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汙水處理行業醞釀新格局 分散式將成發展重頭戲

隨著城市化進程的加快和對水環境質量要求的提高,城鎮及農村生活汙水處理受到廣泛關注。與此同時,隨著科技的發展和技術的進步,分散式汙水處理設施實現了裝置化、小型化,已經發展成為成熟的以節能化、生態化、景觀化為方向的汙水分散處理技術。

    雖然目前全球城市化已十分明顯,但仍有近30—35億人口居住在農村,這些人中有相當一部分的生活條件還比較差,甚至還沒有合適的汙水處理係統。汙水處理係統可分為集中式和分散式,傳統的汙水處理廠屬於集中式汙水處理係統,適用於人口稠密的城市地區。而在人口分布稀疏的農村地區采用集中式汙水處理,則會因為建造汙水廠花費的巨大錢財,而讓這些本來就經濟欠發達的地方再次背上債務負擔。此時,分散式汙水處理係統將是一個更合適的選擇。

    分散式汙水處理係統不僅適用於欠發達的發展中國家,在某些情況下,它同樣適用於發達國家。近年來,發達國家的城市中心人口密度正在逐漸下降,人們逐步開始向城市邊緣分散定居,而此時如果建造集中式汙水處理廠將不再合適。根據聯合國環境署2002年統計數據,美國有25%的人口已在使用分散式汙水處理係統。

    本文將探討對比幾種典型的分散式汙水處理技術的優缺點與適用性,以及如何進行技術選擇與如何打破工程應用瓶頸。

    傳統與新型分散式汙水處理工藝

    傳統式工藝

    傳統分散式汙水處理技術包括濕地、好氧工藝(MBR、BCR等)、厭氧工藝(UASB等)。下表從技術、經濟、環境、社會等角度對比分析了以上分散式工藝的優缺點。

    新型工藝——生物質濃縮反應器

    BCR的結構設計為一個曝氣反應器,反應器底部進行微孔曝氣,廢水和微生物在反應器內呈懸浮態,出水為重力流。在帕維亞大學的試驗中,BCR反應器采用PorexTMradialfilter進行固液分離,孔徑為5—20μm。由於介質表麵的粗糙度,有可能形成2—3厘米水頭損失。

    根據帕維亞大學的實驗結果,采用BCR反應器,COD去除率為93—97%,脫氮率為75—79%。需要注意的是,實驗流量隻有22L/m²d,遠低於最大操作流量(10—50L/m²d),因此,實驗期間係統過濾能力基本穩定,無需反衝洗的前提下,可以穩定運行1年左右。而實際運行條件下,常用材質的孔徑約為0.1μm,3個月後係統過濾能力降低77%,需要更換膜或者進行再生。帕維亞大學也指出,實際運行結果有可能會與實驗結果相差較大,具體處理效果取決於膜的種類、汙水組分與操作工況。

    分散式汙水處理的可持續性分析

    所謂“最合適的技術”包括經濟最優、環境友好、技術穩定、公眾認可等特性。設計“可持續性技術”需要從以下維度綜合考慮:

    (1)健康與衛生:將可能影響公共衛生的病原體和有害物質的風險降至最低;

    (2)能源與資源:考慮建設和運行所消耗的能源和資源,以及能回收利用的資源(例如將水、營養物返還農業),同時綜合考慮再生資源(例如沼氣);

    (3)技術:最大程度地發揮技術功能,確保整個係統的構建、運行和監控。同時,要考慮技術應對電力供應、水資源短缺、洪澇等緊急事件時的穩健性和盲點,以及技術對於現有基礎設施或社會經濟發展的靈活性與適應性;

    (4)經濟:家庭以及社區的經濟承受能力,包括建設、運行、維護和必要的投資成本;

    (5)社會文化和製度:社會接受度、便利性、合法合規。

    分散式汙水處理係統滿足以上全部維度要求,除此之外,還有占地緊湊、運行靈活等。所以,分散性汙水處理技術屬於可持續性技術,實際工程中具體工藝的選擇需要綜合考當地的氣候、地域、汙水水質、當地水資源與回用需求等特性。

    集中式係統與分散式係統的對比與討論

    投資成本

    集中式汙水處理係統的投資成本顯著高於分散式係統。集中式係統需要建設大規模的汙水收集管網,其投資成本占據了總成本的80—90%。而管網的平均使用壽命為50—60年,到期更換、日常維護費用都將增加投資成本。

    運行成本

    集中式汙水處理係統的設計需要考慮峰值流量,會導致增加係統容量,降低處理效率;重力管網輸送過程中有可能因為地下水入侵造成廢水稀釋,增加處理費用和能耗;長距離輸水導致站需求量更大,能耗更高,這三點直接導致運營成本的增加。

    水質安全

    集中式汙水處理係統集中排放水量較大,可能引起受納水域的富營養化。而分散式係統由於排水量小,將降低富營養化概率。