黑水无害化及资源化处理技术进展

左斯琪，李子富

（北京科技大学能源与环境工程学院，北京 100083）

1 引言

黑水指包括人类粪便、尿液和冲洗水的厕所污水［1］。黑水中富含大量有机污染物、病原菌以及氮磷元素，未经处理的黑水直接排放将导致土壤和水源受到污染，从而进一步影响食物及饮用水安全，引发腹泻、霍乱等肠道疾病，造成每年150 万未满5 岁的儿童丧生［2］。人均1 a 排泄的粪便总量为25～50 kg，平均含有550 g 氮、180 g 磷和370g 钾；1 个成年人每年可产生400L 尿液，其中含有约4 000 g 氮、400 g 磷和900 g 钾［3］。生活污水中80%～90%的氮、50%～57%的磷来自于黑水［4］，如将其排入下水管道，与盥洗污水和雨水等稀释后进入污水处理厂进行有机物、氮、磷等污染物处理，将消耗大量资源［5-6］。因此，依照生态卫生理念中的“闭环理论”，黑水应当与厨房浴室盥洗污水、雨水等其他生活污水分离、单独收集并处理，以减少污水处理过程中的能源消耗并回收黑水中的可再生资源。

荷兰已研发并投入使用了一些源分离生态卫生系统，社区居民产生的黑水通过真空收集和运输，进行厌氧处理。在32 户的规模上每日回收得到7.6 kg 氮元素和0.63 kg 磷元素，分别占理论值的69%和48%［7］，这说明黑水资源回用已被实践证明可行。在推行黑水处理技术的过程中，Poortvliet 等［8］对黑水源分离处理及回用进行了民众接受度调查，研究发现各个国家大部分受访者持认可态度。随着人们对黑水处理技术的不断探索，黑水处理工艺日渐成熟，也更加丰富多样。本研究通过文献检索回顾和总结了近年来国际上关于黑水综合处理技术的进展与概况。

2 黑水处理技术

2.1 黑水生物处理

2.1.1 好氧生物处理技术

黑水生物处理技术可按照微生物对氧气需求分为好氧技术和厌氧技术。好氧技术能够去除黑水中90%以上的有机物，工艺运行过程中基本无臭味产生，氧化比较彻底，终产物为CO2和H2O，且由于好氧微生物分解有机物的速度远高于厌氧微生物，因此可大幅缩减反应器容积［9-14］。但缺点是黑水的有机物浓度较高，实际运行过程中，好氧分解对氧气需求量大［15］，因此能量消耗较大。此外，处理过程中仍有大量的氨挥发损失。

1） 好氧堆肥工艺。

处理黑水可利用好氧微生物，将黑水中有机物转化为稳定的腐殖质。由于其建设成本低廉，生产周期较短，且可产出生物有机肥料进行农业回用，已被广泛应用于世界各地［16-18］。在堆肥过程中，堆肥温度一般在55～65 ℃，有时高达80 ℃。根据GB 7959—2012 粪便无害化卫生要求，好氧堆肥的无害化卫生要求：人工堆肥50 ℃以上至少持续10 d 或60 ℃以上至少持续5 d，机械堆肥50℃以上至少持续2 d；蛔虫卵死亡率95%以上；检出粪大肠菌群的样本量高于10-2g（或mL）［19］。好氧高温堆肥工艺通常由预处理、一次发酵、二次发酵、污水处理、臭气处理及固态肥加工与贮存等工段组成，主要产品为固态肥［20］。其中一次发酵堆肥温度范围一般控制在55～60 ℃，通风量需满足微生物氧气需求并根据堆肥温度进行调节，单位体积堆料强制通风经验数据为0.05～0.20 m3/min，堆肥周期为5～12 d［21］。好氧菌的适应性较强，使得好氧生物处理中的消毒步骤可以与堆肥同时进行，常用的灭菌方法有热灭活，即利用堆肥过程产热，并外加保温层，使得反应器中温度高于65 ℃［22-24］。Mahmood 等［25］在蒙古乌兰巴托市郊的餐厨垃圾与黑水共发酵试验发现，当加入餐厨垃圾共发酵并采用保温技术后，堆肥温度最高可达70 ℃，且能够在8 d 内保持温度高于65 ℃，能够满足世界卫生组织提出的标准（50 ℃，≥7 d）。另外，也可添加3%的石灰或铵盐进行病原菌灭活，Vinner覽s［23］发现黑水高温堆肥可以确保减少5 log10的病原体，添加3%氨氮可在1 h 内将pH 提高至9 以上，并导致细菌指示菌（沙门氏菌和粪大肠菌群） 大量减少。

2） 膜生物反应器（MBR） 技术。

目前，随着污染物排放标准的不断提高，MBR 技术受到更多的关注。该工艺将膜过滤与生物处理相结合，若仅考虑黑水中污染物处理，则与传统好氧污泥生物处理工艺相比，MBR 的优势在于占地面积小和污泥产生量少。淹没式MBR 设备由于在单个过滤阶段就可以实现传统的多阶段过程（沉降、生物处理以及后续消毒过程），其占地面积仅占传统好氧污泥处理工艺所占土地面积的50%，而污泥的产生量也减少了50%。污泥处置量的减少又将进一步降低总体运营成本，因此MBR 工艺具有显著的经济效益［12］。研究发现在水力停留时间为8～15 h 和污泥停留时间非常长的情况下，TCOD 和SS 的去除率分别达到96%和100%，TN 的平均去除率也可达到83%［26］。但由于黑水中污染物的复杂性，膜结垢成为了MBR 技术的主要问题［27］。Khan 等［28］研究了实验室规模的MBR 在0.15、0.30 kg/（m3·d） 的氮负荷率（NLR）条件下处理高浓度生活污水的性能。在两种条件下，有机负荷率（OLR） 均恒定为3 kg/（m3·d），COD的去除率均高于95.0%，在0.15 kg/（m3·d）氮负荷率条件下，氨氮、总氮和总磷的去除率分别为90.5%、74.0%、38.0%，均高于0.30 kg/（m3·d）条件下的3种指标去除率（89.3%、35.0%、14.0%）。随着氮负荷率的增加，膜纤维上的滤饼层孔隙率降低，污水过膜阻力升高，过滤时间延长。为解决膜污染问题，Mitra 等［29］研发出了一种新型曝气喷射器，该设备可提高MBR 反应器内曝气流量。试验证明，与传统扩散器相比，喷射器使得污水中的氧气传输速率更高，MBR 反应器槽内的湍流速率也较高，因此能够减轻膜污染。与此同时，发现装有喷射器的MBR 反应器去除有机物效率更高。

黑水好氧处理技术最大的优势在于处理周期较短，且有机物降解彻底，好氧堆肥周期为5～7 d，当采用好氧MBR 反应器时，黑水在好氧反应器内的水力停留时间仅需8～15 h。在实际工程应用中，更短的运行周期有利于减少反应器建筑容积，可大幅降低黑水处理装置占地面积及建设成本，但好氧技术由于需要曝气，能耗较高，未来可通过优化曝气工艺来减少反应器能耗需求。

2.1.2 厌氧生物处理技术

厌氧生物处理技术逐渐成为黑水处理主流技术之一，主要通过在无氧或缺氧条件下，厌氧微生物将黑水中有机物转化为CH4和CO2，从而获得沼气及肥料等高附加值产物。厌氧消化过程的主要影响因素如下［30-31］：①pH，对于产甲烷菌来说，最适宜的pH 范围是6.8～7.2，其中，污水中的碱度具有缓冲作用，可以在一定范围内中和酸化过程中产生的有机酸，使污水pH 维持在6.8 以上，从而使酸化和产甲烷两大菌群共存，提高厌氧反应效率［32］；②温度，最常采用的有中温消化（35～38 ℃） 和高温消化（52～55 ℃），但这两种消化温度均需加热，能耗较高，近年来人们开始关注常温（20～30 ℃） 以及低温（20 ℃以下） 条件下进行厌氧生物消化的研究；③污泥泥龄，产甲烷菌的增殖速率比较慢，因此厌氧消化过程运行所需污泥泥龄较长，而厌氧MBR 工艺则可以使得污泥泥龄趋于无限长；④搅拌和混合，由于厌氧消化是由生物酶与底物接触作用的反应，因此需要一定的搅拌过程使其充分混合，提高反应速率，但过度的搅拌会对这种产酸菌和产甲烷菌的共生关系造成破坏，从而抑制厌氧消化过程；⑤营养与C/N，与好氧过程相比，厌氧消化对于污水中的氮、磷需求较低，底物C/N 为（10～20）∶1，较适宜厌氧微生物生长；若C/N 过高，细胞内的氮不足，会降低消化液的缓冲能力，造成pH 降低；若C/N 过低，会造成pH 上升，对厌氧过程造成破坏；⑥有毒物质，如H2S、重金属离子以及氨氮等，需关注以上有毒有害物质在厌氧消化反应器内的出现与积累。

1） 厌氧技术反应器类型。

在实际应用中，农村、山区等人口稀疏地区，下水管网建设成本高昂，更加适合采用分散式污水处理系统，而户用沼气池由于其基础建设成本低、管理维护简单、节约能源的优点，在世界各地得到了广泛的应用［33-37］。在中国、印度等地，户用化粪池应用有着悠久的历史，但由于只能完成可沉降有机物的分离，仅能去除黑水中30%～40%的有机负荷，农户将沼液用于施肥灌溉或将沼液排入地表水时仍存在环境污染隐患及人类健康威胁［38］。

在此基础上，研究人员研发了上流式厌氧反应器（UASB）、连续流搅拌反应器（CSTR）、厌氧膜生物反应器、分阶段厌氧流化膜生物反应器（SAF-MBR）等一系列厌氧黑水处理系统。Yin 等［39］采用连续搅拌反应器（TPCSTR） 系统对北京科技大学校园内化粪池中黑水进行厌氧消化，并通过加热预处理的方式灭活病原体。结果表明，完全灭活病原体（即大肠菌、沙门氏菌、粪链球菌） 所需时间与黑水中总固体含量（TS） 成正比，TPCSTR 工艺在发酵液TS 为8%，搅拌速度为120 r/min，发酵温度（37±1）℃条件下，黑水的最高沼气产量为453.21 L/（kg·d），污泥停留时间为25 d。

2） 厌氧技术影响因素及优化方案。

厌氧菌对于温度、pH、氨氮浓度敏感性较高，因此在对黑水进行厌氧发酵时，需要重点关注氨抑制的问题，冲洗水体积将显著影响黑水中氨氮浓度，在采用厌氧技术对真空厕所黑水、旱厕黑水进行处理时，黑水氨氮浓度可达到氨抑制水平，降低产甲烷速率及效率。目前可通过向发酵液内投加零价铁粉末［40］、活性炭粉末［41］、产氢型甲烷菌［42］，或增设蒸发池［3］，与餐厨垃圾共消化［43］等方式，提高甲烷菌群整体活性，促进甲烷产生。Xu 等［40］研究发现，低剂量（0.5～1.0 g/L） 的纳米级零价铁可以提高甲烷产量，这可能是由于纳米级零价铁增补系统中氧化还原电位（ORP） 的降低及水解酸化的改善。然而，投加高剂量（10 g/L） 的纳米级零价铁会导致厌氧消化反应器中的pH 升高（＞8.5），使得游离氨对甲烷菌的抑制更加显著，黑水生化甲烷潜力（BMP） 反而降低。Florentino等［41］研究了颗粒活性炭（GAC） 对不同类型便器所得黑水厌氧发酵过程的影响，其中向高浓度黑水（冲洗水体积为1 L） 厌氧发酵液添加33.3 g/L颗粒活性炭后，黑水产甲烷潜力提升最为显著，涨幅达到53.1%。餐厨垃圾作为一种C/N 较高的有机废物，将其与黑水共消化可以调节发酵底物的C/N，使得混合底物的C/N 达到厌氧发酵的最佳比值。Zhang 等［43］将黑水与餐厨垃圾混合发酵，当黑水与餐厨垃圾挥发性固体（VS） 比值为1∶2和1∶3 的情况下，发酵底物的VS 去除效率分别为85%±7%和83%±6%，而黑水单独厌氧处理的VS去除率仅为34%±1%，黑水单独厌氧处理平均产甲烷潜力为（449±32） mL/g，而加入餐厨垃圾VS 比为1 ∶2 和1 ∶3 后，底物产甲烷潜力增加至（680±58） mL/g 和（630±52） mL/g，在黑水/餐厨垃圾VS 比为1∶2 的条件下，氢营养型产甲烷菌为优势甲烷菌群。

除传统厌氧消化技术外，也有学者认为可将厌氧氨氧化技术应用于黑水处理。Zhou 等［44］在固定膜连续流反应器（IFAS-CFR） 中，通过亚硝化-反硝化/厌氧氨氧化两步法处理高浓度黑水。该系统对黑水中NH4+-N、NO2-N、总氮（TN） 和COD去除率分别为80%、82%、76%和78%。厌氧氨氧化和反硝化步骤分别占总氮去除量的44%～48%和52%～56%。该技术能够有效去除黑水中大部分有机物及氮磷，但其缺点在于厌氧氨氧化菌培养难度大，系统运营维护成本高，管理技术要求高，且无法回收黑水中可再生资源，因此实际工程中很少应用该类技术［45-48］。

黑水厌氧处理技术作为发展历史最为悠久的黑水无害化及资源化技术，其优点在于能够回收沼气能源，且可获得高附加值产物有机肥料，相比其他黑水处理技术，厌氧技术对于黑水中碳、氮、磷、钾资源回收率较高，具有很大的发展潜力。但厌氧技术的缺点也非常明显，如运行稳定性较差、有机物降解不够彻底、运行周期长、运行维护过程风险较高等。目前我国黑水厌氧处理技术主要以户用沼气池及粪便消化站的形式推广应用，该技术较适用于农村、山区等难以建设下水管网的地区，能够实现黑水就地无害化及资源化处理。

2.2 黑水物理化学处理技术

相较于生物处理技术，物化技术稳定性更高，工艺调试周期短，处理效果不易受到温度等外界环境因素影响。电化学技术可在实现脱氮除磷，降解有机物的同时，通过电解产生的氯气对黑水进行消毒，具有占地面积小、运行周期短、处理效率高、出水品质好的优势［49-52］。

2.2.1 电化学技术

杜克大学研究团队已研发了一套基于电化学技术的黑水就地处理系统，处理后的液体可作为冲洗水重复使用，因此整套系统无需外接上下水管网，系统运行时可通过减少电解池中污水COD和总悬浮固体（TSS） 含量，以提高电化学氧化过程效率［53］。该系统于南非德班某公共厕所进行实地测试，运行8 个月，黑水处理工艺由固液分离、二次沉降、活性炭过滤以及电化学处理4 个步骤组成，研究结果表明该系统能够持续灭活病原体（大肠杆菌和大肠菌群），并降低废水COD 和TSS含量，两者去除率分别可达85%及65%，该系统对黑水浊度降低效果最为显著，处理后，黑水浊度下降了97%，出水符合ISO 30500 B 类标准［54］。

但在实际应用中，电化学技术仍存在电极结垢或腐蚀的问题。混合金属氧化物电极在氧化电势下是有效的电解氯生成器，但这些材料的电化学性质，如电活性特征和低水电解过电位，会导致电解氧化时库仑效率降低。针对该问题，Thostenson 等［55］提出采用掺硼金刚石材料氧化电极对黑水进行电化学处理，这种材料具有电极电活性低、溶剂适应范围广、机械稳定性强、耐腐蚀性强的特点。结果表明，与静态氧化还原方法相比，动态电化学技术可将黑水的消毒能量效率提高24%～124%，这是由于电化学处理过程引起的高级氧化过程（EAOP） 和sp2-表面键合的碳官能团的再生作用，它们既可起到催化剂的作用，又起到氧化剂中间体的吸附剂的作用，且通过电位循环法可将电极结垢降至最低。Welling 等［56］在印度哥印拜陀某住宅厕所区展开了为期10 个月的黑水电化学处理系统测试。系统处理后出水澄清无色，且水质可达到非下水道卫生系统的当地和国际排放标准。

2.2.2 微波技术

除电化学技术外，微波技术也可用于黑水处理。实验室规模的微波装置用于处理新鲜黑水污泥时，对污泥以不同的功率水平和暴露时间进行微波处理。试验结果显示，该技术可将污泥量减少70%以上，出水大肠杆菌指标的浓度也降低到分析检测水平以下，且该技术操作简单，运行稳定，但能耗较高，可用于紧急情况下对大量密集厕所系统进行处置［57］。此外，热解工艺可利用黑水中固体制备生物炭，其可用作土壤添加剂以提高土壤肥力。Liu 等［58］通过研究发现，黑水热解制备生物炭的最佳温度范围为500～600 ℃，当黑水含水率低于57%时，该系统能够在制备生物炭的同时输出能量，可以为附近的用户提供热源。孙金风等［59］对水热碳化技术用于厕所黑水源分离处理进行了研究，提出了一种基于水热碳化的厕所黑水处理系统。水热反应为自压反应，在反应时会产生高压，反应完成后反应釜打开，此时会破坏高压状态，使得反应釜内的水发生剧烈沸腾产生大量水蒸气并携带大量气化潜热。气体排出后，剩余反应产物主要为水热碳和水的混合物。在200、210、220、230、240 ℃，20、30 min 反应停留时长下设置试验，分析对比了反应产物的真空抽滤时长和滤渣含水率。结果表明：在200 ℃、20 min，200 ℃、30 min 和210 ℃、20 min 3 组反应条件下抽滤时长大于3 min，其余反应条件下均小于1 min，随着反应温度的升高滤渣的含水率逐渐下降。以200 人/d 的处理量对系统的成本和能耗进行了估算，系统成本和人均处理费用分别为10.3万元和0.08 元。可对黑水水热反应所产固体进行资源化利用，如用作土壤改良剂或作为燃料补充。

黑水物化处理技术的优势在于运行稳定性高。生物处理技术处理效果易受到环境变化的影响，如温度和pH 变化，但物化处理反应器常采用电解、热解等方式处理黑水，不易受到外界影响，因此在实际工程应用中处理效果更为可靠。但物化处理技术同样存在耗能高，易产生二次污染的问题，且通常需要另加后续处理单元来达到无害化处理的目标，导致反应器建设成本及运行维护费用也相对较高。

2.3 黑水综合处理技术

近年来，由于对模块化、一体化黑水处理装置的需求不断增加，包含多种生物、物化处理单元的黑水综合处理技术迅速发展。

2.3.1 综合处理技术类型

张文兵［60］以某高铁动车段高浓度粪便污水为设计对象，处理规模为610 m3/d，进水水质COD为3 300 mg/L，氨氮为1 500 mg/L。采用厌氧氨氧化-MBR 处理的主体工艺，主要包括调节池、IC 反应器、高负荷曝气池、一沉池、厌氧氨氧化反应器和MBR 反应器，出水水质能够达到GB 8978—1996 污水综合排放标准中的二级标准。刘洪波等［61］设计了1 套耦合微生物电化学技术的黑水处理系统，能够实现黑水的同步脱氮除碳过程，在实验室规模上考察了厌氧折流板反应器（ABR）、微生物燃料电池（MFC） 以及微生物电解池（MEC）等3 个反应器的独立启动过程以及耦合（AMM） 反应器的同步脱氮除碳效果。采用间歇增加COD 的方式ABR 反应器能快速启动，COD 去除率可达81.2%，对氨氮的最大去除率能达到50.0%。在启动过程中，双室型MFC 阴极充入氧气可很大程度上提高输出电压。维持曝气量为500 mL/min 时，对COD 和氨氮的去除率可分别达到90.0% 和95.6%。MEC 启动结果表明，随着外加电压的增大，对氨氮的去除效果逐渐提高，耦合3 种反应器的AMM 反应器处理效果均优于3 个独立系统，出水COD 和氨氮浓度可分别维持在50、28 mg/L以下。朱格仙等［62］为榆林市粪便处理厂设计了1套“预处理+深度处理”的黑水处理工艺：粪便首先经过预处理，去除固渣、沙子及粪渣等固态悬浮物，预处理后出水进入到生化处理单元，生化处理单元采用了生化（RBS） 与膜处理（TMBR）相结合的处理技术。生化处理技术具有操作简单、稳定、投资费用小的优点；缺点是占地面积相对较大。RBS 技术有效克服了粪便废水处理中高氨氮对生化的影响，配合TMBR 技术的应用使处理出水氨氮和悬浮物浓度达到GB 8978—1996 要求，但该工艺处理出水的COD 含量仍在200～800 mg/L，色度在100 左右，不能达到一级排放标准，因此，后续处理设计采用HTRO 反渗透膜处理技术进行浓缩过滤。预处理单元中得到的粪渣、生物处理单元中得到的污泥以及反渗透单元中所产浓缩液均可作为有机肥料回收再利用。

2.3.2 综合处理技术优势

随着国内外污水排放标准的逐渐提高，未来黑水综合处理技术将逐渐成为主流应用技术。单一黑水处理技术或黑水资源化处理技术通常存在降解不够彻底，出水污染物浓度无法达标排放的问题，而黑水综合处理技术可以通过多种技术的耦合，针对工程应用场景、黑水性质特性等作出对应设计，结合多种技术的优势，达到最佳处理效果。

3 黑水无害化和资源化应用实例

欧洲各国最早开始尝试将黑水单独收集并采用分散式污水处理工艺进行处理。好氧技术中，堆肥工艺试点项目较多，如斯洛文尼亚自然公园采用了一种蒸发-堆肥-再循环的零排放生态卫生厕所，该系统能够在水资源与能源消耗极低的条件下运行，且维护成本低。从真空厕所中收集的黑水经过滤器（PFs） 固液分离，液体部分在生物过滤器（BF） 中进行处理，最后由太阳能驱动的蒸发器（EM） 中蒸发，固体部分进入好氧堆肥单元降解大颗粒有机物。过滤器能够滤除黑水中96.5%以上直径超过1 mm 的颗粒物。系统运行100 d 后，通过硝化作用减少的氨可达55.8%，堆肥所得肥料保留了黑水中21.2%的总磷，蒸发器中还保留了5%的总磷。蒸发所用温度高于60 ℃，以防止病原体释放到环境中。该系统每日总耗电量为5.1 kWh，但以回收所得水资源及肥料计算所得日产能可达9.1 kWh，成功地集成了在处理黑水的同时回收营养物和去除病原体［63］。

近年来黑水厌氧处理技术的应用案例也越来越多，Sharma 等［64］将UASB 反应器应用于印度某校园的内源分离厕所黑水的厌氧消化，该系统对黑水中COD 去除率可达72.6%，但对黑水中氨氮去除率较低，仅为23.9%，因此黑水中大部分氨氮仍存在于沼液中。Gao 等［42］采用UASB 反应器对艾伯塔大学校园（加拿大埃德蒙顿） 内真空抽水马桶收集的高浓度黑水进行中温厌氧消化试验（35℃）。研究发现，当黑水COD 负荷率高达4.1 kg/（m3·d）时（水力停留时间2.6 d），COD 去除效率仍可达到84%±5%，每日甲烷产量为单位反应器容积（0.68±0.08） m3。UASB 反应器能够将黑水中大部分有机物转化为沼气能源［65-66］，但由于病原菌去除不彻底，沼液氮磷残留量大［67］，反应器内黑水发酵液在完成产气阶段后仍需进入后续处理单元进行消毒或脱磷脱氮处理［68］。厌氧MBR 则可以将大颗粒有机物乃至病原菌与沼液分离［69-71］。Shin 等［72］采用SAF-MBR 处理韩国富川污水处理厂内生活污水，在连续运行485 d 后，无需化学清洁膜，总水力停留时间为4.6～6.8 h，夏季和冬季的COD 去除率分别为94%和90%，BOD5的去除率分别达到98%和90%，平均出水COD 均低于23 mg/L，BOD5低于9 mg/L，系统产甲烷耗能仅为0.23 kWh/m3，且能耗可通过更换液压装置进一步降低。相关黑水厌氧处理技术处理效果见表1。

表1 黑水厌氧处理技术处理效果

在实际工程应用中，为降低黑水处理周期时长，提高污水处理效果，常采用厌氧-好氧技术结合工艺，其中人工湿地技术以其良好的处理效果及附加生态景观价值受到了众多研究者的推崇。在巴西密西西比州1 户9 人家庭中，Paulo 等［6］建设了1 套黑水蒸发结合人工湿地的处理系统，黑水经蒸发浓缩后进行厌氧消化，产气结束后沼液与盥洗污水一起排入人工湿地，污水逐渐流经湿地内厌氧区、缺氧区、好氧区进行脱氮除磷及有机物降解过程。经过400 d 的运行证明该系统能够稳定运行，厌氧消化单元对COD 和BOD 的平均去除率分别为45%和80%，而经过垂直流人工湿地处理后，COD 去除率可达90%，且湿地出水中大肠杆菌等病原菌含量均低于灌溉回用水标准。Jin等［73］则直接以滴灌的方式将黑水排入垂直流湿地进行原位处理，研究了HRT 和滴灌频率对处理性能的影响。结果表明，该系统对氨氮和总磷酸盐的去除率随着HRT 的增加而增加，并且滴水频率对TP 去除率有显著影响。微生物分析结果表明，微生物群落的多样性沿垂直和水平方向没有明显变化，但在垂直方向优势种发生了改变，从液面往下，异养硝化和反硝化细菌逐渐减少，而自养硝化细菌，尤其是氨氧化细菌逐渐增多。

与实验室规模黑水处理研究相比，实际工程应用案例中黑水COD 去除率与实验室内所得结果基本相符，但对于碳、氮、磷及钾资源的回收率普遍较低。在阅读相关文献后可以发现，实际工程应用中易出现有机物降解不彻底、管道结垢、环境温度变化等不利影响因素，因此应进一步探究黑水处理技术实际应用的优化方案。

4 结论与展望

随着污水处理系统由集中式向分散式转变，黑水单独处理逐渐受到重视，研究者们已经设计研发出越来越多的黑水无害化及资源化处理技术。但大部分新型生态处理系统仍处于实验室规模或中试规模，一方面由于系统的实际操作、运行、调试环节仍然存在各种各样的问题，需要不断改进和完善；另一方面，随着社会经济发展，人口剧增，能源和资源危机已经成为人类必须面对的问题和挑战，如何在无害化处理黑水的同时，尽可能回收黑水中可再生资源将成为新的研究热点。

未来黑水处理将趋向一体化集成黑水处理系统发展。在选择处理技术时，除了技术本身的性价比和可靠性，也需要结合考虑居民文化及习俗、便器冲洗类型、当地环境特点等因素，因地制宜选择合适的黑水综合处理技术。深入研究这些问题，将进一步推动黑水处理技术发展，从而逐渐缓解目前粪污废水排放带来的污染问题。