生态排水系统技术与发展现状

摘要：随着城市化进程的加快，水资源保护和水污染治理已经成为人居环境建设和可持续发展的关键问题。基于对以上两点的综合考虑，文章将重点介绍生态排水系统的理念、技术发展、应用现状以及发展前景。

关键词： 生态排水系统 高效 节能 环保

Abstract: As the speeding up of urbanization process, the protection and treatment of water resource have become the key problems of human settlement environment construction and sustainable development. From the above consideration, and In order to find more efficient, energy-saving, environment protection water treatment method, this article will focus on the idea, technology development, application status and development prospect of the ecological drainage system .

Keywords: Ecological drainage system; Technology development; Application status; Development prospect

中图分类号：S276.3文献标识码：A

1.综述

随着社会高速发展，人口压力的骤增，由水资源缺乏引发的问题已日趋明显。污水处理厂的出现在一定的程度上延缓了其最终爆发的步伐，但始终没有解决这一问题，研究表明，即便经济发达如西方国家，其污水处理后的指标也很难全部达到排放后不引起生态环境改变的效果，究其原因，排水系统或者排水方式要负一定的责任。传统的污废合流加大了污水处理厂的处理难度，同时使得处理效果大打折扣。基于此问题，文章将从符合可持续发展观念的生态排水系统进行论述，说明其应用的重要性。

2.我国排水系统的现状及存在问题

我国城市污水排水体制一般分为河流之和分流制两种。现在常用的是截留式合流制排水系统，但仍有部分混合污水未经处理直接排放，使水体遭受污染；分流制排水系统将生活污水、工业废水、雨水分别在两个或者以上各自独立的管渠内排放的系统。我国许多仙剑的城区虽然设计分流制排水系统，但是由于小区扩建、改造和居民生活水平的提高，大多数已经变为雨污混流[2]。

我国现在流行的城市排水模式源于欧洲早期的城市化，具有明显的高耗水、混合稀释、直肠式排泄、末端处理的特征。另外，污水经管网到达污水处理厂的时间过长，使其在管网内腐化，错过了生活污水的最佳处理时间，加重了污水处理厂的负担；雨水资源大量流失，地面和地下的水位下沉，水涝增加，城市生态环境恶化；严重的雨污水管混接抵消了分流的作用；由于处理难度的增加，处理后的水很难达到回用中水的标准，使得污水处理变得没有经济性可言。

我国农村生活着近8亿的人口，但是农村的排水设施普遍缺乏，排水管线覆盖率极低，且多采用雨污河流的排水体制，忽视污染治理，严重影响环境。

3.生态排水系统的提出及原理

近年来，许多国家和组织对现代建筑排水系统和模式进行反思，提出了新的排水模式和理念——生态卫生排水理念，将人粪、尿与生活杂排水分离，并进行能量和资源回收，将污染程度低的杂排水与雨水原地资源化，从源头上将各种污水、废物按成分与去向分门别类地收集处理、循环利用。同时，解决了由于长时间的管网输送，造成水质腐化而难以处理的问题。

由表一我们可以看出，粪便、尿液中的氮磷很多，也是污水中氮磷的主要来源，所以把尿液一分离，粪便一分离，洗澡水、洗衣水相对来讲非常干净，这样的水经过简单处理以后就可以再利用。尿液可以让它回到土地去，粪便可以和其他来自农业的动物粪便、秸秆等通过甲烷发酵，产生能量。我们可以在从中提取能量后，让残渣再回到土地。总而言之，就是体现循环，在人和土地之间、人和水之间、人和能量之间实现水、元素和能量的循环，这就是生态卫生和生态排水的概念。该观念的基本出发点是将排水系统看作是全球生态圈和水圈的一个有关的子系统，并以可持续发展的战略去思考解决生态圈和水圈中发生的问题，力图建立一个生态型的，可经济运行的排水系统，并使水资源和营养物质得以形成闭合的循环。

瑞典Winblad konsulf认为，生态排水系统应该满足三条简单原则：能防止对环境的污染；能破环人体排泄物中的病原体；排泄物中的营养物质可作为肥料循环利用。

目前，关于生态排水系统的讨论归纳为以下几点：a.人粪尿排泄物和其他有机垃圾应采用接近自然的、低能耗的堆肥处理方法进行处理；b.诗人排泄物和其他有机物中的营养物质能安全的予以回收利用，并形成闭合循环系统；c.高效、安全、合理的用水，排除的污水处理后得到安全利用或者回送补给地下水，也形成闭合的循环系统；d.更广义的理解还应包括雨水的收集储存、利用以及渗流补给地下水[7]。

4.生态排水系统技术的研究与发展现状

4.1有关生态排水系统技术的研究

美国哈佛大学认为生态排水系统是一种很有希望的技术，研究开发了一种带有固体传感器的微型芯片，可用于控制沼气堆肥厕所运行的程序。

瑞典近年研究开发了一种非混合型的马桶，即将尿液单独流入一贮罐，贮存半年以后，某些药物残留物降分解破坏，然后用于农肥，粪便做堆肥处理。

欧洲开始使用一种真空抽水马桶，每次冲洗仅需0.7～1.0L。真空系统的真空度为0.5bar，真空管的直径为50mm。冲厕粪便水同家庭有机垃圾破碎后一同在半集中式沼气池中处理，产生的沼气作为天然气的补充能源。挪威奥斯陆也建立了类似的生态厕所，分辨用卡车运走做堆肥处理。

另外，适用于农村的生态厕所较之前有所不同。它是采用具有良好多孔性、吸水性、排水性的锯末或者麦秸作为微生物的繁殖场所，在反应箱内进行人工强化堆肥处理。生态厕所内的粪尿和锯末混合，在微生物的作用下得到快速降解，其产物可作为肥料及土壤改良剂。据M.A.Lopez Zavala等实验分析，影响生态厕所正常运行的有温度、湿度和混合频率三个主要因素，其最佳操作工况为温度50℃～60℃、湿度为50%～60%，混合频率为15～25次/d。我国江苏地区有应用案例[3]。

除了以上具体的技术研究，生态排水系统已经扩大到了整个城市排水系统的规划和建设中。如德国正在实施的AKW2100研究项目，该项目拟定了三种不同的系统方案，其中第二方案—城市水回用方案，其特点是：厕所排除的尿液已被单独分离，并被专用卡车收集用于制造含氮肥料；其他污水与粉碎的厨余有机物军排入下水道，处理后的水通过另一条并行的管道分别供给居民冲厕、消防和工业用水，这样更有利于解决厌氧处理污水时碳源不足的问题；雨水则直接用于非饮用目的的用水或渗流补给地下水。

4.2生态排水系统的发展现状

为了研究和发展该技术，各国建设了大量的示范工程，具体举例如下：

中国：

北京建筑工程学院在北京市财政专项基金的支持下建立了原生态文明可持续要素集成示范工程。该示范基地位于北京市昌平区兴寿镇东庄村（小汤山以北6公里处）一荒弃河滩地，占地面积约2公顷。示范工程内容包括尿液源分离厕所、雨水收集系统、人工湖净化和水景设施、灰水和雨水处理人工湿地等设施。在这一示范基地实现了水、营养元素、能量的闭合循环，做到了污染物零排放，形成一个真正意义上的生态村模式。

据悉，示范基地内使用粪、尿分离便器分别收集尿液和粪便，尿液通过集尿井收集之后用于农田灌溉，粪便污水经负压管道收集至负压站，然后再输送至沼气池进行厌氧发酵产生沼气，用于照明和生活燃料，实现了能源的回收再利用。日常生活中洗衣、做饭、盥洗产生的污染较轻的生活杂排水（灰水）首先排入收集井后经负压管道收集至负压站，然后输送至垂直流型人工湿地进行处理，处理后的水作为人工湖景观补充用水和农田灌溉用水。通过使用源分离卫生器具和灰水收集、处理、回用，可节约大量淡水资源。

尤其值得一提的是，示范工程的雨水收集利用方式。工程采用了两种方式，一种是雨水直接收集利用，通过一系列的处理程序，处理后雨水就可以补给生活用水，实现对雨水的直接回收利用。一种是人工湖生态处置综合利用系统。主要通过植被缓冲带、生物滞留设施、人工湿地及生态湖等源头或末端生态措施对屋面和地面径流雨水进行收集、净化、贮存和利用，在保证整个水环境可持续发展的基础上达到滞留净化、防洪调蓄、雨水资源化、美化景观及增强娱乐效应等多重目的。

再更加具体的例子如内蒙古郝兆奎生态小区：

该小区是世界上首例在多层建筑中大规模使用源分离生态卫生排水系统，示意图如下：

图2 郝兆奎生态小区建筑内生态卫生排水系统示意图

其主要特点是：

1.采用粪尿源分离干厕，分别收集粪便和尿液；2 粪便与有机垃圾共同通过堆肥制成肥料农用， 尿液稀释后直接用作农业肥料；3.采用分散式污水处理系统。小区居民日常生活产生的生活灰水通过小区内部的灰水处理站进行处理，达标后排放, 或进行深度处理后回用[9]。

德国：

德国在鲁贝克市郊区占地3.5hm2 的居住区建立了带有真空系统的便器排水系统。该居住区有350个居民。其生态排水系统建有真空泵站，真空度为0.5 bar。现代真空厕所已可做成噪音小于一般水冲马桶。粪便污水每日仅约2～2.5m3与厨余垃圾混合物在沼气池中消化，池子容积是50m3。沼气池产生的肥料由卡车运至农田附近的贮池，其容积可贮存8个月的贮量。住宅排出的其余废水每日约25m3 经生物膜法和人工湿地处理。工艺流程图[7]如下：

来自屋顶和地面的雨水，通过地沟引入居住区内的浅槽渗入地下。降雨量过大时，过量的雨水排入水塘，并通过水塘排入附近的小溪。通过此种方法，雨水可渗入地下或直接排人天然水体进入自然循环。

根据统计，该示范工程平均节约自来水大于40%，且按照德国的污水和自来水收费标准，和传统的污水处理系统相比人均所需费用相当。但随着系统的大力推广，相应的设备价格会逐步降低，将会进一步的促进该系统在城市居住区的推广和应用。

5.生态排水系统技术的适用性分析

技术的适用性必须考虑技术本身的特点、经济性方面的因素以及与应用相关的其他因素。经专家论证, 确定了评价技术适用性的因素主要包括技术、经济、运行管理、环境影响和其他等5 项因素,并且细分了各因素中的子因素, 同时根据重要程度赋予权重, 各因素总和为100，以郝兆奎小区为例[9]：

可以看出，对于住宅来说，生态排水系统与传统的排水系统相比总分相当，说明在技术层面上生态排水系统技术是基本适用的。但是由于技术的稳定性、成熟性和必要的舒适性等因素还比较欠缺，所以我们还应努力完善该系统和相配套的设计依据，开发更多的相关产品。

对于城市管网，由于管网的覆盖率很大，加之挖掘、铺设会导致大量资金的投入而经济效益短期很难回收，同时会造成城市交通的混乱，所以，生态排水系统在城市管网中的应用会经历一个相当漫长的时间。所以，从卫生器具、化粪池等具体部分入手，大力推广该系统是目前最可行的方案，虽然该系统在经济效益方面短期很难让人接受，但是考虑到发展的大局，该系统的环境效益和经济效益还是比较可观的。

参考文献

[1].李子富.德国某居住区生态卫生系统污水分流处理示范工程.中国给水排水，2007.33(4)

[2].李新冬,黄万抚.关于我国城市排水系统的思考.中国资源综合利用.2008.08

[3].刘定保.浅谈农讯排水系统现状及应对措施.科技资讯.2010(2)

[4].刘丹梅.浅析我国城市排水系统现状及前景.科技创新导报.2011(24)

[5].许伟,马富国,吴宝峰.浅议城市排水系统的发展与现状.科技致富向导.2012(10)

[6].王虹,白春燕.浅谈我国排水系统体制建设中存在问题及建议.科技信息（黑龙江）

[7].宋序彤.生态卫生（排水）系统国内外发展比较.中国给水排水.2003.29(10)

[8].张辰,陆嘉竑.生态型排水系统的研究与开发.崇明东滩生态化建设高层论坛文集

[9].周律.住宅区生态卫生排水系统技术和费用效益评价.中国给水排水.2009

[10].陈析,余国红等.生态型排水系统的经济适用性分析

[11].王善波,周朝阳.某城镇道路雨水生态排水系统设计与施工.中国给水排水.2011

[12].李彤.城市道路下的生态排水措施分析.中国给水排水.2012(8)

[13].单保庆,李楠,唐文忠.江淮农村生态型排水系统构建及截污作用研究.环境科学.2012(10)