摘要：介紹了2005年5月在西安召開的“未來城市污水系統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 )技術發展的必要性、經濟優勢、技術優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了可持續發展環境保護的概念，是未來污水處理發展的重要方向。
關鍵詞：分散式污水處理與再利用; 生態廁所; 膜生物反應器; 復合厭氧技術
2005年5月，國際水協會(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在西安聯合組織召開了“未來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、新技術和新設備，污水生物處理技術及其發展，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,勝、風險評價、經濟和政策分析，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。會議集中報道了現階段DESAR的最新應用技術。
1.1 生態廁所
作為會議議題之一的生態廁所(Bio-toilet)是日本科學技術振興機構(Japan Science and Technology Agency, JSTA)的多學科發展項目— 可持續發展城市衛生系統及其在亞洲國家應用的重要組成部分。目前生態廁所在日本部分城市已經進人實用階段，在我國的江蘇一些地區已進行了試用。
生態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，在反應箱內進行人工強化堆肥處理。生態廁所通過控制溫度、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，并評價了其經濟實用性。通過試用證明，SDT在三周內達到穩定運行狀態，對有機物的降解率為97.85%。可節約水量為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保護角度來說，具有很大優勢。
K.Ushijima等對SeiwaD enk。公司的KBT-10型商品化生態鋸末廁所(SawdustT oilet,SD T)進行了9個月的試驗，結果表明，SDT在控制氣味、運行穩定性、實用性等方面具有優良的性能，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等對生態廁所的衛生健康安全性進行了評價，試驗證明，生態廁所內的細菌滅活率與反應器內的溫度和濕度相關(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廁所正常運轉的因素，并根據三者的影響將生態廁所的運行工況分為三個區域: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，會產生異味并可能對人體健康產生危害。
Ryusei Ito等通過對生態廁所內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、循環空氣的水蒸氣分壓有關，控制適當的水蒸氣壓和通風量是生態廁所穩定運行的重要保證，為生態廁所的設計提供了依據。
Sheng等結合我國東北地區的特點，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。結果表明，麥秸能夠完全代替鋸末作為生態廁所的基質，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，穩定后的麥秸一糞便混合物中氮、磷和其他有機物質的含量較高，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。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(two-stage anaerobic bio-filter soil trench system)進行了生產性研究，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的經濟性評價
2.1 DESAR的投資效益分析
據統計，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的新建社區采用各種DESAR處理工藝。DESAR的優勢不僅體現在可減少龐大的市政管網建設維護費用，還在于可大幅度降低向環境中排放的污染物總量。Marr和Steinle曾對德國Ceiselhoring鎮的DESAR系統進行了經濟性分析，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，與集中式相比優勢并不明顯。隨著DESAR產品市場的不斷成熟，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經營和管理方面已經有很成熟的經驗，我國在這方面可以借鑒。
為了估算DESAR的長期效益，Huang等采用系統動力學的方法(SD)建立了DESAR的系統動力學模型，并在我國西安市某居住小區進行了應用
研究，分析表明，在不影響居民生活用水水平的前提下，DESAR技術可以節省25%左右的優質水用量。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，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，減少優質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濟性不同，生物轉盤(RBC)和浸沒式生物膜技術是DESAR中較常用的兩種工藝，Feng等對它們的建設和運行費用進行了對比，與RBC相比，采用淹沒式生物膜技術更具經濟性，設備運行費用隨著處理規模的擴大而降低，當處理規模>300m3/d時運行費用<1.6元/m3，處理規模>500m3/d時運行費用<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展前景，會議提出了以下的發展動向:作為倡導DESAR應用的重要技術，生態廁所使糞便等污染物達到零排放，已經進人實用階段并在多個國家推廣，系統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，開發更為合理、穩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。作者: 王捷 張宏偉 賈輝 果心國 來源：谷騰水網
