污水源头分类与资源化技术

摘 要：随着水资源的日益短缺和水价的不断上涨，城市建设中的居民住宅和公众设施将越来越多地引进节水洁具。目前，中国节水便器的耗水每次6升，将耗水量由6升降到1升以下（负压马桶）或0（无水小便池），将是一个技术飞跃。

关键词：源头分类；资源化；负压马桶；负压输送；中间储槽

一技术背景

本项目利用现代负压技术进行城镇生活污水的源头分类，将含有生活污水中大部分有机物和营养盐的人粪、尿单独收集，从而实现节水和污水资源化的目的。

二实现的技术路线

1．高效节水、污水资源化理念

高效节水、污水资源化技术（右下图）是对目前广泛采用的传统的城市污水收集与处理模式――重力流排放方式进行的变革和改造，即采用无水尿池、负压便器等一系列新型高效节水器具，将粪尿在尽可能不释稀的情况下单独收集，既减少了耗水（每次耗水仅0.3 - 0.8L,无水尿池不需水），又减少了需要处理的总量。通过负压输送，将粪便和尿分流收集与处理，回收能量，产生绿色肥料；其余的生活杂排水因污染较轻，经简单处理，出水复用于家庭和公共环境，从而解决了自然界水圈和食物圈人为混淆所带来的农业营养剂（N.P）的永久丧失和地表水受污染的问题，同时可经济地实现资源化并反渗补充地下水，实现生态良性循环。

2．实现的技术方案

1）源头分类技术

为实现源头分类，主要开发了负压节水马桶（每次耗水仅0.3―0.8升）和无水小便池（无需用水）等负压节水洁具。

通过新型、高效的节水器具，将粪尿在尽可能不稀释的情况下单独收集，既减少了耗水，又减少了需要处理的总量。

通过负压输送，将粪便和尿分流收集与处理，回收能量，产生绿色肥料；其余的生活杂排水因污染较轻，经适当处理，可作为地表景观水，从而解决了自然界水圈和食物圈人为混淆所带来的农业营养剂（氮、磷）的永久流失和地表水受污染的问题。

源头分类技术的主要研发的关键产品技术图示如下：

关键技术及实现原理：

A．负压中心站

负压站系统是使负压收集罐和管道系统内产生负压，并维持在一个设定的负压范围内。负压站系统主要包括：

①负压收集罐，它主要负责收集通过负压管道输送来的污水，同时在收集罐留有一定的空间来缓冲负压管道内的压力波动。

②真空泵，它是产生并维持负压的动力装置，考虑到节能、维修因素，有大、小两台并联使用。

③污水泵，当收集罐内液位达到设定值时，将污水从收集罐内输出，并送到指定地点。污水泵通常是一用一备。

④自控电器，控制负压中心站的自动运行，如负压泵的开、停，污水泵的开、停，液位的显示，各种控制阀门的开、关等。

从综合能耗考虑，负压的上、下限设定为－0.05～－0.07MPa，负压站能在设定的压力值内自动运行。

从系统的安全考虑，负压站内设置大、小真空泵（抽气速率分别1.33m3/min和0.86 m3/min）各一台。为了减少开启时电流的波动，在正常工作时，大真空泵能自动关闭，由小真空泵维持系统内的负压。

在耗气量突然增加时，即小真空泵运行5分钟后，若系统压力仍达不到设定的下限值－0.05MPa时，大真空泵能同时启动运行，使系统压力维持设定值。

为了保证系统的安全，若系统压力在大、小真空泵同时运行3分钟后，系统压力仍然达不到设定的下限值－0.05MPa时，大、小真空泵同时关闭，报警信号灯亮。

负压收集罐内的液位达到设定上限时（即负压收集罐容量的75%），将发送排污信号，同时打开放空阀，启动污水泵排污。

B．负压管道

负压管道的作用是将负压有效地传递到每个用户，并使途中压力损失减到最小。此外，以管道内的负压为动力，输送污水到负压收集罐。

负压管道的密封性控制为负压管道在－0.07MPa压力下，保压24小时，压力损失不能大于10%。

管道的安装采用锯齿状管路，每段设置成3～5‰的坡度。使管道内的流体形成柱塞流，利于负压状态下流体的输送。

C．中间储槽

中间储槽的作用是将少量的污水先收集起来，当储槽满时，将此污水一次性输入主管道。此时污水量大，并形成了一定的流速，污水不但不会淤结管道，而且还能起到冲刷管壁的作用，即管路的自清作用。

由于负压厕所系统的用水量特别小，污水的浓度高，加上负压管径本身比较细（室内管道为DN40）。如果每次输送少量污水，很容易造成管路的淤结，从而影响输送效率。

中间储槽的作用是将少量的污水先不进入主管道，而是先收集起来，当储槽满时，将此污水一次性输入主管道，此时污水量大，形成了一定的流速，污水不但不会淤结管道，而且能起到冲刷管壁的作用，即管路的自清作用。

特点为无电耗自控，自动根据液位高低进行自清。

D．负压马桶无水尿池

负压马桶的形状与普通座便器相同，但动作原理完全不同。普通座便器是靠水箱里大量的清洁水冲刷内壁，巨大的水流通过U型存水弯时，由于流速的变化产生一定的负压，从而吸走污物。

负压马桶的耗水量≤0.8升，负压马桶的喷嘴直接利用自来水水压来提高冲洗水的冲刷能力。辐射状喷出的水在冲刷马桶内壁的同时起到清洁的作用。

负压马桶是靠负压管路上的负压为动力来吸走污物，同时它取消水箱，直接利用自来水水压来冲刷池腔内壁，从而达到节水的目的。

负压马桶由一个气动污水阀、自来水水阀、专用喷水嘴、气控单向阀及手动操纵阀等组成。气动污水阀是负责负压马桶的下水管与负压管路连通与关闭。自来水水阀是负责马桶喷水嘴与自来水水管的连通与关闭。气动污水阀与自来水水阀的动作时间是可调的，依据工况（自来水水压等）的不同，每次用水量仅为0.3～0.8升，现第三代产品已开发成功。

同样，无水尿池工作机理与负压马桶相同，区别在于采用了独特的浮球技术。

E．无电耗负压截止阀。

利用负压进行启停，无须电能驱动，利用流程化控制。

2）粪、尿等资源化技术

A．技术设想

资源化技术实现设想见如下示意图：

高浓粪尿经厌氧发酵①回收沼气能量（如沼气发电）后，加入CaO将其中的磷沉淀②。系统中的氮经吹脱③后以(NH4)2SO4的形式回收，从而生产出含氮、磷的有机肥⑤。吹脱后污水再经膜生物反应器等生物处理⑥处理后达到国家地表水水质。从而实现了能量、物质的回收，以及污水的最大资源化。

B.具体实现技术方案

经过充分的方案比对，工艺小试及其效果比较，在大量的实验基础上，并充分考虑了具体实现技术方案的经济性，包括其投资成本、运行成本，最终采用了如下的技术方案。

其具体技术方案工艺流程图如下：

资源化处理工艺流程图

工艺简介：

经过源头分类后的主要处理对象为两部分，即高浓度人粪尿处理和杂排水处理。

高浓度的人粪尿经过我公司研制的负压节水便器，通过负压输送至高效厌氧发应器，发应器温度控制在37℃左右，在厌氧发酵池大约停留2天，经过了厌氧发酵后，分成三部分：

 第一部分变成污泥状态。这部分经过后续脱水、干燥等深度处理后制成高效有机肥。

 第二部分是产生的沼气。利用沼气发电或建沼气锅炉，产生热量回用到厌氧发应器。

 第三部分是发酵后的污水，这部分污水浓度较高，且含丰富的N、P成分。在后续处理中，我们加入Ca2+，可使大部分的磷酸盐形成沉淀，从而去除P；同时调节水的PH值（PH=10~11）左右，再经过高效吹脱塔，使氨从水中分离出来。吹脱出来的氨，用H2SO4喷淋，形成硫酸铵加入有机肥中。

在经过了加Ca2+、吹脱后，水中的N、P成分大大降低，再在后续加一级MBR（或SBR），其中膜组件采用中空纤维膜，膜孔径为0.1～0.2μm。经过MBR处理后的水质，其CODcr、BOD大大降低，完全满足排放要求，同时与杂排水一起达到与地表水V类接近的水质水平。

考虑到经过源头分类后，其余的生活杂排水含N、P大大降低，考虑到实际生活杂排水的水质、水量我们这里采用了生物转盘加絮凝沉淀二级处理的工艺流程。经过二级处理后，水质到回用杂用水标准。

生物转盘具有高效、占地小的特点，特别适用于本技术源头分类后的生活杂排水的处理。这也是在众多的实验小试的基础上得出的结论。

经过本系统一整套的水处理流程后人们产生的污水基本全部回用到冲厕、景观等。真正达到水体的再循环、能量的再回收以及资源的最大化。

三结 论

本技术的实施可以大大节约冲厕用水，为原来的1/15～1/10，同时节约水处理投资成本及运行成本，降低了水处理难度，并实现可持续性水资源利用。且本技术目前国内尚无研究案例，但其可持续发展的、生态的理念已越来越被环保界的学者、环保人士所接受，特别在当今水资源严重短缺，污水厂出水水质普遍较差等前提下具有积极推广意义。

参考文献：

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