源分离技术的国内外研发进展及应用现状

述评与讨论

源分离技术的国内外研发进展及应用现状

郝晓地, 衣兰凯, 仇付国

(北京建筑工程学院可持续环境生物技术研发中心,北京100044)

摘 要: 污水末端处理的最大缺陷是以大量清洁水稀释人粪、尿等排泄物,并经管道收集、输送后进行集中处理。现代生活中卫生而不生态的水冲便器不仅浪费和污染大量水资源,而且也彻底阻断了营养物质回归土地的生态之路。因此,污水末端处理方式日益受到质疑。粪便与尿液从源头分离可从根本上改变末端处理的弊端,原生态的生活习惯可通过粪、尿液分离便器达到既生态又卫生的目的。从尿液源分离概念及优越性入手,首先概述了包括生态卫生(ECOSAN )在内的源分离技术最新研究进展。其次,总结并讨论了源分离技术在国内外的工程应用实例。最后,对源分离技术的未来发展进行了展望。

关键词: 源分离; 末端处理; 生态卫生; 粪/尿分离便器; 灰水; 黄水; 棕水; 黑水

中图分类号:X703 文献标识码:B 文章编号:1000-4602(2010)12-0001-07

G lobal R &D Progress and Applied Situation of Source Separation

T echni ques

HAO X i ao -di , Y I Lan -kai , Q I U Fu -guo

(R &D Centre for Sustainable Environm entalB iotechnolo gy ,Beijing Un i v ersit y of C ivil

Engineering and Architecture ,B eijing 100044,China )

Abstract : One of dra w backs of end -o-f pipe techno logy is t h at a large quantity of c l e an w ater is consu m ed for toilet fl u sh,and the se w age is centrall y treated after being co llected and transpo rted by pipeline .The fl u sh to ilet that is san itary but no t eco log ica l in the m odern life w astes and po ll u tes a lar ge quantity o fw ater resource as w ell as de tains nutrients back to far m lands .For th is reason ,the end -o-f pipe techno l o gy is i n creasi n g ly doub ted .Separation o f feces and urine at source can effectively i m prove the dra w back ,w hich can be realized by uri n e separati o n to ilet such as uri n e d i v ersi o n dehydrati o n to ilet (UDDT).B ased on such a concep,t so m e recent progresses on source separati o n techn i q ues i n cluding ecolog i c al san itati o n (EcoSan)are summ arized .N ex,t so m e g lobal app li e d cases are i n troduced.F i n a-l l y ,the future of source separation techn i q ues is prospected .

K ey w ords : source separati o n ; end -o-f pipe technology ; eco log ical san itati o n (EcoSan); u -rine d i v ersi o n dehydration to ilet (UDDT); grey w ater ; ye ll o w w ater ; bro w n w ater ; b lack w ater

基金项目:国家/十一五0科技支撑计划项目(2006B A 01B03-02); 北京市属高等学校人才强教深化计划)))高层次

人才资助项目(PHR 20100508); 北京市教委科技计划面上项目(KM 200810016006)

第26卷 第12期2010年6月 中国给水排水C H INA W ATER &W A S TE W ATER

V o.l 26N o .12

Jun .2010

1源分离技术背景

19世纪末大部分工业国家出现了集中式供排水系统,水冲厕所(便器)应运而生。为解决城市污水集中排放污染水体的问题,将污水通过排水管道收集后输送到污水处理厂集中处理后再排放的/末端0处理技术(/End o f p i p e0techno logy)开始涌现。

上百年的末端处理技术(亦称/集中式0处理技术)虽然极大地改善了城市居民卫生状况以及城市水环境质量,但这种方式不仅消耗大量的水资源,同时也完全阻断了粪便、尿液中营养物质回归土地的生态之路!在当今社会普遍倡导可持续发展的形势下,污水末端处理方式日益受到人们的质疑。在此情况下,基于粪便、尿液/源分离0概念的/生态卫生/排水(ECOSAN)0技术近年来在国际上开始受捧,并在包括我国在内的许多国家开始实践。

源分离概念中保留了现代便器的基本雏形,只是通过简单功能设计,将粪便与尿液分别收集、输送、处置、利用,使之不再与其他污水混合。被单独收集的粪便、尿液可就近处理后返回土地,被农作物作为养分而利用。由于粪便、尿液与其他污水的隔离而使得污水受污染程度大为减轻,使之适合于简单处理而回用。其结果是,一种既生态又卫生的全新生态排水系统因此诞生!

当前,发展中国家90%的含人粪、尿污水未经任何处理就直接排放水体[1];与此同时,全球大约有26亿人没有足够的卫生排泄条件[2]。可见,污水处理与卫生排泄问题仍然任重而道远,特别是在包括中国在内的广大发展中国家!其实,人粪、尿液作为农家肥返田的生活、生产方式在我国已盛行了几千年。在这种原生态文明习惯中除了散发臭味、传播疾病等缺憾外,主流做法不但生态而且很少污染水体。因此,建立在这种原生态文明习惯上的卫生问题才是当今农村乃至乡镇污水处理的主攻目标。在此情形下,生态卫生/排水模式显然十分接近我们业已形成的良好习惯以及希望达到的卫生目标。为此,从粪便、尿液源分离概念及优越性入手,介绍源分离技术研发与应用现状,展望源分离技术未来的发展方向。

2源分离及其优越性

211源分离概念

按污水来源与水质分类,生活污水可以被细分为:¹灰水,包括厨房和洗浴排水;º黑水,指传统便器排水,即粪便、尿液及冲厕混合水;»黄水,指尿液;¼棕水,指粪便及少量冲便水[3]。

源分离概念是指从源头)))便器入手,将粪便、尿液单独收集、输送、处置、利用,不再将其与其他污水混合。这样,不仅粪便(棕水)、尿液(黄水)中的营养物质甚至是生物质能都可以就近循环利用,而且剩余灰水因被污染程度低而容易通过自然处理方式得到就近循环利用。可见,通过源分离几乎可以实现生活污水的/零0排放,并能建立水、营养物与能量的闭合循环。

源分离可以从根本上消除污水末端处理靠自来水稀释、输送、处理污染物,浪费大量水资源并使所含营养物难以回归土地的不可持续性弊端。

212源分离优越性

与末端处理技术相比,源分离技术具有明显的优越性,主要体现在以下几个方面:

¹改善污水处理厂的营养物去除性能并降低运行能耗

JÊnsson通过ORWARE模拟软件评估了尿液源分离在环境与资源利用方面的作用。分析结果显示,在65%的尿液分离率情况下,污水中的氮、磷负荷可分别降低55%和33%;尿液完全分离后,污水处理厂出水氮浓度可降低80%~85%,磷浓度可降低50%[4]。W ilsenach等人研究了荷兰某污水处理厂源分离与脱氮效果的关系,发现尿液分离后可利用尿液中自身COD进行硝化/反硝化,可去除20% ~30%的尿液总氮;当40%~50%这样的尿液进行源分离后,污水处理厂脱氮效果可明显提高,出水TN从19m g/L降至10m g/L[5]。

º有助于缓解水体富营养化现象

德国O tterpohl等对人体尿液粪便产量和营养物负荷进行了相关调查。结果显示,人均尿液产量约为1.4L/(人#d),占生活污水中氮负荷的87%、磷负荷的50%。人体排便量约为140m L/(人# d),是生活污水氮负荷的10%,磷负荷的30%~ 40%[6]。尽管人均尿液量占其污水排放量的比例不足1%[用水量标准设定为150L/(人#d)],但通过源分离可以大大降低生活污水中氮、磷负荷,有效减少排入水体的营养物,从而缓解水体富营养化压力。

»可实现水、营养物和能量原位闭合循环

源分离技术将氮、磷等营养物有效分离于污水

第26卷第12期中国给水排水