編者按：不斷嚴格的排放標準使污水處理升級改造變成常態，這勢必造成處理能耗并導致碳排放量增加。城市集中式污水處理“木已成舟”、“不可救藥”，“勇往直前”追求高大上的技術怕是不二選擇。然而，我國廣大農村、鄉鎮地區正處在污水處理技術選擇關鍵時期，是沿用城市集中式處理方式，還是回歸生態模式？誠然，糞尿返田等原生態模式難上大雅之堂，也備受衛生或農業部門詬病。但是，糞尿返田的主流生態作用毋容置疑，也是人類文明對生態循環保留下來的絕無僅有的小小貢獻。如果糞尿返田之習慣被完全棄之，生態文明建設恐怕將成為一句空話，因為生態是動態的，是一種循環，絕不是僅僅種點花草樹木、再弄點湖光山色那樣簡單。因此，包括糞尿返田在內的基于自然（Nature-Based Solutions, NBS）處理系統理應成為我國農村、鄉鎮分散式污水處理的首選，也是實踐藍色發展的需要。為此，本期回顧2015年所發表的文章，從自然水循環基礎入手，概括人類出現對水循環過程中水量與水質的影響及人類應采取的對策。以原生態文明可持續意義為背景，審視現代文明中排水體制對生態基礎的破壞以及人工恢復所需要采取的技術手段。針對我國目前城鎮化及生態文明建設，指出原生態文明乃應保留與發揚的分散式處理模式。對木已成舟的城市，言明集中式處理的發展方向以及重點目標。指出未來污水處理的理念與方向，即，一個中心（可持續）、兩個基本點（碳中和與磷回收），最終全面變藍色。

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順應自然水循環

“生命之水天上來”、“條條江河歸大海”，這就是所謂的自然水循環。在遠古時期，水只是用來延續生命，但隨著社會高速發展，人類對水的需求已經不止于此，社會發展程度與水質水量呈反比例增長，造成生態環境的嚴重破壞，而這又反過來抑制社會的可持續發展，造成兩敗俱傷的局面。

因此，人類要想可持續延續，必須遵循生態規律、順應比自己生命更久的自然水循環。

02

原生態與現代文明

“食物來自土地，排泄物回歸土地”是我們的老祖宗幾千年來在實踐中形成的農耕文明，即“原生態文明”。這種生活方式使得營養物、能量和水在人與土地之間形成一種良性循環，使磷等不可再生資源未被過度消耗。盡管農村許多現存的旱廁不衛生，但糞尿作為收集原生態文明的基本元素是正確的。

工業革命以后城市化進程的加快導致了沖水馬桶、下水道這一現代文明產物的出現，打斷了人與土地之間的營養物循環，使得磷走上流向海洋的不歸路。因此陸地上的磷越來越少而水體卻因磷含量不斷上升而造成富營養化。

03

城鎮化建設與既有城市排水體制選擇

原生態文明“生態而不衛生”，現代文明沖水馬桶和下水道“衛生而不生態”。比較兩種排水體制，就生態意義而言，原生態文明更值得保留和提倡。衛生方面的瑕疵可以通過以源分離為基礎的“生態衛生”方式解決。這對靠近土地、易于實現糞尿返田的城鎮來說是最好的處理與資源利用工藝。但是，對于城市來說顯然不太適用，基礎設施推倒重來需要付出巨大的經濟代價，況且城市遠離土地也使得糞尿返田存在許多實際問題。所以，既有城市不得不停留在當前已被鎖定的集中式處理的范疇。

04

生態排水方式

以源頭分離為基礎的分散式處理方式被稱之為“生態衛生(Ecosan) ”，是歐洲國家根據糞尿返田生態原理所設計的一種生態排水方式。通過在衛生潔具或排水系統設計上采用糞尿(黑水)或者尿液(黃水)、糞便(褐水) 單獨收集、分別輸送方式而使之與灰水、雨水實現分離、返田，從而達到如圖1所示既生態又衛生的目的。

圖1為Ecosan在北京奧運森林公園、清華大學環保樓、北京小湯山、河北邯鄲南界河店村等處已有應用或示范。

圖1 生態排水源分離后各物質及其處理、利用方法與方向

05

集中式污水處理發展方向

集中式污水處理的出現源于沖水馬桶和下水道的應用，最早是為了解決衛生問題，目前已過渡到水資源保護乃至環境保護，在人類走可持續發展道路（見圖2）下，未來則以資源與能源回收為主要目標。

圖2 可持續發展：經濟、社會、環境三者和諧統一

傳統污水處理工藝缺陷

傳統污水處理技術主要弊端總結于圖3。作為污水中的主要有機污染物COD在傳統水處理過程中主要是依靠消耗化石能源供氧使其氧化，事實上COD是一種潛在的有機能源，每1kgCOD含14MJ的代謝熱，從這個意義上講，傳統污水處理實際上是“以能消能”。同時，消耗化石能源還會引起大量的CO2排放，造成水污染演變為大氣污染的“污染轉嫁現象”。此外，反硝化以及化學除磷需要日常消耗化學物質、產生大量剩余污泥、平面反應器占地過大等也是傳統污水處理工藝與生俱來的缺陷。

圖3 傳統污水處理技術主要弊端

可持續污水處理理念與技術基礎

可持續污水處理視污水為資源與能源的載體，強調資源與能源回收，且為回收資源與能源而采用的技術所需能源與資源消耗量應最低，并且不產生二次污染或污染轉嫁，工藝占地也應較小。

市政污水處理以COD、N、P為三大去除目標。如圖4所示思路，COD不應直接被氧化至CO2，而應該是在滿足脫氮除磷的碳源需要前提下將多余的COD盡可能轉化為能源（如CH4 ）使用。反硝化除磷技術將脫氮與除磷合二為一，理論上可節省50%的COD和30%的供氧量。厭氧氨氧化技術則是在不需要COD和O2的情況下直接將氧化為N2。無論是曝氣量減少，還是多余COD轉化能源均意味對外源能耗依賴的減少， CO2排量的降低。

傳統污水處理工藝需要占據大量土地，反應器向空間方向發展，或研發緊湊型工藝亦成為可持續污水處理的一個重要發展方向。好氧顆粒污泥工藝(NEREDA) 優勢明顯，與傳統活性污泥相比，好氧顆粒污泥工藝可節省占地70%、能量40%、投資25%。

圖4 可持續污水處理基本思路

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未來可持續污水處理發展核心

發展以資源、能源回收為主的可持續污水處理是目前乃至今后很長時間內技術研發的核心。從理論上講污水中含萬種潛在物質、元素。在資源回收方面，目前最為緊迫的屬磷元素的回收。在能源回收方面，污水所含余溫熱能不容小覷，至少可以作為有機能源赤字的補充，使污水處理達到能量自給自足的“碳中和”狀態。因此，未來污水處理方向將是一個中心（可持續）、兩個基本點（碳中和與磷回收），技術研發將始終沿這一方向推進和應用。

碳中和與能源中和

表1總結了國外一些致力于碳中和運行的污水處理廠情況。這些實例表明，基于剩余污泥有機物能源，即剩余污泥厭氧消化產CH4，可以滿足或最大程度滿足能源中和運行目標。然而，剩余污泥產量的多寡又受進水有機物濃度的限制，并不一定能完全滿足能源中和運行的需要，這就需要考慮利用污水余溫中所蘊藏的可觀熱量。

表1 國外污水處理廠能源中和運行實際案例

針對中國污水水質特點及常用工藝，以北京某大型市政污水處理廠( COD=400 mg /L) 為例，詳細計算了該廠有機能源利用僅能滿足53% 的能源中和運行目標，赤字能量可以通過水源熱泵轉換污水中熱量予以實現。

磷回收

全球可經濟開采的磷礦將在50年之內用完，而全球全部磷儲量將在100～200年內耗盡。因此，磷回收已迫不及待。沖水馬桶、下水道、污水處理廠等現代文明產物早已使人類排泄物中的磷難以回歸土地；動物糞尿也在被化肥廣泛替代的情況下失去了回歸土地的機會。

顯然，控制磷的匱乏速度必須立刻恢復已基本消失的磷循環，其中，從點源——污水中回收磷則成為最大的一種可能。為此，市政污水與動物糞尿(為污水中磷含量的5倍)一起已被看作是“第二磷礦”。磷回收的目標產物目前主要為鳥糞石(MgNH4PO4·6H2O) ，其中所含P折標P2O5后高達51.8%(基于MgNH4PO4計算) 。但實際上，鳥糞石其實是一種緩釋肥，并不適合直接用于糧食生產，較適合于果木、園林等施肥。磷回收產物更多去向應為磷肥工業，而磷肥工業對磷礦石成分并無喜好，只求盡可能多的磷含量。這就是說，從污水中回收鳥糞石在技術上非常困難，而實際中也沒有必要，完全可以因地制宜地回收其他形式的磷酸鹽。

NEWs概念與新生代污水處理技術

荷蘭應用水研究基金會(STOWA) 早在2008年以前就用“NEWs”一詞高度概括了未來污水處理廠實際上將是營養物、能源與再生水三廠合一模式。

傳統污水處理觀念將處理后的再生水視為“主”產品，而在可持續觀念下視為“副”產品，因為在主產品磷回收和碳中和完成后污水自然而然得到凈化。減量化→穩定化→無害化→能源化是傳統污泥處理/處置的原則與順序。在碳中和運行時代下，則將能源化作為核心，因為剩余污泥最大能源化以后自然而然的就會實現減量化、穩定化、無害化。

Mark van Loosdrecht教授預言新生代處理工藝仍將定位于強調可持續性；在磷回收、碳中和兩個基本著眼點上，亦將考慮回收纖維素、藻酸鹽、PHA、脂類、CO2甚至腐殖酸等。新生代核心技術以好氧顆粒污泥與厭氧氨氧化為主，分為好氧顆粒污泥(主流) 與厭氧氨氧化(側流)、COD 篩分/濃縮(預處理)與厭氧氨氧化(主流)兩種形式。

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結語

縱觀集中式污水處理技術理念與發展方向，無外乎是一個中心（可持續）、兩個基本點（碳中和與磷回收），其內涵實質上與原生態文明殊途同歸，差別只是技術難度與管理水平不同。從這個意義上說，只要維持并發揚光大老祖宗創造的原生態文明，已經可以解決不少問題，至少不會出現農村污水處理難的問題。

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