摘要：介紹了2005年5月在西安召開的“未來城市污水系統(tǒng)一分散式污水處理與再利用”會議情況，對分散式污水處理與再利用(DESAR )技術發(fā)展的必要性、經(jīng)濟優(yōu)勢、技術優(yōu)勢以及研究熱點進行了分析，認為分散式污水處理與再利用技術充分體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展環(huán)境保護的概念，是未來污水處理發(fā)展的重要方向。

關鍵詞：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

2005年5月，國際水協(xié)會(IWA)、IWA第五屆世界水大會(北京)組委會、國家自然基金委員會等機構(gòu)在西安聯(lián)合組織召開了“未來城市污水系統(tǒng)一分散式污水處理與再利用(Future of Urban Wastewater System一Decentralization and Reuse)”國際會議，會議就目前分散式污水處理與再利用(DESAR )的最新技術進行了廣泛的交流，大會包括污水再生利用和資源回收系統(tǒng)、新技術和新設備，污水生物處理技術及其發(fā)展，膜技術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(xù),勝、風險評價、經(jīng)濟和政策分析，控制和分析技術6個議題，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

DESAR沿用并發(fā)展了目前常用的各類污水、糞便、廚余等處理技術，同時具備小型化、廉價化、普及化等特點。會議集中報道了現(xiàn)階段DESAR的最新應用技術。

1.1 生態(tài)廁所

作為會議議題之一的生態(tài)廁所(Bio-toilet)是日本科學技術振興機構(gòu)(Japan Science and Technology Agency, JSTA)的多學科發(fā)展項目— 可持續(xù)發(fā)展城市衛(wèi)生系統(tǒng)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)進人實用階段，在我國的江蘇一些地區(qū)已進行了試用。

生態(tài)廁所為沖水式廁所的替代品，無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所，在反應箱內(nèi)進行人工強化堆肥處理。生態(tài)廁所通過控制溫度、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(wěn)定性、衛(wèi)生安全性、最佳工況條件是生態(tài)廁所推廣應用中的關鍵問題。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，并評價了其經(jīng)濟實用性。通過試用證明，SDT在三周內(nèi)達到穩(wěn)定運行狀態(tài)，對有機物的降解率為97.85%�？晒�(jié)約水量為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(tǒng)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，因此從長期效益和生態(tài)保護角度來說，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)進行了9個月的試驗，結(jié)果表明，SDT在控制氣味、運行穩(wěn)定性、實用性等方面具有優(yōu)良的性能，當溫度為40,55,75℃時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(wèi)生健康安全性進行了評價，試驗證明，生態(tài)廁所內(nèi)的細菌滅活率與反應器內(nèi)的溫度和濕度相關(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(nèi)可將胃炎病毒和腸道病毒完全滅活。

M.A.Lopez Zavala等通過試驗對生態(tài)廁所的設計和使用進行了分析，認為溫度、濕度和混合頻率是影響生態(tài)廁所正常運轉(zhuǎn)的因素，并根據(jù)三者的影響將生態(tài)廁所的運行工況分為三個區(qū)域:最佳工況區(qū)，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(qū)，溫度為40一70℃，濕度為40% -70%，此工況區(qū)內(nèi)的降解效率與最佳工況區(qū)相比有所下降;較差工況區(qū)，在最優(yōu)和一般工況區(qū)以外的運轉(zhuǎn)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，會產(chǎn)生異味并可能對人體健康產(chǎn)生危害。

Ryusei Ito等通過對生態(tài)廁所內(nèi)混合物濕度變化的觀察，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(wěn)定速率與反應箱內(nèi)的水蒸氣分壓、循環(huán)空氣的水蒸氣分壓有關，控制適當?shù)乃魵鈮汉屯L量是生態(tài)廁所穩(wěn)定運行的重要保證，為生態(tài)廁所的設計提供了依據(jù)。

Sheng等結(jié)合我國東北地區(qū)的特點，采用麥秸(Corn stem)作為鋸末的替代品，并對其性能特點進行了研究。結(jié)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%，超過鋸末的70.2%的削減率，穩(wěn)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(nóng)用肥料。

1.2 膜生物反應器

膜生物反應器(MBR)充分體現(xiàn)了DESAR小型靈活和廢水再生利用的特點。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，因此通過與其他工藝組合(見表1)來提高MBR對氮、磷的去除效果是當前的研究熱點。

1.3 復合厭氧生物技術

厭氧生物處理具有投資少、能耗低、維護簡單等特點，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，因此復合厭氧技術越來越受到關注。

Z.B.Hu等對兩級厭氧生物土壤過濾系統(tǒng)(two-stage anaerobic bio-filter soil trench system)進行了生產(chǎn)性研究，結(jié)果表明，系統(tǒng)表現(xiàn)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%，處理出水可滿足市政綠化要求。與傳統(tǒng)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(tǒng)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;通過在內(nèi)部加人填料來保證較高的生物量，過量的生物膜可自然沉降至反應器底部，排泥簡便。原水COD為200一400m/L,SS為124一237m/L，當HRT為6,4,3 h時對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

2.1 DESAR的投資效益分析

據(jù)統(tǒng)計，美國各類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(qū)采用各種DESAR處理工藝。DESAR的優(yōu)勢不僅體現(xiàn)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(zhèn)的DESAR系統(tǒng)進行了經(jīng)濟性分析，研究表明:在初期投資成本方面，DESAR系統(tǒng)免去了排水管道系統(tǒng)，與集中式相比無疑更具有競爭力，但DESAR具有較高的運行成本和更短的折舊期，從短期運行成本來看，與集中式相比優(yōu)勢并不明顯。隨著DESAR產(chǎn)品市場的不斷成熟，其材料和運行成本會不斷降低，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承擔，從而造成了DESAR推廣的困難。美國在DESAR經(jīng)營和管理方面已經(jīng)有很成熟的經(jīng)驗，我國在這方面可以借鑒。

為了估算DESAR的長期效益，Huang等采用系統(tǒng)動力學的方法(SD)建立了DESAR的系統(tǒng)動力學模型，并在我國西安市某居住小區(qū)進行了應用

研究，分析表明，在不影響居民生活用水水平的前提下，DESAR技術可以節(jié)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;對于政府部門來說，如果將水價增長率控制在10%以內(nèi)，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題。

2.2 DESAR工藝的投資比較

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

H.H.Chen等評價了兩種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 未來污水處理領域具有廣闊的發(fā)展前景，會議提出了以下的發(fā)展動向:作為倡導DESAR應用的重要技術，生態(tài)廁所使糞便等污染物達到零排放，已經(jīng)進人實用階段并在多個國家推廣，系統(tǒng)設備的簡化和運行成本的降低將是下一步的研究重點;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、高效率的厭氧技術已逐步應用于DESAR，開發(fā)更為合理、穩(wěn)定的工藝組合將是研究重點;應加強DESAR技術的宣傳，使民眾逐步接受DESAR技術，這也是政府決策部門和工程技術人員的重要工作。

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