分散式污水处理与再利用技术研究进展
摘要：介绍了2005年5月在西安召开的“未来城市污水系统一分散式污水处理与再利用”会议情况，对分散式污水处理与再利用(DESAR )技术发展的必要性、经济优势、技术优势以及研究热点进行了分析，认为分散式污水处理与再利用技术充分体现了可持续发展环境保护的概念，是未来污水处理发展的重要方向。
关键词：分散式污水处理与再利用; 生态厕所; 膜生物反应器; 复合厌氧技术
2005年5月，国际水协会(IWA)、IWA第五届世界水大会(北京)组委会、国家自然基金委员会等机构在西安联合组织召开了“未来城市污水系统一分散式污水处理与再利用(Future of Urban Wastewater System一Decentralization and Reuse)”国际会议，会议就目前分散式污水处理与再利用(DESAR )的最新技术进行了广泛的交流，大会包括污水再生利用和资源回收系统、新技术和新设备，污水生物处理技术及其发展，膜技术在分散式污水处理中的应用，强化一级处理和深度处理，污水处理的可持续,胜、风险评价、经济和政策分析，控制和分析技术6个议题，共包括90多篇宣读论文和50多篇墙展论文。
1 DESAR的应用技术
DESAR沿用并发展了目前常用的各类污水、粪便、厨余等处理技术，同时具备小型化、廉价化、普及化等特点。会议集中报道了现阶段DESAR的最新应用技术。
1.1 生态厕所
作为会议议题之一的生态厕所(Bio-toilet)是日本科学技术振兴机构(Japan Science and Technology Agency, JSTA)的多学科发展项目— 可持续发展城市卫生系统及其在亚洲国家应用的重要组成部分。目前生态厕所在日本部分城市已经进人实用阶段，在我国的江苏一些地区已进行了试用。
生态厕所为冲水式厕所的替代品，无需以水作为运输粪便的媒介，将具有良好多孔性、吸水性、排水性的锯末(Sawdust)作为微生物的繁殖场所，在反应箱内进行人工强化堆肥处理。生态厕所通过控制温度、湿度等条件使好氧性微生物在与锯末混合特有环境(55一65℃)中快速繁殖，加速有机物(粪尿及可腐性垃圾)的分解，其产物可作为有机肥料及土壤改良剂。
处理效果及运行稳定性、卫生安全性、最佳工况条件是生态厕所推广应用中的关键问题。Liu等川考察了Seiwa Denko公司S一15型SDT在我国江苏省的试用情况，并评价了其经济实用性。通过试用证明，SDT在三周内达到稳定运行状态，对有机物的降解率为97.85%。可节约水量为42 m3/(a·人)、降低COD处理负荷为2.53kg(a·人)、降低NH3一N负荷为0.63kg(a·人)。SDT的建设费用是传统冲水厕所的1.5倍，但运行费用(主要为电耗)约为冲水厕所的2/3，因此从长期效益和生态保护角度来说，具有很大优势。
K.Ushijima等对SeiwaD enk。公司的KBT-10型商品化生态锯末厕所(SawdustT oilet,SD T)进行了9个月的试验，结果表明，SDT在控制气味、运行稳定性、实用性等方面具有优良的性能，当温度为40,55,75℃时对粪便及厨余的降解率分别为0.493,0.680,0.764kg/d。
NaokoNa kagawa等对生态厕所的卫生健康安全性进行了评价，试验证明，生态厕所内的细菌灭活率与反应器内的温度和湿度相关(最佳控制条件:温度为45一55℃，湿度为50%)。湿度对QR噬菌体的灭活率影响较大，而对T4噬菌体影响较小。在控制适当温度和湿度的情况下，40一50 d内可将胃炎病毒和肠道病毒完全灭活。
M.A.Lopez Zavala等通过试验对生态厕所的设计和使用进行了分析，认为温度、湿度和混合频率是影响生态厕所正常运转的因素，并根据三者的影响将生态厕所的运行工况分为三个区域:最佳工况区，温度为50一60℃，湿度为50%一60%，混合频率为15一25次/d;一般工况区，温度为40一70℃，湿度为40% -70%，此工况区内的降解效率与最佳工况区相比有所下降;较差工况区，在最优和一般工况区以外的运转条件下运行，温度与湿度范围变化更大，对排泄物的降解停止，会产生异味并可能对人体健康产生危害。
Ryusei Ito等通过对生态厕所内混合物湿度变化的观察，建立了混合物的干燥速率模型，认为生态厕所混合物的干燥稳定速率与反应箱内的水蒸气分压、循环空气的水蒸气分压有关，控制适当的水蒸气压和通风量是生态厕所稳定运行的重要保证，为生态厕所的设计提供了依据。
Sheng等结合我国东北地区的特点，采用麦秸(Corn stem)作为锯末的替代品，并对其性能特点进行了研究。结果表明，麦秸能够完全代替锯末作为生态厕所的基质，对粪便及厨余的削减率可达到79.7%，超过锯末的70.2%的削减率，稳定后的麦秸一粪便混合物中氮、磷和其他有机物质的含量较高，适于作农用肥料。
1.2 膜生物反应器
膜生物反应器(MBR)充分体现了DESAR小型灵活和废水再生利用的特点。独立的MBR工艺对氮、磷的去除率较低，直接用于市政污水的处理往往不能达到再生水的水质要求，因此通过与其他工艺组合(见表1)来提高MBR对氮、磷的去除效果是当前的研究热点。
1.3 复合厌氧生物技术
厌氧生物处理具有投资少、能耗低、维护简单等特点，在DESAR中采用厌氧工艺可大幅度降低运行费用，但一般不能满足排放要求，必须有完善的预处理和终端处理设施，因此复合厌氧技术越来越受到关注。
Z.B.Hu等对两级厌氧生物土壤过滤系统(two-stage anaerobic bio-filter soil trench system)进行了生产性研究，结果表明，系统表现出了良好的处理效果，COD去除率为89%－96%,TN去除率为68%－75%,TP去除率为90%－95%,NH4-N去除率为96%－99% ,SS去除率为91%－97%，处理出水可满足市政绿化要求。与传统的两级生物处理方法相比，不但对氮有较高的去除率(>70%)，而且建设运行费用只有传统活性污泥法的1/3－1/2。
Qian等介绍了一种下流式厌氧悬浮填料床(down-flow anaerobic suspending media bed，DASB)，与目前广泛应用的上流式厌氧污泥床(UASB)相比，DASB简化了UASB复杂的三相分离器和布水器，从而可以减少设备投资;通过在内部加人填料来保证较高的生物量，过量的生物膜可自然沉降至反应器底部，排泥简便。原水COD为200一400m/L,SS为124一237m/L，当HRT为6,4,3 h时对COD的去除率分别为57.6% ,52.8% ,49.7%，并且在较低温度下(2－8℃)也有38.3%的去除率。
2 DESAR的经济性评价
2.1 DESAR的投资效益分析
据统计，美国各类DESAR的总处理水量达到1.7 x 107 m3/d，大约1/4一1/3的新建社区采用各种DESAR处理工艺。DESAR的优势不仅体现在可减少庞大的市政管网建设维护费用，还在于可大幅度降低向环境中排放的污染物总量。Marr和Steinle曾对德国Ceiselhoring镇的DESAR系统进行了经济性分析，研究表明:在初期投资成本方面，DESAR系统免去了排水管道系统，与集中式相比无疑更具有竞争力，但DESAR具有较高的运行成本和更短的折旧期，从短期运行成本来看，与集中式相比优势并不明显。随着DESAR产品市场的不断成熟，其材料和运行成本会不断降低，从提高资源再生利用率和降低污染物排放量方面考虑，DESAR的优势是非常明显的。
由于DESAR的日常运行维护通常由市民来承担，从而造成了DESAR推广的困难。美国在DESAR经营和管理方面已经有很成熟的经验，我国在这方面可以借鉴。
为了估算DESAR的长期效益，Huang等采用系统动力学的方法(SD)建立了DESAR的系统动力学模型，并在我国西安市某居住小区进行了应用
研究，分析表明，在不影响居民生活用水水平的前提下，DESAR技术可以节省25%左右的优质水用量。采用私人投资的方式可弥补初期建设资金的不足，而且初期的推广很大程度上受到居民对于回用水认同度的影响;对于政府部门来说，如果将水价增长率控制在10%以内，不但市民可以承受，DESAR也可较快得到推广，在总用水量不变的情况下，减少优质水用量有助于解决用水紧张问题。
2.2 DESAR工艺的投资比较
不同处理工艺的技术经济性不同，生物转盘(RBC)和浸没式生物膜技术是DESAR中较常用的两种工艺，Feng等对它们的建设和运行费用进行了对比，与RBC相比，采用淹没式生物膜技术更具经济性，设备运行费用随着处理规模的扩大而降低，当处理规模>300m3/d时运行费用<1.6元/m3，处理规模>500m3/d时运行费用<1.2元/m3，所以推荐设计规模>500m3/d;设备的运行效率很大程度上影响着回用水成本，为降低成本，处理水量不应低于设备处理规模的80%。
H.H.Chen等评价了两种MBR工艺的运行费用，综合考虑土地费用、基建费用和运行费用后认为采用好氧生物接触法+微滤MBR工艺比缺氧+好氧+超滤MBR工艺的运行更经济，两种工艺的平均运行费用分别为0.15和0.17美元/m3。
3 展望
DESAR在 未来污水处理领域具有广阔的发展前景，会议提出了以下的发展动向:作为倡导DESAR应用的重要技术，生态厕所使粪便等污染物达到零排放，已经进人实用阶段并在多个国家推广，系统设备的简化和运行成本的降低将是下一步的研究重点;MBR与其他工艺的组合强化了处理效果，尤其提高了对氮、磷的去除率，并减轻了膜污染;低成本、高效率的厌氧技术已逐步应用于DESAR，开发更为合理、稳定的工艺组合将是研究重点;应加强DESAR技术的宣传，使民众逐步接受DESAR技术，这也是政府决策部门和工程技术人员的重要工作。
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