比缺氧+好氧+超濾MBR工藝的運行更經(jīng)濟，兩種工藝的平均運行費用分別為0.15和0.17美元/m3。

3 展望

DESAR在 未來(lái)污水處理領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景，會(huì )議提出了以下的發(fā)展動(dòng)向:作為倡導DESAR應用的重要技術(shù)，生態(tài)廁所使糞便等污染物達到零排放，已經(jīng)進(jìn)人實(shí)用階段并在多個(gè)國家推廣，系統設備的簡(jiǎn)化和運行成本的降低將是下一步的研究重點(diǎn);MBR與其他工藝的組合強化了處理效果，尤其提高了對氮、磷的去除率，并減輕了膜污染;低成本、高效率的厭氧技術(shù)已逐步應用于DESAR，開(kāi)發(fā)更為合理、穩定的工藝組合將是研究重點(diǎn);應加強DESAR技術(shù)的宣傳，使民眾逐步接受DESAR技術(shù)，這也是政府決策部門(mén)和工程技術(shù)人員的重要工作。作者: 王捷 張宏偉 賈輝 果心國  來(lái)源：谷騰水網(wǎng)