黄水处理技术的研究进展
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摘要：源分离污水处理技术在近20年中得到了广泛的研究与应用。本文根据在源分离过程中产生的黄水的不同处理目的，分别对黄水处理方法进行了介绍。主要有7类不同的处理方法，分别是体积缩减、稳定化、无害化存储、磷回收、氮回收、营养物质的去除和为污染物质的去处与分离。并对这些技术做了展望。
关键词：黄水处理；源分离；生态卫生排水
Abstract: the source separation wastewater treatment technology in nearly 20 years a wide range of research and application. In this paper, according to the source separation produces in the process of the different treatment objective yellow respectively, the water treatment methods are introduced in this paper. Main have seven categories of different processing methods, respectively is volume reduction, stabilization, harmless storage, phosphorus and nitrogen recovery and recycling of nutrients and the removal of pollutants in place for separation. And these technology were discussed.
Keywords: water treatment; Source separation; Ecological health drainage
中图分类号：S891+.5文献标识码：A 文章编号：
1 引言
随着能源危机的加剧和可持续发展理念深入人心，基于能有效降低污水处理厂运行能耗并能实现水、营养物质和能量原位闭合循环的“源分离”技术近年来在国际上开始受到广泛的研究[1]。通过源分离可以减少污水中80%的含氮量，远远高于具有脱氮功能的污水厂50~60%的脱氮量[2]，同时从尿液中回收的磷还可以用于农业用磷肥的生产。
源分离技术通过粪尿分集便器将粪便与尿液分别收集、输送、处置、利用使其不在与其他污水混和。经分离后的污水可分为：褐水（粪便及其冲洗水）、黄水（尿液及其冲洗水）、黑水（尿液粪便及其冲洗水）和灰水（不含粪便尿液的污水）。由于黄水中含有大量的营养物质，据Almy Malisie[3]报道，生活污水中来自尿液产生的氮磷钾的含量所占的比例分别为86%，21%和69%，因此如何回收其中的氮磷钾等营养物质并加以利用得到了广泛的研究。
目前针对黄水的处理技术有无害化存储技术、体积缩减技术、稳定化技术、磷回收技术、氮回收技术。这些技术中有的已经得到了应用，有的还只是在试验研究阶段。
2 黄水处理技术研究进展
2.1 体积缩减技术
将黄水作为肥料，从经济角度考虑，其营养物质含量还是比较低的，氮为0.9%，磷为0.06%，钾为0.3%。所以若能缩减黄水的体积，浓缩其中的营养物质，这将会给黄水的储存和运输带来很大的经济效益。
2.1.1 蒸发
蒸发是将水分从黄水中脱除的最简易方法，目前主要的方法有[4]：①水蒸气浓缩蒸馏法，该法可以脱除96%的水分，一个小型系统的能耗为277～396MJm-3，在2005年，美国国家航空和宇宙航行局曾计划将此技术应用于国际空间站。②热电集成膜蒸发系统，首先将黄水经过臭氧和硫酸的预处理，然后对其进行加热，受热后的黄水在泵的作用下进入中空纤维膜，最后由于其压力降低而蒸发。③空气蒸发系统，经过预处理的黄水在泵的作用下经过一个颗粒过滤器进入吸液芯包，热空气将水分从吸液芯包中蒸发，留下固体物质。④冻干法[5]，冻结的黄水在真空条件下升华，然后在-90℃下使其重新结冰，此时的总固体含量为51mgTSL-1。
黄水的蒸发存在两个问题：氨损失和高耗能。抑制黄水的尿素水解或者将黄水酸化可以控制氨损失，采用能量循环系统可以降低能量的消耗。
2.1.2 冻融
冻融技术是一种用于固液分离的物理技术。Ganrot Z等人[6]采用冻融技术对黄水中氮的回收进行了试验研究，在-18℃下将黄水冷冻24h，然后采用水浴加热法在30～40℃下加热5～10分钟，此时漂浮冰块的体积约占总体积的60%，将其移除后，剩余液体中约浓缩了60%的氮。Lind等人[7]在-14℃下将黄水进行冷冻，将近80%的营养物质浓缩在原体积的1/4中。该方法在很大程度上缩减了黄水的体积，并且可以达到回收氮的目的。采用冻融技术冷冻时能耗较高，这使得该方法有一定的局限性。
2.1.3 反渗透
反渗透技术装置紧凑，受负荷变化影响小，浓水易于回收。Hofman等人[8]研究发现在黄水的反渗透过程中，除了营养物质被截留外，大部分微污染物也能被截留，而两者的分离有待研究。反渗透技术应用于黄水处理的主要限制因素是“结垢”[9]，因为黄水在通过反渗透膜的过程中，其含有的盐分会沉积在膜的内外表面上。可以通过添加酸、表面活性剂或者两者的混合物来避免结垢现象，但添加量要依据实验来确定。
2.2 稳定化技术
新鲜黄水中含有盐、可溶性有机物、尿素等，黄水被微生物污染后，有机物会被降解，尿素会发生水解反应，导致沉淀物的生成和氨气的挥发。由于微生物是导致上述现象的根本源头，所以维持黄水稳定性的根本方法是抑制微生物的生长。
2.2.1 酸化
抑制黄水中尿素水解的一种方法是将黄水的pH值控制在4以下[10]。实验研究表明用强酸（例如每升黄水中添加2.9g浓硫酸）使黄水中的H+浓度为60mmol/L，可以使pH值保持在4以下达250天之久，并且有效地抑制了尿素的水解。酸化可以带来积极的副作用：一方面，pH低于4的环境会给致病生物带来有害影响，可以实现无害化处理；另一方面，低pH环境也会影响黄水中的药品成分，当pH为2时，50%～95%的抗生素（磺胺甲噁唑、四环素）失活。酸化技术存在的问题是对储存容器会带来一定的腐蚀作用，并且如果黄水用作肥料，还需考虑pH过低的问题。
2.2.2 电解
采用电解技术处理黄水，由于黄水在电解作用下产生的氯会抑制尿素酶的作用从而使其失活，进而抑制了尿素的水解，所以可以维持pH的稳定，避免氨的逸出而产生难闻气味，并且还可以将氮进行保留。Mineo Ikematsu 等人[11]对“采用电解法处理尿液并将其作为冲洗水回用”进行了研究。研究结果表明，采用PtIr/Pt/PtIr 电极，将氧化还原电位控制在≥240mV 时，尿素酶的活性可以得到很好的抑制，可以实现将尿液进行储存并回用于冲洗水的目的，既解决了尿液的储存问题又节约用水。
2.3 无害化存储
一般情况下，尿液中很少含有病原体，而粪便含有很多，并且尿液可能会受到粪便的污染，从而携带一定量的粪便指示微生物。Schonning等人[12]研究发现在尿液收集系统中，每升尿液中含有9.1±5.6mg粪便污染物。从卫生学角度出发，对黄水进行无害化处理是非常必要的。研究最多并且已经应用于实际的方法是储存技术。目前，这种方法在瑞典得到了广泛的应用。无害化存储是通过密闭的容器将黄水存储一段时间后，或是将黄水保存到土壤中，待其中的病毒被杀死后在施用到农作物栽培过程中。