生活污水资源化利用的调查研究

文 菲，毕学军

（青岛理工大学 环境与市政工程学院，山东 青岛 266033）

生活污水资源化利用的调查研究

文 菲，毕学军

（青岛理工大学 环境与市政工程学院，山东 青岛 266033）

对青岛市某一示范项目进行调查研究，调查结果表明：分散式污水处理系统实现了灰水、黑水分离的目的，使得灰水就地再生利用，减少了污水排放量，同时可以提取黑水中的能源物质再利用，提高了水资源的利用效率，解决了水资源匮乏的问题，可以达到污水资源化利用的目的。

调查研究；分散式污水处理系统；灰水；黑水

现如今我国大多数城市的排水系统模式都是从欧洲发展过来的，使用冲水厕所是其排水系统模式的主要特点，虽然在减少疾病传播及水体污染方面有着巨大的优势，但是这种欧式排水系统同样存在着明显的缺点，冲水厕所需要用大量自来水对尿液及粪便进行冲洗，然后将其他生活污水与厕所冲洗水进行混合排放，这使得粪便中含有的大量氮、磷、钾等元素因为其他污水的稀释作用而无法进行回收利用。同时，引起水体富营养化的主要物质是氮、磷，而处理不达标的水排放会对接受的水体有一定的污染，使得城镇污水处理系统，尤其是城镇污水处理厂处理负荷很大，需要大量的投资和管理费用。因此，对于发展中国家，采用分散式污水处理系统是最好的选择，这样可以减少总的污水排放量和自来水的消耗，达到污水资源化再利用及就地再生的目的。而尿液和粪便中的大量元素可以通过适当的处理后回收再利用，实现营养物质在自然界的循环［1］，达到节水减污的双重作用。

1 研究背景

1.1 污水的分类

不同污水的成分有很大的差别，为了区别，给不同的污水命名：黑水，指厕所粪便污水，包括人尿和粪便；黄水，指人尿；褐水，指粪便；灰水，指来自于厨房、洗衣、沐浴等产生的污水，不包括厕所用水［2］。

1.2 污水中的营养物质

日常生活所排放的污水中还有很多的营养物质可供人们回收再利用，如表1所示。人的尿液和粪便中含有大量的营养物质，如氮、磷、钾以及有机物等，这些物质具有一定的利用价值，如对黑水进行厌氧处理产生的沼气可用于发电，这样水和营养物质的循环可就地实现，符合可持续发展的要求。处理后的黑水可作为灌溉用水，脱氮除磷后达到景观补水或生态补水的要求。除去黑水后，灰水的处理和回用也较容易实现，污水处理消耗的能量可大大降低，处理后的灰水可用于冲厕、道路清扫、生态补水等。这样既节省了处理污水所消耗的能源，简化了处理方法，而且也更加充分利用了有限的水资源，解决了现今水资源短缺的问题。

表1 生活污水组成及其污染物质含量

1.3 分散式污水处理系统

2000年以后，一些发达国家和地区对灰水及雨水的综合利用已经相当普遍，有些国家还制定了生活污水就地处理及回用标准、灰水处理及安全使用章程，同时，适合不同规模的灰水收集、处理及利用设备已经形成了模块化、产业化发展［3］。我国已经开始在四川成都、内蒙古东胜市等地建立了生态卫生系统项目，分散式卫生处理系统逐渐得到国人的重视，未来灰水就地处理回用及黑水资源化利用将会在城市污水处理系统中占有重要的地位。图1、图2分别为山东省青岛市某一示范项目中灰水和黑水的处理流程图。

图1 灰水处理流程

图2 黑水处理流程

分散式污水处理系统可大大节省用水量。通过查询一些国内外的资料可知，曾有学者研究过巴西两个家庭灰水及雨水的回用情况，结果表明，不同的回用方式所节省的饮用水量都相当可观。当灰水与雨水联合回用时，两个家庭分别节省饮用水36.4%和33.8%［4］。

2 水样采集与分析

2.1 测定灰水及黑水中的物质

由上述讨论可知，人的尿液及粪便中含有大量可以回收利用的氮、磷、钾及有机物，因此，污水中含有大量可利用的营养元素。故笔者选取了青岛市某一示范项目中的一些进行了分质分流排放处理的集中建筑物和道路，对其中两个五星级酒店的排水管道及道路管道分别进行黑水及灰水的取样工作，并对水样进行编号，测定其水样中含有的各项物质的浓度。

2.2 水质测定分析结果

对各个建筑物及管道井所取水样带回后，在实验室中分别测定其污染物质的含量。主要测定的指标如表2所示，常规指标均采用《水和废水检测分析方法》 （第4版）［5］的标准方法。

表2 水样测定结果 mg/L

由上述测定结果可以看到，进行了分质分流排放处理后，黑水中的COD、氨氮及磷酸盐的浓度均远远高于其相应灰水中这些物质的浓度。例如，道路黑水中COD的浓度达到1 448 mg/L，而道路灰水中只有21 mg/L，道路黑水中氨氮含量是灰水中的近50倍，磷酸盐的浓度也是远远高于灰水中的浓度。COD、氮、磷这些营养物质均是可以回收再利用的。灰水中无论是COD还是TP、TN的浓度均远远低于普通合流排放污水，采用分质分流系统不仅更加易于处理，同时也有利于减轻对排放水体的污染，节约水资源。

2.3 污水中的能量分析

黑水中的大量营养物质例如氮、磷及COD，可以进行厌氧消化产生沼气，即大量的能量可被回收再利用。通过查阅资料可知，一般在厌氧条件下，每降解1 kg COD约产生2%～8%的厌氧污泥（即微生物对营养物质进行同化后残留的物质），而能量的传递效率是在沿食物链流动的过程中逐级递减的。若以营养级为单位，能量在相邻的两个营养级之间的传递效率为10%～20%。微生物由于其生物形态结构简单，传递效率要稍高于多细胞生物，为20%～30%，若其传递效率以25%计，则每1 kg COD产生2%～8%的厌氧污泥，则用于自身同化的物质占总物质的8%～32%，故1 kg COD中只有0.68～0.92 kg的物质转化为甲烷。根据COD与产气量关系计算，理论上在标准状态下，1 mol甲烷相当于2 mol（或64 g）COD，则还原1 kg COD相当于生成22.4/64=0.35 m3甲烷［5］。沼气中甲烷的含量一般占总体积的50%～70%，则理论上初步计算1 kg COD产生0.5～0.7 m3的沼气。但在厌氧消化工艺中，实际产气率受物料的性质、工艺条件以及管理技术水平等多种因素的影响，在不同的场合，实际产气率与理论值会有不同程度的差异。因此，实际监测的数据为厌氧条件下降解1 kg COD约产生0.42～0.45 m3的沼气，甲烷含量在60%左右，若产甲烷量按0.26 m3计，纯甲烷气体的燃烧值为3.93×107J/m3，则1 kg COD约产生1.02×107J，相当于0.35 kg标准煤的产热量。例如，如表2中所示，假设平均黑水中含有COD的浓度计为800 mg/L，每天排放黑水500 L，即为400 000 mg COD，可相当于0.14 kg标准煤。可见生活污水中含有很客观的能量。

3 结论与建议

对于缺水城市来说，生活污水的资源化利用具有很大的开发潜力。分散式污水处理不仅将污水变废为宝，充分利用污水中的各种营养物质，而且也使得进入市政管网的污水易于处理，减轻污水处理厂的运行负荷，也可以使处理后的出水水质良好达标，对排放水体的污染降到最低。这样一来，水的循环利用就可以长期有效地缓解水资源匮乏的问题。

与传统的集中式城市卫生系统相比，分散式卫生系统是可持续的，不仅可以实现灰水、黑水分离的目的，还可以使灰水就地再生利用，既可以提高水资源的利用效率，节约饮用水，还能减少对水体的污染。分散式城市卫生系统对于污水中的资源回收再利用具有可行性，对于解决水资源匮乏问题也具有深远意义。

3.1 灰水利用前景

我国大多数城市均采用市政管网的自来水进行厕所冲洗、园林绿化、道路冲洗、消防等，其中家庭日常生活用水量占生活污水总量的75%～80%，我国仅冲厕用水这一项每年就大约需要消耗100亿m3自来水。而实际上，并不是所有的城市用水都需要使用优质水，只要根据需要满足其用水水质要求即可。以冲厕用水为例，其水质要求并不是很高。如果将城市生活污水分离排放，将污染较轻的污水，例如灰水，经过简单处理，达到一定的水质标准，就可以回用于如城市绿化、冷却水、厕所冲洗等对水质要求不高、需求量又很大的各种用水，若污水中不含重金属和有毒有机物污染，污泥可实现安全农用或绿化用途。这样不仅可以节省大量的自来水，缓解水源供给的压力，又可以减少污水的排放，实现污水的资源化利用，在可持续环境发展方面具有现实和深远的意义以及多重的经济效益。

3.2 黑水利用前景

黑水中含有大量的氮、磷等元素及有机物质，可以将其输送到集中厌氧处理设备中，并且将居住区中的垃圾进行分类，收集玻璃、纸、包装盒等无机垃圾及有机垃圾，将生物垃圾（或有机垃圾）收集在生物垃圾箱中集中进行粉碎后送入消毒罐中。污水经过消毒处理后再经过热交换器进行冷却，产生的热量可以回用于厌氧消化。在厌氧反应器中，消化反应产生的沼气可供应给沼气发电机发电，产生的热量不仅能满足消化反应需要，而且余热可以直接供给到供热管网中。沼气池产生的污泥由专用的卡车运至农田附近建有的储池，作为肥料用于农业生产。这样就使得污水中的营养物质全部得到了利用，从而完成了营养物的闭路循环。

3.3 建议

建设污水资源化利用处理工程和回用系统都需要大量的资金［6］，但是相较于大量的水资源消耗造成全球性的水资源短缺，相较于高昂的水处理系统的建设费用及运行费用，分散式污水处理系统在长远及可持续发展上都是占据优势的。并且可以向各个城市推广污水处理与就近利用、供排水管道投资合并等措施，这些措施均可以降低管道投资费用与处理运行费用，污水资源化与就近利用可以节约30%以上的成本。污水中营养物质如碳源、氮磷等的回收利用以及黑水中的能源回收再利用，都能带来巨大的经济效益，并能在一定程度上实现污水集中处理中心能源的自给自足。

水资源短缺是当今人类社会面临的一个重大问题，如何解决水源污染，将有限的水资源充分利用则成为现今社会的一个重大课题，而随着科学技术的发展，现如今解决水资源短缺的一个重要途径就是利用非传统水资源。污水资源的回收再利用对于解决水资源匮乏问题是一个具有可行性和重大意义的方式，因此人们不仅要建立可持续的污水资源化循环利用的理念，而且要摒弃过去传统的集中式污水处理方式，积极引导城镇建立新型集中式、分散式的污水源分离收集处理与资源回收利用系统。可以多多借鉴发达国家的成熟处理模式及利用实践经验，积极制定相关的法律法规，鼓励建立相关配套设施，先在一些发展比较快的地区建立示范性的生态项目，建立分散式污水处理系统模式，推广灰水黑水分离处理与资源化回收利用，达到污水资源化利用、解决水资源匮乏问题的目的。

［1］刘智晓，崔福义，秦姝兰.灰水分离回用的若干关键问题［J］.给水排水，2007，33（9）：119-123.

［2］李子富，RALF OTTERPOHL.德国某居住区生态卫生系统污水分流处理示范工程［J］.给水排水，2007，33（4）：81-83.

［3］刘智晓.分散式生活污水多级生物膜处理工艺及菌群特性研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2009.

［4］唐运平，张志扬，廖沈，等.生态城镇灰水水质特性与灰水集中处理技术［J］.中国给水排水，2009，25（9）：94-96.

［5］周莉莉.化工合成制药废水的高效厌氧生物处理技术研究［D］.天津：天津大学，2010.

［6］张尊举，张仁志，董亚荣，等.污水处理厂尾水资源化利用［J］.中国环境管理干部学院学报，2016，26（1）：50-52，60.

（编辑：程 俊）

An Investigation on The Recycling Use of Domestic Sewage

Wen Fei，Bi Xuejun
（School of Environmental and Municipal Engineering，Qingdao University of Technology，Qingdao Shandong 266033，China）

The investigation on a demonstration project in Qingdao showed that，decentralized domestic sewage treatment system not only separate graywater and blackwater，but also recycle graywater so that the amount of sewage discharge is reduced.Meanwhile，energy substance is extracted from blackwater and reused，so that the efficiency of water usage is improved，which is a solution to water scarcity，and achieve the purpose to utilize waste water.

investigation，decentralized domestic sewage treatment，greywater，blackwater

X703

A

1008-813X（2016）05-0052-04

2016-07-26

文菲（1990-），女，河北承德人，青岛理工大学市政工程专业硕士研究生在读，主要从事污水处理的研究工作。

10.13358/j.issn.1008-813x.2016.05.14