構建高濃黑水生態循環體系的化工技術研究

田相友 肖鋒 宿輝 馬征釗 謝江浩(.中海石油環保服務(天津)有限公司，天津 00450；.安全環保公司，天津 0045；.碧海環保服務公司，天津 00450)

0 引言

隨著我國城市化進程的不斷加快，我國城市污水產生量一直在持續增長，生活污水問題越來越受到人們的關注，導致相關研究人員不得不將水處理技術的研究重點轉變為城市生活污水。據統計，我國黑水每天的排放量達1.44×107t，1t黑水可污染220t清潔水，生活污水有機物中80%～90%的氨、50%～57%的磷來自于黑水[1]，黑水是優質的肥料來源和土壤調節劑，在我國有悠久的利用歷史，現階段對于黑水生態循環的研究進展主要是從分類收集、處理小站、城市綠化等綜合體多維度進行研究，以期實現區域化能源消耗及廢物資源化利用的小生態。

1 黑水處理現狀

1.1 傳統末端集中式處理

隨著環境保護越來越受到重視，人們意識到生活污水完全可以充分資源化利用，對生活污水分類收集、輸送和處理，有助于實現資源化利用[2-3]。黑水污染物濃度高，但營養物具備資源化條件，目前國內處理生活污水的方式為末端集中處理廠。末端集中式處理遠離人們生活區域，投資巨大且保養維護供排水系統和管道系統需要大量的人員和資金。其優勢主要在于環保監督便捷、規模化和易于管理等優勢，但是在管道污水泄漏時，可導致地下水污染。總體上看，傳統末端集中式處理系統具有以下缺點：(1)污水混合形成二次污染，主要含有工廠污水、餐廚、化學品、黑水等混合液；(2)集中處理模式對有害物質和可利用物質全部凈化，營養物質沒有達到綜合利用；(3)集中式水處理綜合利用率低，回用水需要單獨管網回用，建設投資規模較大。

1.2 分散式處理

隨著人們生活水平的快速發展，家用電器等走進百姓家，農村的人均生活污水產生量劇增。然而農村具有人口分散且數量多的特點，在沒有任何收集和處理設施的情況下，使得農村生活污染源成為影響水環境的重要因素[4]。大部分農村的生活污水基本上用于農田灌溉，隨著環保法的逐步落實，農村也不是法外之地。由于農村生活污水的處理起步比較晚，根據農村居住特點，大部分選擇分散式處理。這種模式具有經濟效益高，營養物質可循環利用的特點，但是外排水水質監管難。

2 構建城市污水綠化生態系統

城市化進程的不斷加快和淡水資源匱乏的今天，如何減少飲用水的浪費和資源化將是城市污水處理結構調整的方向。半集中式處理系統首先由德國的學者提出，在中國由同濟大學首先提出[5]。根據同濟大學提出的半集中式處理系統的啟發，建立以住宅區和公園組合的小站生態系統，如圖1所示，在公園建設處理點，通過獨立的管網連接公園處理系統和住宅區。下面，通過城市布局，分析城市污水與生態循環的可行性，主要分析分質排水系統、處理系統建設地點、處理技術、生態循環系統的構建。

2.1 分質排水系統及地點選擇

圖1 小站生態系統

在水資源緊缺的現狀下對污水資源化有很強的基礎，黑水資源化將是未來專家學者研究的重要方向。城市住宅、寫字樓、學校等水源有兩路，一路是自來水，另一路是中水，但是住宅排水統一管道外排。黑水的有機濃度是灰水的2.5～3.5倍，其營養物質氮磷鉀的濃度分別是灰水的9.6和15.7倍[5]，根據數據來看黑水中含有生活污水中絕大部分營養物質可資源化。從小區管道合流到城市下水管網與雨水等集中排放到廠家處理，這樣的收集處理模式不但造成二次污染，還增加大量的處理成本。選擇分質排水系統應優先選擇寫字樓、學校、商場等，因為樓宇方面改造簡單，附近公園可以作為處理小站的建設點。如果是在住宅區域就要改造樓宇下水管道，建立分質獨立管道收集處理，實現污水資源化再利用，這將實現街道綠化土壤、提高處理廠污水處理效率，降低污水二次污染，明顯降低污水處理成本。

小站式分質排水系統需要對樓宇的排水進行改造，首先要建立一條獨立的污水分類收集管道系統用于可以資源化的污水管網，形成一個以公園處理小站為核心的管網小生態循環，處理后的水可以綠化，固廢可以作為有機肥改善公園土質，不僅減輕污水處理廠的負擔，還可以將黑水中的營養物質就近資源化，符合城市的生態循環和可持續發展的原則。

2.2 小站處理系統

微生物法在廢水的應用是近年來廢水處理的主要技術。經過多年發展這種技術成熟有效、經濟可行，與化學或物理方法相比有很大的優勢，在生物處理技術的發展中，已不再局限于厭氧或好氧生物處理方法，而是更多的把厭氧和好氧兩種方式有機地結合起來應用。國外解決城市生活污水問題，采用特殊處理和污水相結合的方法，一般都是建立糞便消納站[5]。我國黑水每天的排放量達1.44×107t，特別是這些年水危機不斷加重，研究學者們提出向半集中化處理方向發展，主要處理技術有：厭氧-好氧技術、一體化流化床生物膜技術。

厭氧-好氧技術主要是去除有機物，氧化徹底，終端產物為CO2、H2O，好氧技術分解有機物的速度比較快，對于建設空間受限的情況下可優選好氧工藝建設小站處理系統。厭氧-好氧技術具有以下優勢：厭氧與好氧工藝組合后好氧工藝有機負荷減小，減少好氧固相的產生量且占地面積小，運行較為穩定，既節約能源又方便工業化生產。

一體化流化床生物膜裝備簡稱IMBBR[5]，該技術裝備主要包括沉淀池、快慮器、污泥資源化、IMBBR等模塊。反應器的技術特點是出水達到城市中水質，固液分離率高 ,出水濁度穩定，動力消耗低等。IMBBR技術工藝流程是：污水源進入沉淀池，沉淀大顆粒固相，再進入固液分離模塊清除固相顆粒，開啟反洗曝氣清洗固液分離模塊，分離后的固相進行壓濾后資源化。液相進入快慮器精細化過濾，液相再經過流化床生物膜處理達標后資源化。

2.3 生態循環系統

伴隨我國現代工業的不斷發展以及人口城市化的全面加速，首先要做的是建設和運營好城市污水處理廠[6]。黑水中含有大量致病菌，如果不經過有效處理，大量致病菌一旦污染水體和土壤就會引起一些疾病，甚至會導致流行病的爆發，這對人類健康將產生巨大威脅[7]。從可持續發展的角度來講，為保障生態環境及人群的安全， 需要將污水的綜合毒性納入排放標準。為此，在工藝的選擇及優化時應將毒性削減效果納入其中，以提高污水處理工藝的生態安全性[8]。污水處理企業想要合理地解決城市污水處理問題，在選擇污水處理技術時必須遵循生態和安全準則。總之，小站生態循環系統將是未來城市生態環境保護的新舉措。

3 結語

綜上所述，黑水含有大量營養物質，可分類收集資源化，學校、寫字樓、酒店等分類收集更有優勢。小站式生態系統的建立將成為未來城市生態環境保護的新舉措，其可降低處理廠的壓力，實現水資源深度綜合利用。厭氧-好氧工藝、IMBBR技術適合小站式生態系統建設。污水分類收集對水資源綜合利用有著非常重要的作用，利用分散式進行小生態水資源綜合利用，可以最大限度的對水資源充分利用，生活污水簡單處理就可以作為綠化和有機肥，不僅可以改善土壤品質還能有效保護環境。