﻿半 集中式 分 质 供 排水 和 资源 化 系统 的 集成 应用 
唐贤春 1 , * , 贺艺 1 , 宋鹏 2 , 江海 鑫 1 , 王正晓 2 , 戴晓虎 1 , 陈洪斌 1 
摘要 
针对 传统 生活 污水 处理 的 再生 水 难以 有效 回 用 的 问题 ， 采用 源 分离 式 半 集中式 分 质 供 排水 和 资源 化 体系 处理 生活 污水 ， 并 对 实际 工程 案例 的 进行 了 长期 监测 ， 探讨 了 其 在 污染物 去除 、 污水 再生 利用 以及 污泥 资源 化 等 方面 的 效果 。 结果 表明 ： 即使 灰 水 和 黑 水 管道 存在 一定 混 接 现象 ， 但是 灰 水 和 黑 水 处理 模块 的 COD 去除 率 均 超过 90 % ， 出水 COD 分别 为 10 ~ 30 mg · L - 1 和 10 ~ 40 mg · L - 1 ； 灰 水 处理 模块 的 TN 去除 率 达到 95 % ， 最低 小于 5 mg · L - 1 ； 黑 水 的 TN 去除 率 保持 70 % ~ 90 % ， 出水 水质 均可 满足 回 用 要求 并 已 用于 周边 区域 ； 厌 氧 消化系统 1 m 3 生 污泥 的 产 气量 达到 7 . 27 ~ 10 . 91 m 3 ， 甲烷 含量 达到 70 % ， 有机物 的 降解 率 30 % ~ 50 % ； 投 加 糖蜜 后 ， 单位 产 气量 提高 了 1 倍 ， 有机物 的 降解 率 平均 提高 10 % 。 消化 污泥 经过 脱水 后 除 总 汞 指标 略 高 外 ， 各 主要 指标 均 满足 污泥 农用 中 A 级 污泥 标准 。 基于 生活 污水 源 分离 的 半 集中式 处理 系统 ， 可以 对 污水 、 污泥 进行 有效 处理 ， 并 就近 利用 再生 水 、 污泥 和 沼气 。 
引言 
19 世纪 以来 ， 集中式 污水 收集 与 处理 体制 得到 广泛 应用 ， 在 削减 污染 排放 方面 成效 巨大 ， 但是 ， 污水 处理 设施 往往 在 城市 河道 下游 集中 建设 ， 以 污染物 减 排 为主 ， 污水 回 用 困难 ， 再生 利用率 低 ， 能源 消耗 高 ， 加剧 了 有限 资源 的 消耗 [ 1 ] 。 同时 ， 集中式 污水 处理 系统 依赖 庞大 的 管 网 系统 ， 一般 城市 排水管 网 投资 占据 污 水处理厂 的 基建 和 配套 管 网 总 投资 的 70 % 以上 ， 考虑到 城市 地形 与 规划 、 运行 与 维护 等 因素 ， 整体 费用 非常 昂贵 [ 2 ] 。 
近年来 ， 源 分离 的 理念 逐渐 普及 ， 根据 不同 的 污染 程度 ， 生活 污水 可 分为 灰 水 、 黑 水 、 黄水 与 褐 水 [ 3 ] 。 其中 ， 灰 水 的 污染物 浓度 低 ， 采用 物化 、 生物 和 生态 处理 工艺 都 能 达到 USEPA 的 室外 用 水 标准 ， 采用 多 级 膜 过滤 甚至 可以 满足 室内 杂用 水 标准 [ 4 - 5 ] ； 黑 水 的 有机物 含量 和 氮 磷 等 浓度 高 ， 通过 厌 氧 处理 产 沼气 是 实现 资源 化 的 一种 重要 途径 [ 6 - 7 ] ； 餐 厨 垃圾 的 有机质 比例 占 干 物质 95 % 以上 [ 8 - 9 ] ， 其中 ， 产 气 能力 以 蛋白质 、 油脂 类 为主 ， 极具 能源 回收 潜力 [ 10 ] 。 当前 ， 灰 水 或 黑 水 的 处理 和 资源 化 技术 渐趋 成熟 [ 11 - 13 ] ， 已 有 不少 生活 污水 源 分离 处理 的 工程 实施 案例 ， 主要 以 小型 社区 和 单 建筑物 为主 ， 实现 污水 源 分离 、 分类 处理 及 水 和 固体 废物 资源 化 [ 14 ] 。 
基于 污水 源 分离 的 半 集中式 分 质 供 排水 与 资源 化 系统 ， 其 规模 介于 传统 的 集中式 系统 与 分散 式 处理 系统 之间 [ 15 ] ， 在 一定 区域 内 分别 收集 和 处理 灰 水 、 黑 水 以及 污泥 与 城市 有机质 ， 产生 再生 水 和 沼气 ， 实现 资源 化 和 能源 化 ； 其 建设 规模 、 处理 设施 的 模块 化 建设 模式 ， 尤其 适应 于 快速 发展 的 城镇 化 区域 。 本 研究 以 某 半 集中式 分 质 供 排水 处理 和 资源 化 工程 为 例 ， 从 生产性 实验 和 应用 等 角度 探讨 了 其 在 源 分离 污水 的 处理 、 回 用 及 资源 化 方面 的 技术 可行性 。 
1 材料 与 方法 
1 . 1 生产性 实验 装置 介绍 
本 研究所 采用 的 污水 、 污泥 均 来自 位于 青岛 某地 的 半 集中式 分 质 供 排水 与 资源 化 系统 ( semi - centralized resource recovery center ， SCRRC ) 处理 中心 ， 该 处理 中心 是 国内外 第一 个 基于 污水 源 分离 的 半 集中式 分 质 供 排水 和 资源 化 工程 。 图 1 为 该 处理 中心 的 平面 布置 及 实物 图 ， 处理 模块 分为 灰 水 、 黑 水 和 厌 氧 消化 产 气 模块 。 灰 水 、 黑 水 的 进出 水 分别 取自 相应 模块 生产 装置 的 进 水槽 和 出水 储池 ， 污泥 取自 厌 氧 消化系统 的 生 污泥 储池 和 消化 污泥 储池 。 
1 . 1 . 1 灰 水 处理 模块 
灰 水 处理 模块 设计 处理 水量 为 700 m 3 · d - 1 ， 各 建筑物 的 灰 水 通过 重力 流 管道 输送 至 处理 中心 。 灰 水 处理 模块 的 核心 是 MBR 工艺 ， 其 处理 流程 如下 ： 进 水 → 提升 泵 → 调节 池 → 微细 格 栅 → 生化 池 ( 缺氧 好 氧 ) → MBR 膜 池 → 氯 消毒 池 → 清 水池 → 再生 水 外 送 泵 。 
灰 水 的 MBR 处理 设施 由 2 格 生化 池 和 2 格 膜 池 组成 ， 单 座 净 尺寸 分别 为 4 . 7 m × 4 . 2 m × 6 . 7 m 和 2 . 9 m × 2 . 5 m × 4 . 2 m ， 总 有效 容积 为 275 m 3 ， 设计 总 HRT 为 9 . 4 h ， MLSS 浓度 为 10 g · L - 1 ， 设计 进 水 的 BOD 5 负荷 率 为 0 . 027 kg · ( kg · d ) - 1 。 MBR 出水 消毒 后 作为 周边 居住区 、 办公 区域 和 酒店 的 冲 厕 用 水 ， 多余 的 再生 水 可以 用于 道路 清扫 、 洗 车 或者 补充 到 景观 水体 。 
考虑到 居住区 的 建筑物 装修 过程 中 的 排水 管道 可能 出现 混 接 现象 ， 在 灰 水 生化 池 设置 了 搅拌 和 曝 气 2 种 模式 ： 如果 灰 水 处理 模块 的 进 水 COD 、 氮 、 磷 浓度 低 时 ， 生化 池 采用 完全 好 氧 处理 ， 仅 去除 以 COD 为主 的 有机物 即可 ； 如果 灰 水 混 接 黑 水 、 需要 脱 氮 除 磷 时 ， 则 将 2 格 生化 池 全部 或 部分 转化 为 厌 氧 搅拌 模式 ， 充分 利用 膜 区 的 生物 硝化 功能 ， 通过 控制 膜 区 混合 液 回流 比例 及 泥 龄 ， 形成 缺氧 好 氧 环境 ， 强化 多种 污染物 的 去除 ， 达到 回 用 要求 [ 16 ] 。 
1 . 1 . 2 黑 水 处理 模块 
黑 水 处理 模块 设计 处理 水量 为 800 m 3 · d - 1 ， 采用 AAO - MBR 工艺 ， 深度 处理 后 的 出水 主要 用于 周边 区域 的 绿化 浇灌 、 景观 用 水 补水 和 道路 清洗 水 ， 冬季 回 用水量 低 时 ， 多余 的 出水 汇入 市政 管 网 。 本 项目 的 黑 水 处理 模块 黑 水 处理 模块 的 工艺流程 如下 ： 进 水 → 提升 泵 → 调节 池 → 细 格 栅 及 砂 水 分离 器 → 初沉池 → 微细 格 栅 → AAO 池 → MBR 膜 池 → 活性炭 过滤 罐 ( 可 超越 ) → 氯 消毒 清 水池 → 外供 水泵 。 
黑 水 处理 模块 共 分 2 组 ， 可 平行 运行 ， 每 组 的 生化 池 与 膜 池 净 尺寸 分别 为 24 . 0 m × 4 . 0 m × 7 . 2 m 和 5 . 4 m × 2 . 5 m × 4 . 2 m ， 总 有效 容积 为 628 . 65 m 3 ， HRT 为 37 . 7 h 。 
黑 水 处理 模块 不仅 处理 来自 大小便 的 总 氮 ， 还 接收 消化 污泥 压 滤 液 ( 消化 污泥 压 滤 液 ： 厌 氧 消化 污泥 经 板 框 压 滤 机 脱水 得到 的 上 清 液 ， 以下 简称 压 滤 液 ) ， 故 进 水 氨 氮 和 总 氮 负荷 率 高 。 为 提高 TN 去除 效率 ， 黑 水 处理 模块 的 生化 池 从前 到 后 共 分为 6 格 ， 其中 ， 第 1 、 2 、 6 格 仅 设置 推 流 搅拌 装置 ， 为 缺氧 厌 氧 段 ； 第 4 、 5 格 仅 在 底部 设置 微孔 曝 气 装置 ， 为 好 氧 段 ； 第 3 格 同时 布置 了 微孔 曝 气 和 推 流 搅拌 装置 ， 可 灵活 地 调整 为 缺氧 或 好 氧 状态 。 膜 区 的 混合 液 先 回流 至 第 4 格 ， 第 5 格 末端 的 混合 液 再 回流 至 生化 池 的 进 水 端 ， 回流 比 可 调 。 虽然 黑 水 的 C N 正常 ， 但是 经过 初次 沉淀 后 C N 降低 ， 含有 较 高 的 TP ， 因此 ， 黑 水 处理 模块 为 满足 达标 排放 ( TN ≤ 15 mg · L - 1 ， TP ≤ 0 . 5 mg · L - 1 ) ， 生化 处理 时 需要 采用 外加 碳 源 ( 乙 酸 钠 ) 和 化学 除 磷 等 手段 强化 去除 氮 磷 。 此外 ， 由于 黑 水 和 压 滤 液 的 色度 偏 高 [ 17 ] ， 为 控制 再生 水 的 色度 ， 设置 了 活性炭 过滤 罐 ( 可 超越 ) 。 
1 . 1 . 3 厌 氧 消化 与 产 气 模块 
厌 氧 消化系统 由 2 个 彼此 独立 的 橄榄 形 厌 氧 发酵 池 组成 ， 设有 罐 底 至 罐 顶 的 外 循环系统 。 一方面 完成 消化 污泥 的 排出 和 生 污泥 ( 进入 厌 氧 消化系统 之前 ， 储存 在 生 污泥 池中 的 污泥 ) 的 排入 ； 另一方面 提前 加热 生 污泥 。 预 处理 后 的 餐 厨 垃圾 与 污泥 在 生 污泥 池 混合 后 ， 进入 消化 罐 厌 氧 消化 产生 沼气 。 其中 ， 餐 厨 垃圾 与 污泥 在 生 污泥 池 的 混合 ， 完成 浆液 调节 与 酸化 过程 ， 减轻 对 后续 过程 的 抑制 [ 18 ] 。 沼气 先后 经过 初级 过滤 、 脱硫 后 至 储 气罐 储存 ， 再 经 二 次 过滤 和 加压 操作 后 进入 热电 联产 装置 制热 或 发电 ， 通过 火炬 燃烧 过量 沼气 。 厌 氧 消化 后 的 消化 污泥 定期 排放 至 消化 污泥 池 ， 再 经 板 框 压 滤 机 脱水 后 外运 处置 。 
厌 氧 消化 罐 的 单池 有效 容积 为 553 m 3 ， 设计 进入 污泥 与 餐 厨 垃圾 混合物 51 . 6 m 3 · d - 1 ( 其中 污泥 30 m 3 、 餐饮 生物 垃圾 21 . 6 m 3 ) ， 厌 氧 消化 时间 20 d ， 满负荷 条件 下 总产 气量 预计 可 达到 2 100 m 3 · d - 1 。 
1 . 2 研究 方法 
针对 生产性 装置 的 实际 处理 水量 和 水质 状况 ， 在 连续 稳定 的 运行 条件 下 ， 考察 半 集中式 分 质 供 排水 与 资源 化 系统 在 不同 季节 和 水量 等 条件 下 主要 处理 模块 的 运行 效果 ， 再生 水 的 回 用 状况 、 污泥 与 城市 有机质 联合 厌 氧 消化 产 气 效率 、 污泥 的 泥质 特征 等 ， 总结 整套 系统 在 不同 的 运行 条件 、 处理 负荷 下 的 运行 稳定性 。 
1 . 3 分析 方法 
实验 中 COD 的 测定 采用 HACH 消解 法 ( DR 200 、 DR 2800 ， 美国 哈 希 公司 ) ； NH 3 - N 、 TN 分别 采用 纳 氏 试剂 分 光 光度 法 、 紫 外 分 光 光度 法 ( UV - mini 1800 ， 日本 岛 津 公司 ) ； 浊 度 采用 分 光 光度 法 ( 2100 P ， 美国 哈 希 公司 ) ； 色度 采用 铂 - 钴 比 色 法 ； TS 、 VS 的 测定 采用 重量 法 ( DHG - 9101 . 2 ， 上海 三 发 科学 仪器 有限公司 ) ； 沼气 产 气量 、 甲烷 含量 和 厌 氧 消化 温度 等 参数 直接 根据 现场 的 仪表 器械 读数 。 
2 结果 与 讨论 
2 . 1 生产性 实验 装置 的 运行 效果 
项目 投产 并 调试 正常 后 ， 逐步 转入 正常 运行 状态 。 由于 项目 所在 区域 属于 新建 社区 ， 总体 处理 量 低 ， 且 受到 旅游 季节 的 影响 ， 不同 季节 的 灰 水 和 黑 水 的 水量 波动 较 大 ， 分别 为 50 ~ 150 m 3 · d - 1 和 200 ~ 350 m 3 · d - 1 。 同时 项目 所在 区域 的 博览会 展期 结束 后 ， 餐饮 垃圾 产量 少 ， 收集 困难 ， 为此 拓展 了 其他 有机 废物 的 来源 ， 如 采用 废 糖蜜 联合 厌 氧 消化 产 沼气 。 以 2017 年 11 月 — 2018 年 5 月 各 处理 模块 的 运行 状况 总结 其 性能 。 