源分離排水的節水與資源回用分析及工程實例

◎ 蘇雁楠　廣州鐵路職業技術學院郭創 中交四航局港灣工程設計院有限公司

源分離排水的節水與資源回用分析及工程實例

◎ 蘇雁楠廣州鐵路職業技術學院
郭創 中交四航局港灣工程設計院有限公司

從污水的成分分析來顯示源分離排水的重要性，通過對不同規模的城區用水量的對比揭示源分離排水節水的顯著性，通過上海崇明示范項目實例來展示源分離排水模式在節水和資源回用及其它方面的一些優越性。人類早期的城市化過程中受當時理念的局限造就了當今全球流行的排水模式：高耗水、大量排污、高能耗、農業營養源永久流失。

源分離排水 節水 資源回用

1.引言

源分離排水的概念是上世紀末歐洲、北美學者，基于人糞尿和生活污水在質和量上的巨大反差以及污水混合排放的弊端相繼較系統地提出的。由于傳統常規排水模式徹底否定了人類生態文明的原理，截斷了營養鹽氮磷鉀等回歸土地的物質循環，源分離排水理念是國際上近十多年來形成的可持續發展的共識。

大型碼頭及堆場污水成分較復雜，含有煤油污水、礦石污水、化學品污水、粉塵污水、生活污水等等中的一種或者幾種，種類多且水量少，這種情況下采用傳統的排水模式，技術不合理，經濟效益低。而源分離排水技術的核心是在盡量少稀釋的情況下單獨收集高濃度不同種類污水，單獨處理，適合在碼頭排水中使用。

2.源分離排水中的污水成分

生活污水的人均排放量約100～200L/人·天，其中人糞尿的量僅約1～2·L，約占總污水量的1～2%，而生活污水中大部分含碳有機物、氮、磷、鉀均來自于人糞尿（見圖1和表1）。

人糞尿既是污水對水環境的最大污染源，又是能量攜帶體，土壤、農業的理想資源。在發達國家，經三級處理后的污水中仍含有20%的氮、5%的磷和90%的鉀，排放后仍有可能引起環境污染；此外，荷爾蒙、藥劑殘渣（如抗生素）的排放也會造成水體污染。所以，將糞尿在盡可能不稀釋的情況下單獨收集，既顯著減少沖廁耗水，又減少需要處理的排水的總量和再生回用水中的有害物質。

人類生產氮肥需要消耗大量能源，磷礦是不可再生的資源，全球磷資源70年后面臨枯竭，而氮、磷均是人糞尿中的主要成分，通過處理均可為人類所用。糞尿分離后的污水污染程度低，有利于深度處理和資源化，而正常人的尿液是沒有致病微生物的，基本上不需要處理，通過尿液分離便器分離后單獨收集的人糞尿來源單一，更容易資源化。

3.不同種類便器和規模城區沖廁用水量對比分析

真空便器與真空排水應用于生活污水源分離，不僅解決了高濃度糞尿的單獨收集，同時還能顯著減少沖廁用水量。以下分別以1000人口當量和5000人口當量的城鎮區域的沖廁耗水與廢水組成進行計算分析。計算中考慮4種情況：（1）傳統便器，沖廁耗水10L；（2）常規的重力流節水便器，大便沖廁耗水6L、小便沖廁耗水3L；（3）真空便器，大便沖廁耗水1.2L、小便沖廁耗水0.6L；（4）糞尿分離真空便器，大便沖廁耗水1.2L、小便沖廁耗水0.1L。假設每人每天5次小便（0.2L/次·人）。比較結果見表2、表3。

在此我們僅考慮沖洗便器的節約用水量，隨著城區規模的擴大和人口增多，用水量越多，節水效果越明顯。根據表2和表3，在采用糞尿分離真空便器的情況下，每天可以節約水量91.4℅。傳統常規水處理工藝將水作為廢棄物的載體，將污染物和營養物先進行稀釋并分離，這樣不僅耗費大量的水源資和能源，而且容易造成面源污染，擠占大量的地下空間。分散的污水源頭分類、資源化和深度處理（出水達到中水、地表景觀水、地表水水質），與城市雨水利用、地表水規劃相結合，可改變昂貴的污水地下輸送方式，補給地下水以及城市污水截流等耗資巨大的局面。

表1　生活污水主要成份分布特征（Otterpohl，2000）

圖1　生活污水組成（單位：每人·每天）

表2　1000人口當量、沖廁耗水及污水計算分析

表3　5000人口當量沖廁耗水及污水計算分析

因此，對于用水量大的城區，采取源分離排水的節水效果更加顯著，但由于城區基本都有完善的排水管網系統，重新建立源分離排水系統管網難度較大。對于城區實現尿液分離，Larsen等建議利用現有污水管網在夜間排水低峰時，將尿液集中排入污水管道并在污水處理廠收集、處理和資源化；對于新城區或鄉村，排水管網不健全，人口密度低，不適宜鋪設大型管道，可利用部分村莊自然土渠推行源分離排水，具有較好的經濟優勢，在生態和物質循環上有較為深遠的意義。

4.工程實例

4.1上海崇明島某碼頭項目概況

上海崇明島某碼頭地處上海長江隧橋崇明登陸口，是崇明作為全國性生態島建設的重點地區與前沿陣地。作為用水排污可持續發展的示范，生態排水理念與技術在這里得到應用。

該項目中采用源分離技術，通過源分離便器并利用負壓排水技術將各排水點的尿液（黃水）和糞便水（褐水）集中收集至尿液儲池和糞便水儲池，后續采用各自適宜的處理利用方式。

4.2節水效果及經濟效益

源分離技術的節水效果和經濟效益主要有以下幾點：（1）沖廁水節省97%；室內用水節省1/3，室外用水節省100%；（2）污水總量減量1/3，分質處理，不含糞尿的灰水低費用處理后成為優質景觀水；（3）減少用水成本、減少廢水費用，節省污水處理投資，將污水處理運行費用降至最低；（4）收集的尿液、糞便有不同的應用模式：尿液經穩定化后用做肥料；糞便經回收沼氣后用作肥料，沼氣作為能源的回收利用。N、P、K營養物質回收利用、實現城鎮與農村之間的良性生態循環；（5）施用優質有機肥，生態農業的產品可以獲得更好的市場回報；（6）糞尿資源化的生態（衛生）排水系統改變了污水含碳物質的氧化過程，通過厭氧發酵、能量回收以及有機肥利用，減少碳排放。該領域已經成為國際碳交易領域一個重要關注點。

另外，水沖式源分離便器與真空排水的結合，更富人性化，在不犧牲人居舒適的同時實現生態與循環，使項目具有可持續性發展。

5.結語

隨著經濟的快速發展，城鄉一體化規模擴大，人均廢水量將顯著增加，廁所入戶和大量用水沖廁所是一個普遍趨勢，建立一個良好的資源回收型的污水排水控制對策，具有緊迫的現實意義和深遠的歷史影響。

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