分散式污水處理能否成為水處理行業(yè)未來發(fā)展新方向

1、分散式污水處理能否成為水處理行業(yè)未來發(fā)展新方向？原創(chuàng) 2017-08-08 張婧怡 中宜環(huán)科環(huán)保產(chǎn)業(yè)研究分散式污水處理發(fā)展現(xiàn)狀雖然目前全球城市化已十分明顯，但仍有近3035 億人口居住在農(nóng)村，這些人中有相當(dāng)一部分的生活條件還比較差，甚至還沒有合適的污水處理系統(tǒng)。污水處理系統(tǒng)可分為集中式和分散式，傳統(tǒng)的污水處理廠屬于集中式污水處理系統(tǒng)，適用于人口稠密的城市地區(qū)。而在人口分布稀疏的農(nóng)村地區(qū)采用集中式污水處理，則會因?yàn)榻ㄔ煳鬯畯S花費(fèi)的巨大錢財(cái)，而讓這些本來就經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的地方再次背上債務(wù)負(fù)擔(dān)。此時(shí)，分散式污水處理系統(tǒng)將是一個(gè)更合適的選擇。圖 贊比亞一所學(xué)校建造的分散式污水處理系統(tǒng) 人工濕地分散式污水處

2、理系統(tǒng)不僅適用于欠發(fā)達(dá)的發(fā)展中國家，在某些情況下，它同樣適用于發(fā)達(dá)國家。近年來，發(fā)達(dá)國家的城市中心人口密度正在逐漸下降，人們逐步開始向城市邊緣分散定居，而此時(shí)如果建造集中式污水處理廠將不再合適。根據(jù)聯(lián)合國環(huán)境署2002 年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，美國有 25% 的人口已在使用分散式污水處理系統(tǒng)。美國弗吉尼亞州Loudoun 郡的小型社區(qū)污水處理站本文將探討對比幾種典型的分散式污水處理技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)與適用性，以及如何進(jìn)行技術(shù)選擇與如何打破工程應(yīng)用瓶頸。傳統(tǒng)與新型分散式污水處理工藝傳統(tǒng)式工藝傳統(tǒng)分散式污水處理技術(shù)包括濕地、好氧工藝 （ MBR 、 BCR 等） 、 厭氧工藝 （ UASB等）。下表從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)

3、境、社會等角度對比分析了以上分散式工藝的優(yōu)缺表 傳統(tǒng)分散式污水處理工藝對比工藝名稱達(dá)標(biāo)排放環(huán)境與資源技術(shù)特點(diǎn)經(jīng)濟(jì)性社會接受度人工濕地陽光輻射消毒天然處理，無法資源回收操作便捷，性能穩(wěn)定， 對氣候、地域要求較高投資土地， 重力流，無 需運(yùn)維成本人口稀疏、土地廣泛的地區(qū)較易接受傳統(tǒng)好 氧工藝必須有深度處理主流技術(shù)，耗能， 可從污泥中回收資源操作相對便捷，負(fù)荷沖擊適應(yīng)性一般，升級成本中高投資和運(yùn)維成本較高（能量、污泥）臭氣可能有污染， 比較容易被接受MBR可以沒有深度處理，直接回用高耗能，占地少， 處理效率高， 可回收資源操作復(fù)雜，易發(fā)生膜污染，毒性抵抗力差，升級成本高投資和運(yùn)維成本最高（高耗能、但

4、是污泥量?。┏魵饪赡苡形廴?， 接受度取決于成本好氧濾池根據(jù)實(shí)際情況判斷是否需要深度處理耗能型，占地與 MBR類似， 處理效率略低操作比MBR簡單，升級成本略低投資成本較高，運(yùn)維成本低于MBR臭氣可能有污染， 接受度取決于成本UASB必須有深度可回收沼氣，操作相對簡捷，進(jìn)水流中等投資，有經(jīng)濟(jì)回報(bào)性，處理耗能轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)能量和負(fù)荷沖擊適應(yīng)性 較好，升級投資中等運(yùn)維成本低，沼氣可能產(chǎn)生回報(bào)收益有利于提高社會接受度新型工藝生物質(zhì)濃縮反應(yīng)器生物質(zhì)濃縮反應(yīng)器(Biomass Concentrator Reacto， r BCR)是一種與MBR 非常相似的新型技術(shù)，最初由意大利帕維亞大學(xué)(University

5、of Pavia)的AndreaG. Capodaglio和 Arianna Callegari 提出。并在2015年和2016年 IWA 出版的 WaterPractice & Technology雜志上發(fā)表了關(guān)于該技術(shù)的兩篇文獻(xiàn)報(bào)道(Onsitemanagement of tanker ships' rinse water by means of a compact bioreac t、 orDomestic wastewater treatment with a decentralized, simple technology biomass concentrator r

6、eactor)。BCR 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為一個(gè)曝氣反應(yīng)器，反應(yīng)器底部進(jìn)行微孔曝氣，廢水和微生物在反應(yīng)器內(nèi)呈懸浮態(tài)，出水為重力流。在帕維亞大學(xué)的試驗(yàn)中，BCR 反應(yīng)器采用PorexTM radial filter 進(jìn)行固液分離，孔徑為520m 。由于介質(zhì)表面的粗糙度，有可能形成23 厘米水頭損失。根據(jù)帕維亞大學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用BCR 反應(yīng)器， COD 去除率為9397%，脫氮率為7579%。需要注意的是，實(shí)驗(yàn)流量只有22L/m2d，遠(yuǎn)低于最大操作流量( 1050 L/m2d)，因此，實(shí)驗(yàn)期間系統(tǒng)過濾能力基本穩(wěn)定，無需反沖洗的前提下， 可以穩(wěn)定運(yùn)行1 年左右。 而實(shí)際運(yùn)行條件下，常用膜材質(zhì)的孔徑約為0.

7、1 m ，3 個(gè)月后系統(tǒng)過濾能力降低77，需要更換膜或者進(jìn)行再生。帕維亞大學(xué)也指出，實(shí)際運(yùn)行結(jié)果有可能會與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差較大，具體處理效果取決于膜的種類、污水組分與操作工況。分散式污水處理的可持續(xù)性分析所謂 “最合適的技術(shù)”包括經(jīng)濟(jì)最優(yōu)、環(huán)境友好、技術(shù)穩(wěn)定、公眾認(rèn)可等特性。設(shè)計(jì) “可持續(xù)性技術(shù)”需要從以下維度綜合考慮：（ 1）健康與衛(wèi)生：將可能影響公共衛(wèi)生的病原體和有害物質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)降至最低;（2）能源與資源：考慮建設(shè)和運(yùn)行所消耗的能源和資源，以及能回收利用的資源（例如將水、營養(yǎng)物返還農(nóng)業(yè)），同時(shí)綜合考慮再生資源（例如沼氣）；圖肯尼亞的一座分散式污水處理系統(tǒng)的沼氣池（3）技術(shù)：最大程度地發(fā)揮技術(shù)功能

8、，確保整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)建、運(yùn)行和監(jiān)控。同時(shí)，要考慮技術(shù)應(yīng)對電力供應(yīng)、水資源短缺、洪澇等緊急事件時(shí)的穩(wěn)健性和盲點(diǎn)，以及技術(shù)對于現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施或社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的靈活性與適應(yīng)性；（4）經(jīng)濟(jì)：家庭以及社區(qū)的經(jīng)濟(jì)承受能力，包括建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)和必要的投資成本；5）社會文化和制度：社會接受度、便利性、合法合規(guī)。分散式污水處理系統(tǒng)滿足以上全部維度要求，除此之外，還有占地緊湊、運(yùn)行靈 活等。所以，分散性污水處理技術(shù)屬于可持續(xù)性技術(shù)，實(shí)際工程中具體工藝的選 擇需要綜合考當(dāng)?shù)氐臍夂?、地域、污水水質(zhì)、當(dāng)?shù)厮Y源與回用需求等特性。集中式系統(tǒng)與分散式系統(tǒng)的對比與討論投資成本集中式污水處理系統(tǒng)的投資成本顯著高于分散式系統(tǒng)。集中式

9、系統(tǒng)需要建設(shè)大規(guī)模的污水收集管網(wǎng)，其投資成本占據(jù)了總成本的8090%。而管網(wǎng)的平均使用壽命為 5060 年，到期更換、日常維護(hù)費(fèi)用都將增加投資成本。運(yùn)行成本集中式污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要考慮峰值流量，會導(dǎo)致增加系統(tǒng)容量，降低處理 效率；重力管網(wǎng)輸送過程中有可能因?yàn)榈叵滤肭衷斐蓮U水稀釋，增加處理費(fèi)用 和能耗；長距離輸水導(dǎo)致泵站需求量更大，能耗更高，這三點(diǎn)直接導(dǎo)致運(yùn)營成本 的增加。水質(zhì)安全集中式污水處理系統(tǒng)集中排放水量較大，可能引起受納水域的富營養(yǎng)化。而分散式系統(tǒng)由于排水量小，將降低富營養(yǎng)化概率。監(jiān)測與管理遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展大大助力分散式系統(tǒng)的監(jiān)測，使用遠(yuǎn)程控制設(shè)備，可以輕松實(shí)現(xiàn)運(yùn)行維護(hù)，無需大量

10、駐場人員。在管理方面，與集中式系統(tǒng)的管理“不可見性 ”不同，分散式系統(tǒng)的管理更需要聯(lián)合當(dāng)?shù)鼐用竦牧α?，公眾參與度的提升將有可能進(jìn)一步提高群眾的節(jié)水和環(huán)保意識。發(fā)展角度相較于集中式系統(tǒng)，分散式系統(tǒng)更適應(yīng)發(fā)展中國家農(nóng)村和社區(qū)的發(fā)展變化，以及人口增長。分散式系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施投資可以逐步進(jìn)行，無需一次到位。實(shí)現(xiàn)源分離分散式系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)污水源分離，而集中式系統(tǒng)很難做到。通過采用新型衛(wèi)生潔具，可以在源頭進(jìn)行生活污水的黑水與灰水分離，這些廢水雖然流量小，但是含有大部分的COD（黑水中300010000 mg/L）和營養(yǎng)物質(zhì)，以及幾乎全部的病原體和微量污染物。就近集中處理，一方面減少了環(huán)境中微量污染物如金屬和其

11、他新興化合物（如藥品和個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品）的分布；另一方面，最大程度提高本地系統(tǒng)的資源回收潛力。圖 挪威 Torvetua生態(tài)村的分散式廢水處理系統(tǒng)，灰水原地處理分散式污水處理系統(tǒng)的應(yīng)用障礙分析如今，在幾個(gè)歐盟國家（德國，荷蘭）的城市已經(jīng)建設(shè)了多個(gè)分散式污水處理系統(tǒng)示范項(xiàng)目，平均服務(wù)人口約為1000 人，都取得了積極的成果。但是，分散式污水處理系統(tǒng)的推廣應(yīng)用依然存在一定的障礙。這些障礙除了土地可用性（主要針對濕地系統(tǒng)）、成本和環(huán)境要求等因素之外，最大的障礙來自人們對新事物的接受程度。通常情況下，改革系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)成本太高、缺乏具體的綜合經(jīng)驗(yàn)、對未知的不確定性，這些都會成為傳統(tǒng)思想中難以辯駁的因素。分散式

12、污水處理系統(tǒng)的倡導(dǎo)者主要是年輕的專業(yè)新秀，他們難以讓決策者和傳統(tǒng)的污水處理專業(yè)人員接受這些新概念。事實(shí)上，分散式污水處理系統(tǒng)在發(fā)展中國家的接受程度要高于發(fā)達(dá)國家，因?yàn)榘l(fā)展中國家較少存在預(yù)先技術(shù)的障礙，而發(fā)達(dá)國家的技術(shù)模式往往青睞于傳統(tǒng)的集中式污水處理系統(tǒng)。但實(shí)際上，隨著大多數(shù)發(fā)達(dá)國家的城市水資源基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)壽命逐漸接近上限，甚至已超上限（通常為50-60 年），在未來十年中，大批的水資源基礎(chǔ)設(shè)施將面臨修復(fù)與翻新，而若能趁此機(jī)會將污水系統(tǒng)改造為分散式污水處理系統(tǒng)，將是一個(gè)適用于未來發(fā)展的長期解決方案。結(jié)論分散式污水處理技術(shù)由于其原位處理和便于資源回收利用而具有可持續(xù)性，這個(gè)特性在未來將會愈發(fā)顯

13、著。集中式污水處理系統(tǒng)雖然目前可以滿足人口稠密地區(qū)的需求，但并不普適于未來發(fā)展。從發(fā)展趨勢來看，“未來城市 ”的新觀念很有可能將會明顯側(cè)重于分散式。從技術(shù)研發(fā)的角度，分散式污水處理系統(tǒng)已被充分認(rèn)知，但技術(shù)到工程應(yīng)用的轉(zhuǎn)移還略顯薄弱，管理者的“守舊心態(tài) ”成了新技術(shù)的推廣應(yīng)用的主要障礙之一。而實(shí)際上對于決策者而言，選擇分散式污水處理系統(tǒng)是一次變革傳統(tǒng)的機(jī)會。借此機(jī)會，將陳舊的用水設(shè)施替換為可進(jìn)行污水源分離的新型設(shè)施。對于污水收集設(shè)施已經(jīng)急需更替或者重建的區(qū)域，將分散式污水處理系統(tǒng)納入備選范圍，這是改變傳統(tǒng)污水處理模式的良好契機(jī)。但是，這并不意味著集中式污水處理系統(tǒng)完全無用。發(fā)達(dá)國家高度人口稠密的地區(qū)一直以來由集中式污水處理廠提供服務(wù)，并隨著城鎮(zhèn)化發(fā)展不斷擴(kuò)容管網(wǎng)系統(tǒng)。在這些情況下，分散式系統(tǒng)并不是一種立即合適和可行的替代方案，折中的辦法是集中和分散二者共存，對諸如住宅、商業(yè)綜合體、醫(yī)院，可以應(yīng)用分散式系統(tǒng)，更易于處理后就近回用。參考資料A. G. Ca