城市污水源分類及資源化
引 言
人類生活污水中約1／3是沖廁耗水。糞尿量僅占生活污水的1%，卻含有機(jī)物COD總量的59%，N總量的94%，P總量的8O%，K總量的76%，以及絕大部分的大腸桿菌。糞尿與其他生活污水混合后處理，不僅費(fèi)用昂貴，而且處理后的水質(zhì)遠(yuǎn)低于地表水要求。
生活污水源頭分類技術(shù)是通過負(fù)壓設(shè)備將高濃度的糞尿集中收集，單獨(dú)處理，而其他污染較輕的生活雜排水，經(jīng)簡單處理后，用作灌溉用水等。由于引人污染物源頭治理的理念，將污染物在源頭分類收集以供后續(xù)處理，是一種高效、低消耗的污水處理方法。
國外如德國等國家，污水處理率已接近100%。如何提高污水處理的效率已成為國際環(huán)保界研究的熱點(diǎn)，生活污水源頭分類與資源化被認(rèn)為是污水處理技術(shù)的發(fā)展趨勢，已有小規(guī)模應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，如德國城市呂貝克新建小區(qū)弗里敦布雷特，建立了一套由高效節(jié)水廁所、收集系統(tǒng)、糞便生物處理設(shè)施組成的綜合示范工程—— 德國環(huán)境基金支持的一個(gè)示范項(xiàng)目。但是國外開發(fā)的這類系統(tǒng)，在技術(shù)上不適應(yīng)中國國情。
由于目前中國經(jīng)濟(jì)正處于高速發(fā)展階段，城市化步伐不斷加快，城市人口急劇膨脹，水消耗過度，水污染嚴(yán)重，而水處理基礎(chǔ)設(shè)施卻沒有太多改善，污水處理率僅為14%。已有一些學(xué)者開始研究污水處理的新技術(shù)，如周敬宣等提出了從源頭上對黑水和灰水分開收集、處理，并對灰水進(jìn)行回用處理，人糞尿通過真空廁所收集，經(jīng)發(fā)酵加工成菌肥。
綜合國內(nèi)外的研究成果，目前生活污水源頭分類技術(shù)還存在以下問題：
① 造價(jià)昂貴。
② 負(fù)壓廁所系統(tǒng)未與水處理系統(tǒng)完整結(jié)合從而未能體現(xiàn)該技術(shù)的巨大潛在優(yōu)勢。
③ 系統(tǒng)復(fù)雜帶來的穩(wěn)定性和可維護(hù)性問題。
基于以上分析，本文試圖從污水的源頭分類技術(shù)到污水資源化利用，建立起一整套新型污水處理系統(tǒng)，通過試驗(yàn)，最后進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。
1、糞尿的收集與處理
1．1 糞尿的收集
1．1．1 負(fù)壓中心站
負(fù)壓中心站使負(fù)壓收集罐和管道系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓并自動(dòng)維持在一個(gè)設(shè)定的負(fù)壓范圍內(nèi)。當(dāng)收集罐內(nèi)的液位達(dá)到一定值時(shí)，自動(dòng)將污水從收集罐輸送到指定地點(diǎn)。從綜合能耗考慮，負(fù)壓的上、下限設(shè)定為一O．O5～-0．07 MPa，負(fù)壓站能在設(shè)定的壓力值內(nèi)自動(dòng)運(yùn)行。從系統(tǒng)的安全考慮，負(fù)壓站內(nèi)設(shè)置大、小真空泵(抽氣速率分別1．33 m3／min和0．86 m3／min)各1臺(tái)。為了減少開啟時(shí)電流的波動(dòng)，在正常工作時(shí)，大真空泵能自動(dòng)關(guān)閉，由小真空泵維持系統(tǒng)內(nèi)的負(fù)壓。在耗氣量突然增加時(shí)，即小真空泵運(yùn)行5 min后，若系統(tǒng)壓力仍達(dá)不到設(shè)定的下限值一O．05 MPa時(shí)，大真空泵能同時(shí)啟動(dòng)運(yùn)行，使系統(tǒng)壓力維持設(shè)定值。為了保證系統(tǒng)的安全，若系統(tǒng)壓力在大、小真空泵同時(shí)運(yùn)行3 min后，系統(tǒng)壓力仍然達(dá)不到設(shè)定的下限值一O．O5MPa時(shí)，大、小真空泵同時(shí)關(guān)閉，報(bào)警信號燈亮。負(fù)壓收集罐內(nèi)的液位達(dá)到設(shè)定上限時(shí)(即負(fù)壓收集罐容量的75%)，將發(fā)送排污信號，同時(shí)打開放空閥，啟動(dòng)污水泵排污。
1．1．2 負(fù)壓管道
負(fù)壓管道的作用是將負(fù)壓有效地傳遞到每個(gè)用戶，并使途中壓力損失減到最小。此外，以管道內(nèi)的負(fù)壓為動(dòng)力，輸送污水到負(fù)壓收集罐。負(fù)壓管道在一0．07 MPa壓力下，保壓24 h，壓力損失不能大于1O%。采用鋸齒狀管路，每段設(shè)置成0．3～ O．5 的坡度。使管道內(nèi)的流體形成柱塞流，利于負(fù)壓狀態(tài)下流體的輸送。
1．1．3 中間儲(chǔ)槽
中間儲(chǔ)槽的作用是將少量污水先收集起來，當(dāng)儲(chǔ)槽滿時(shí)，將這些污水一次性輸入主管道。此時(shí)污水量大，并形成了一定流速，污水不但不會(huì)淤結(jié)管道，而且還能起到?jīng)_刷管壁的作用，即負(fù)壓管路具有自清能力。
1．1．4 負(fù)壓馬桶
負(fù)壓馬桶是依靠負(fù)壓管道上的負(fù)壓作為動(dòng)力來吸走污物的，同時(shí)直接利用自來水的水壓來沖刷池腔的內(nèi)壁，從而達(dá)到節(jié)水的目的。負(fù)壓馬桶的噴嘴直接利用自來水水壓來提高沖洗水的沖刷能力，輻射狀噴出的水可以清潔馬桶內(nèi)壁。
2、糞尿資源化技術(shù)
高濃度的人糞尿經(jīng)節(jié)水負(fù)壓廁所和負(fù)壓管道輸送至高效厭氧反應(yīng)器，反應(yīng)器溫度控制在37℃ 左右，在厭氧發(fā)酵池大約停留2天，產(chǎn)生沼氣，回收能量。出水加入Ca2+將其中的磷沉淀并起到調(diào)節(jié)pH 值的作用。出水中的N經(jīng)吹脫后以(NH4)2SO4的形式回收，從而生產(chǎn)出含氮、磷的有機(jī)肥。經(jīng)上述處理的污水再經(jīng)膜生物反應(yīng)器或生物轉(zhuǎn)盤加絮凝沉淀二級處理，水質(zhì)可達(dá)到回用雜用水標(biāo)準(zhǔn)，還可通過池塘、濕地下滲，再生地下水資源，廣泛采取本方法可實(shí)現(xiàn)可持續(xù)水生態(tài)平衡。本方法與糞便單獨(dú)處理與利用的方法相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)人居區(qū)污水零排放及污水資源化。
3、雜排水資源化技術(shù)
分類后的生活雜排水因污染較輕，經(jīng)適當(dāng)處理可作為地表景觀水，從而解決了自然界水圈和食物圈人為混淆所帶來的農(nóng)業(yè)營養(yǎng)劑(氮、磷)的永久流失和地表水受污染的問題。處理后的出水和雨水作為地表景觀水或綠化用水，不僅減小排水系統(tǒng)造價(jià)，改變城市生態(tài)小氣候，為綠化等作蓄水，而且通過反滲地下再造飲用水水源。實(shí)現(xiàn)了生態(tài)良性循。
4、生活污水源頭分類技術(shù)的特點(diǎn)
4．1 污水資源化處理
傳統(tǒng)的排水方式是污水集中收集，混合排放，不僅浪費(fèi)水資源，而且高污染度的糞尿一旦混入整個(gè)排水系統(tǒng)中，就很難再回收，同時(shí)加大了處理的難度與處理成本。而源頭分類技術(shù)從源頭出發(fā)，將污染源分類收集以供后續(xù)處理。糞尿與廚房垃圾聯(lián)合進(jìn)行厭氧處理，厭氧反應(yīng)殘余物還田，沼氣可作為能源利用。生活雜排水經(jīng)過處理，作為地表水或反滲補(bǔ)充地下水。另外，潔凈雨水通過下滲塘反滲補(bǔ)充地下水，最終實(shí)現(xiàn)區(qū)域自然水圈循環(huán)和生態(tài)良性循環(huán)。
4．2 處理效率高，投資成本及運(yùn)行費(fèi)用低
源頭分類后，水處理的針對性很強(qiáng)，不同的水質(zhì)、水量采用相應(yīng)的高效水處理手段，使整體的水處理效率大大提高，因此，相應(yīng)的投資成本與運(yùn)行費(fèi)用也比傳統(tǒng)的水處理要低得多。
4．3 處理后的水質(zhì)好
源頭分類后生活雜排水進(jìn)水水質(zhì)已經(jīng)與一般城市污水處理廠的出水水質(zhì)相接近。由于采用了源頭分類，高濃度的糞尿單獨(dú)處理，不進(jìn)入生活雜排水系統(tǒng)，使生活雜用水水質(zhì)較好，經(jīng)過高效、簡單的水處理單元后，出水水質(zhì)基本可達(dá)到V～I(xiàn)V類水體標(biāo)準(zhǔn)，高于現(xiàn)在規(guī)定的中水回用標(biāo)準(zhǔn)。
5、結(jié)語
①建立了生活污水源頭分類及資源化利用系統(tǒng)，并為這種系統(tǒng)的研究開發(fā)和實(shí)際應(yīng)用提供了思路。
② 經(jīng)過分析，生活污水源頭分類及資源化技術(shù)與傳統(tǒng)污水集中處理的方式相比，消耗更低，處理效率更高，而且易于實(shí)現(xiàn)污水的資源化。
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