浅谈污水处理与管理领域的新方法与新技术

水资源的不断往复循环有可能导致溶解性固体的不断积累，比如盐。而为了维持水质，我们必须严格控制溶解性固体在水中的含量。反渗透(RO)以及其他工艺可以过滤水中的盐分，排出的浓水将注入咸水含水层，或者用其他工艺进一步处理，比如蒸发结晶。

有很多人会提出以下疑问，为什么不能借鉴海水淡化工艺来处理污水，以增加储水量?虽然海水淡化工艺在 技术上并不复杂，但是这个工艺并不符合可持续发展的需求，因为它需要大量耗能。尽管技术的进步有助于降低工艺能耗，但用海水淡化工艺处理污水所需的能耗与其他工艺的能耗相比，仍然是天壤之别。因为海水中固体含量是35000mg/L，而污水中的固体含量仅为1000mg/L。

可持续发展系统中的技术应用

我们可以列举出一些有利于可持续发展的方法：

提高当地雨水收集与利用率;

改良生活习惯，减少 用水量;

废水回收及循环利用;

从废水中回收能源;

回收营养物，氮、磷、纤维素等;

特殊种类废水分类处理。

总之，有许多技术都有助于改善图1所示的水系统，以及改进分散型或集中型水资源管理(表2)。总目标就是保护当地水资源，以满足当地各种各样的用水需求。

通过收集雨水来增加水资源储备的方法十分有效，因 为雨水被收集后可以被直接利用，或者仅通过一些自然处理，就可以将其注入地下蓄水层，以备未来之需 (Strecker et al., 2005)。收集雨水的技术包括透水路面、绿色屋顶、 雨水花园等。在过去的一个世纪，这些技术都得以大力发展， 雨水收集与治理技术已变得越来越可靠、可信。

水和污水处理技术都是城市水系统的关键组成部分。 膜技术可以有效去除水中颗粒物质(微滤和超滤)，以及溶解性物质(纳滤和反渗透)，因此膜技术在近年来的使用率得以明显提高。把膜技术与生物技术整合在一起，就形成了生物膜反应器(MBR)，该技术作为一种高效回收水的工艺而迅速崛起 (Daigger et al., 2005; DiGiano et al., 2004)。高级氧化技术整合了臭氧、紫外光、过 氧化氢，以创造一种具有极强氧化性的氢氧自由基。除此之外，活性炭技术也广泛用于水处理与回收。

解决环境目标的工具

“技术工具箱”中的其他工具不一定会对减少水资源消耗有太多作用，但是也许对实现其他环境目标大有帮助，比如有助于实现能量平衡和减少营养物流失。如图2所示，洗衣用水和淋浴用水(称为灰水)的污染物含量很低，但是却占据着城市污水水量的最大比例 (Henze and Ledin, 2001;Tchobanoglous, 1981)。由于灰水污染程度低，只需要经过适当处理就可以成为非饮用类的再生水。所以相较于将饮用水和非饮用水合在一 起进行循环回收，单独对灰水进行循环回收更加合理，因为单独循环回收只需要耗费较少的能量、消费较少的资源。另外，通过使用特殊设计的热交换器和热泵，还能从处理灰水的过程中提取或转移热量，而热能也是一 种非常重要的能源。

除了水中的热值之外，废水流的几种组分中的有机物也代表了能源的主要来源。如图2所示，大多数的有机物主要存在于卫生间和厨房所产生的生活污水中，这些废水被定义为黑 水。黑水的水量并不大，我们更建议直接对黑水进行处理，回收其中蕴含的能源。从黑水中回收能源的技术包括热力燃烧、厌氧消化(产沼气)， 这些技术可以结合用在热电联产系统里。比如，微生物燃料电池就是一种 新兴的能源生产技术 (Logan et al., 2006)。

大多数营养盐都滞留在人畜尿液中，我们也将这种水称为黄水。当能量管理、营养物回收和源分离相结合时，就能实现从废水中有效提取和回收能源和营养物。实现营养物回收的 技术有很多种，比如，污水处理过程中产生的污泥富含了大量氮磷，如果将这些氮磷提取出来，可以直接作为氮肥磷肥应用于土地耕作。第二种方法是施用磷酸盐肥料，这种肥料包含了鸟粪石或者磷酸钙，是将磷化学沉淀之后的产物。

如表2所示，雨水收集与水回用技术在地方层面管理中最能发挥作用， 尤其是针对分散型系统。水回用技术会弱化泵的作用，因为水回用往往是就近回用，不需要远距离输送。相比 之下，能源管理和营养物回收技术更适用于大规模集中型系统。图3展示 了一个综合系统，该系统基本包含了所有的废水流，比如灰水、黑水、黄水， 并阐明了各种废水流应该对应采用哪种处理技术。

新技术

膜过滤系统

膜系统对深度水回收系统的发展具有至关重要的作用，并且对这种系统的开发还将持续下去。浸入式的微滤和超滤系统作为反渗透系统的预处理工艺效果非常好，可以去除大部分的可溶性物质成分。另外，膜过滤系统的改进 将推进深度污水处理技术和MBR的发展，这二者都是水回用工业的主力技术。

在MBR工艺 中， 较长的泥龄 (SRT)给微生物深度反应提供了适宜的环境，同时对抑制细菌、病毒也起到了帮助，所以MBR工艺的出水水质非常好。所以，MBR工艺是非饮用类 水回用工艺的理想备选方案。如果回用水以饮用为目的，则MBR工艺之后还需要设置反渗透工艺和紫外消毒工艺 (Tao et al., 2005, 2006)。

纳米技术

近年来，纳米技术已经开始被用于进一步改善膜的性能，用纳米技术制成的膜材料性能更佳，比如，膜污染较缓、水力传导性更好、允许穿透性更灵敏。反渗透技术的改良包括两方面，膜材质和膜组件结构配置，其他领域还包括更高效的水泵输送和能量回收系统， 以及研发新的工艺技术，例如膜蒸馏。

编辑：李丹