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

　　隨著城市化進程的加快和對水環(huán)境質(zhì)量要求的提高，城鎮(zhèn)及農(nóng)村生活污水處理受到廣泛關(guān)注。與此同時，隨著科技的發(fā)展和技術(shù)的進步，分散式污水處理設(shè)施實現(xiàn)了裝置化、小型化，已經(jīng)發(fā)展成為成熟的以節(jié)能化、生態(tài)化、景觀化為方向的污水分散處理技術(shù)。

　　雖然目前全球城市化已十分明顯，但仍有近30—35億人口居住在農(nóng)村，這些人中有相當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，則會因為建造污水廠花費的巨大錢財，而讓這些本來就經(jīng)濟欠發(fā)達的地方再次背上債務(wù)負擔(dān)。此時，分散式污水處理系統(tǒng)將是一個更合適的選擇。

　　分散式污水處理系統(tǒng)不僅適用于欠發(fā)達的發(fā)展中國家，在某些情況下，它同樣適用于發(fā)達國家。近年來，發(fā)達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)。

　　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)缺點與適用性，以及如何進行技術(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、環(huán)境、社會等角度對比分析了以上分散式工藝的優(yōu)缺點。

　　新型工藝——生物質(zhì)濃縮反應(yīng)器

　　BCR的結(jié)構(gòu)設(shè)計為一個曝氣反應(yīng)器，反應(yīng)器底部進行微孔曝氣，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)的試驗中，BCR反應(yīng)器采用PorexTM radial filter進行固液分離，孔徑為5—20μm。由于介質(zhì)表面的粗糙度，有可能形成2—3厘米水頭損失。

　　根據(jù)帕維亞大學(xué)的實驗結(jié)果，采用BCR反應(yīng)器，COD去除率為93—97%，脫氮率為75—79%。需要注意的是，實驗流量只有22L/m?d，遠低于最大操作流量(10—50 L/m?d)，因此，實驗期間系統(tǒng)過濾能力基本穩(wěn)定，無需反沖洗的前提下，可以穩(wěn)定運行1年左右。而實際運行條件下，常用膜材質(zhì)的孔徑約為0.1μm，3個月后系統(tǒng)過濾能力降低77%，需要更換膜或者進行再生。帕維亞大學(xué)也指出，實際運行結(jié)果有可能會與實驗結(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)濟最優(yōu)、環(huán)境友好、技術(shù)穩(wěn)定、公眾認可等特性。設(shè)計“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)險降至最低；

　　(2)能源與資源：考慮建設(shè)和運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))，同時綜合考慮再生資源(例如沼氣)；

　　(3)技術(shù)：最大程度地發(fā)揮技術(shù)功能，確保整個系統(tǒng)的構(gòu)建、運行和監(jiān)控。同時，要考慮技術(shù)應(yīng)對電力供應(yīng)、水資源短缺、洪澇等緊急事件時的穩(wěn)健性和盲點，以及技術(shù)對于現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施或社會經(jīng)濟發(fā)展的靈活性與適應(yīng)性；

　　(4)經(jīng)濟：家庭以及社區(qū)的經(jīng)濟承受能力，包括建設(shè)、運行、維護和必要的投資成本；

　　(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)，實際工程中具體工藝的選擇需要綜合考當?shù)氐臍夂颉⒌赜?、污水水質(zhì)、當?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80—90%。而管網(wǎng)的平均使用壽命為50—60年，到期更換、日常維護費用都將增加投資成本。

　　運行成本

　　集中式污水處理系統(tǒng)的設(shè)計需要考慮峰值流量，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為地下水入侵造成廢水稀釋，增加處理費用和能耗；長距離輸水導(dǎo)致泵站需求量更大，能耗更高，這三點直接導(dǎo)致運營成本的增加。

　　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，使用遠程控制設(shè)備，可以輕松實現(xiàn)運行維護，無需大量駐場人員。

　　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?shù)鼐用竦牧α?，公眾參與度的提升將有可能進一步提高群眾的節(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)施投資可以逐步進行，無需一次到位。

　　實現(xiàn)源分離

　　分散式系統(tǒng)可以實現(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3000—10000 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他新興化合物(如藥品和個人護理產(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。

　　分散式污水處理系統(tǒng)的應(yīng)用障礙分析

　　如今，在幾個歐盟國家(德國，荷蘭)的城市已經(jīng)建設(shè)了多個分散式污水處理系統(tǒng)示范項目，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)濟成本太高、缺乏具體的綜合經(jīng)驗、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)達國家，因為發(fā)展中國家較少存在預(yù)先技術(shù)的障礙，而發(fā)達國家的技術(shù)模式往往青睞于傳統(tǒng)的集中式污水處理系統(tǒng)。

　　但實際上，隨著大多數(shù)發(fā)達國家的城市水資源基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計壽命逐漸接近上限，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，而若能趁此機會將污水系統(tǒng)改造為分散式污水處理系統(tǒng)，將是一個適用于未來發(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，這個特性在未來將會愈發(fā)顯著。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)的機會。借此機會，將陳舊的用水設(shè)施替換為可進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。

　　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。