构建高浓黑水生态循环体系的化工技术研究

田相友 肖锋 宿辉 马征钊 谢江浩(.中海石油环保服务(天津)有限公司，天津 00450；.安全环保公司，天津 0045；.碧海环保服务公司，天津 00450)

0 引言

随着我国城市化进程的不断加快，我国城市污水产生量一直在持续增长，生活污水问题越来越受到人们的关注，导致相关研究人员不得不将水处理技术的研究重点转变为城市生活污水。据统计，我国黑水每天的排放量达1.44×107t，1t黑水可污染220t清洁水，生活污水有机物中80%～90%的氨、50%～57%的磷来自于黑水[1]，黑水是优质的肥料来源和土壤调节剂，在我国有悠久的利用历史，现阶段对于黑水生态循环的研究进展主要是从分类收集、处理小站、城市绿化等综合体多维度进行研究，以期实现区域化能源消耗及废物资源化利用的小生态。

1 黑水处理现状

1.1 传统末端集中式处理

随着环境保护越来越受到重视，人们意识到生活污水完全可以充分资源化利用，对生活污水分类收集、输送和处理，有助于实现资源化利用[2-3]。黑水污染物浓度高，但营养物具备资源化条件，目前国内处理生活污水的方式为末端集中处理厂。末端集中式处理远离人们生活区域，投资巨大且保养维护供排水系统和管道系统需要大量的人员和资金。其优势主要在于环保监督便捷、规模化和易于管理等优势，但是在管道污水泄漏时，可导致地下水污染。总体上看，传统末端集中式处理系统具有以下缺点：(1)污水混合形成二次污染，主要含有工厂污水、餐厨、化学品、黑水等混合液；(2)集中处理模式对有害物质和可利用物质全部净化，营养物质没有达到综合利用；(3)集中式水处理综合利用率低，回用水需要单独管网回用，建设投资规模较大。

1.2 分散式处理

随着人们生活水平的快速发展，家用电器等走进百姓家，农村的人均生活污水产生量剧增。然而农村具有人口分散且数量多的特点，在没有任何收集和处理设施的情况下，使得农村生活污染源成为影响水环境的重要因素[4]。大部分农村的生活污水基本上用于农田灌溉，随着环保法的逐步落实，农村也不是法外之地。由于农村生活污水的处理起步比较晚，根据农村居住特点，大部分选择分散式处理。这种模式具有经济效益高，营养物质可循环利用的特点，但是外排水水质监管难。

2 构建城市污水绿化生态系统

城市化进程的不断加快和淡水资源匮乏的今天，如何减少饮用水的浪费和资源化将是城市污水处理结构调整的方向。半集中式处理系统首先由德国的学者提出，在中国由同济大学首先提出[5]。根据同济大学提出的半集中式处理系统的启发，建立以住宅区和公园组合的小站生态系统，如图1所示，在公园建设处理点，通过独立的管网连接公园处理系统和住宅区。下面，通过城市布局，分析城市污水与生态循环的可行性，主要分析分质排水系统、处理系统建设地点、处理技术、生态循环系统的构建。

2.1 分质排水系统及地点选择

图1 小站生态系统

在水资源紧缺的现状下对污水资源化有很强的基础，黑水资源化将是未来专家学者研究的重要方向。城市住宅、写字楼、学校等水源有两路，一路是自来水，另一路是中水，但是住宅排水统一管道外排。黑水的有机浓度是灰水的2.5～3.5倍，其营养物质氮磷钾的浓度分别是灰水的9.6和15.7倍[5]，根据数据来看黑水中含有生活污水中绝大部分营养物质可资源化。从小区管道合流到城市下水管网与雨水等集中排放到厂家处理，这样的收集处理模式不但造成二次污染，还增加大量的处理成本。选择分质排水系统应优先选择写字楼、学校、商场等，因为楼宇方面改造简单，附近公园可以作为处理小站的建设点。如果是在住宅区域就要改造楼宇下水管道，建立分质独立管道收集处理，实现污水资源化再利用，这将实现街道绿化土壤、提高处理厂污水处理效率，降低污水二次污染，明显降低污水处理成本。

小站式分质排水系统需要对楼宇的排水进行改造，首先要建立一条独立的污水分类收集管道系统用于可以资源化的污水管网，形成一个以公园处理小站为核心的管网小生态循环，处理后的水可以绿化，固废可以作为有机肥改善公园土质，不仅减轻污水处理厂的负担，还可以将黑水中的营养物质就近资源化，符合城市的生态循环和可持续发展的原则。

2.2 小站处理系统

微生物法在废水的应用是近年来废水处理的主要技术。经过多年发展这种技术成熟有效、经济可行，与化学或物理方法相比有很大的优势，在生物处理技术的发展中，已不再局限于厌氧或好氧生物处理方法，而是更多的把厌氧和好氧两种方式有机地结合起来应用。国外解决城市生活污水问题，采用特殊处理和污水相结合的方法，一般都是建立粪便消纳站[5]。我国黑水每天的排放量达1.44×107t，特别是这些年水危机不断加重，研究学者们提出向半集中化处理方向发展，主要处理技术有：厌氧-好氧技术、一体化流化床生物膜技术。

厌氧-好氧技术主要是去除有机物，氧化彻底，终端产物为CO2、H2O，好氧技术分解有机物的速度比较快，对于建设空间受限的情况下可优选好氧工艺建设小站处理系统。厌氧-好氧技术具有以下优势：厌氧与好氧工艺组合后好氧工艺有机负荷减小，减少好氧固相的产生量且占地面积小，运行较为稳定，既节约能源又方便工业化生产。

一体化流化床生物膜装备简称IMBBR[5]，该技术装备主要包括沉淀池、快虑器、污泥资源化、IMBBR等模块。反应器的技术特点是出水达到城市中水质，固液分离率高 ,出水浊度稳定，动力消耗低等。IMBBR技术工艺流程是：污水源进入沉淀池，沉淀大颗粒固相，再进入固液分离模块清除固相颗粒，开启反洗曝气清洗固液分离模块，分离后的固相进行压滤后资源化。液相进入快虑器精细化过滤，液相再经过流化床生物膜处理达标后资源化。

2.3 生态循环系统

伴随我国现代工业的不断发展以及人口城市化的全面加速，首先要做的是建设和运营好城市污水处理厂[6]。黑水中含有大量致病菌，如果不经过有效处理，大量致病菌一旦污染水体和土壤就会引起一些疾病，甚至会导致流行病的爆发，这对人类健康将产生巨大威胁[7]。从可持续发展的角度来讲，为保障生态环境及人群的安全， 需要将污水的综合毒性纳入排放标准。为此，在工艺的选择及优化时应将毒性削减效果纳入其中，以提高污水处理工艺的生态安全性[8]。污水处理企业想要合理地解决城市污水处理问题，在选择污水处理技术时必须遵循生态和安全准则。总之，小站生态循环系统将是未来城市生态环境保护的新举措。

3 结语

综上所述，黑水含有大量营养物质，可分类收集资源化，学校、写字楼、酒店等分类收集更有优势。小站式生态系统的建立将成为未来城市生态环境保护的新举措，其可降低处理厂的压力，实现水资源深度综合利用。厌氧-好氧工艺、IMBBR技术适合小站式生态系统建设。污水分类收集对水资源综合利用有着非常重要的作用，利用分散式进行小生态水资源综合利用，可以最大限度的对水资源充分利用，生活污水简单处理就可以作为绿化和有机肥，不仅可以改善土壤品质还能有效保护环境。