水污染是我國主要的環(huán)境問題之一，直接影響公眾健康和環(huán)境安全。盡管我國已高度重視水環(huán)境保護，采取了各種措施防治水污染，但水污染事件仍頻頻發(fā)生，水環(huán)境保護形勢依然十分嚴峻。水污染降低了水體的使用功能，加劇了水資源短缺，對我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施帶來了負面影響，因此進行污水處理刻不容緩。目前，分散式污水帶來的污染問題也愈發(fā)突出。據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設部統(tǒng)計，我國58萬個自然村中分散式污水處理率2008年僅為3%，2012年也僅達8%，未處理的分散式污水總量是城市和縣城采用集中式污水處理總量的1. 5倍。
因此，分散式水體污染控制相關研究成為環(huán)保工作者當務之急。
污水處理系統(tǒng)通常分為分散式和集中式2種。市政工程中污水的標準處理系統(tǒng)均為集中式污水處理系統(tǒng)，絕大多數(shù)的城市也選擇該系統(tǒng)，集中式污水處理系統(tǒng)適用于收集與處理大流量的污( 廢) 水，具有處理規(guī)模大、基建費用大、運行成本高、適用于污染源較集中地區(qū)等特點，到“十一五”末期我國集中式污水已基本得到有效控制。而像農村與城鄉(xiāng)結合部、*駐區(qū)、旅游區(qū)、獨立別墅區(qū)、機場等地處市郊或遠離城鎮(zhèn)且未納入城市市政管網覆蓋范圍特定區(qū)域的生活污水，具有污(廢)水產量小、產生源分散、污染源數(shù)量多等特點，不適宜進行集中處理，對該類污(廢)水國內外學者都積極倡導污水分散處理思想，即就地處理、就地回用，實現(xiàn)水平衡和水循環(huán)。
筆者闡述了分散式污水處理技術的研究進展，系統(tǒng)分析了分散式污水處理技術原理和優(yōu)缺點，提出了分散式污水處理的技術發(fā)展方向。
1、分散式污水處理系統(tǒng)概念及系統(tǒng)構成
目前，我國主要研究的污水處理方式是集中式污水處理，對分散式污水處理的研究尚不夠深入，對分散式污水處理系統(tǒng)也缺乏一個較明確的概念，僅簡單停留在污水處理廠小型化認識階段，即對處于城市邊緣或村鎮(zhèn)，排水管網不完善、無集中污水處理廠的地區(qū)，由于受到地理條件和經濟因素制約，不宜進行生活污水集中處理的，采取污水就地處理，實現(xiàn)達標排放或回用。結合地區(qū)經濟和環(huán)保技術發(fā)展水平，分散式污水處理應采取因地制宜、靈活多樣的技術工藝和治理途徑，滿足生態(tài)化、節(jié)能化、景觀化、一體化、處理效果好、投資低、運行維護方便等需求。
因此，將分散式處理系統(tǒng)( decentralizedtreatment system，DESAR) 的概念定義為將小區(qū)或工廠排出的污水分別收集、分別處理，同時強調就近處理，運用低成本、可持續(xù)的處理系統(tǒng)進行污水的處理和回用。
分散式污水處理系統(tǒng)主要包括群集系統(tǒng)與在線系統(tǒng)。群集系統(tǒng)是服務于2個及2個以上住戶的污水收集與處理系統(tǒng)，但其覆蓋范圍小于等于整個社區(qū)，來自幾家用戶排放的生活污水，先經個體住戶化糞池或者組合裝置進行現(xiàn)場預處理，再經特殊污水管排放到較集中的小型污水處理系統(tǒng); 在線系統(tǒng)是指從個人住戶排放的生活污水，由于缺少大范圍社區(qū)用的污水管道和沒有一套集中式的處理設施，可以經機械裝置或自然系統(tǒng)來收集、處理、排放及中水回用，該種機械裝置或自然系統(tǒng)即為在線系統(tǒng)，較常用的有瀝濾場與化糞池。
發(fā)達國家的生活污水分散式處理系統(tǒng)各有特點。早在20世紀70年代，美國采取源頭控制，現(xiàn)場回收所排放污水中的能源和資源，建設了較多的分散式污水處理系統(tǒng)，如在肯塔基州與南卡羅萊納州分散式污水處理系統(tǒng)的使用率達40%，在北卡羅萊納州使用率達48%。通過各種方式使美國的分散式污水處理率達95%以上，水環(huán)境質量得到了顯著改善。美國在分散式污水處理與利用需求方面提倡節(jié)能化、生態(tài)化和景觀化。日本在20世紀60年代，伴隨著經濟的迅速發(fā)展，各種水污染事件也頻頻發(fā)生，水污染的治理引起日本環(huán)境部門的高度重視，為了解決水體污染問題，日本政府先后投入大量資金用于建設生活污水處理設施，主要包括公共污水處理廠和凈化槽2 套系統(tǒng)。其中，公共污水處理廠是利用管網收集污水并將污水輸入污水處理廠進行非現(xiàn)場處理; 凈化槽系統(tǒng)則不需要管網，而是在現(xiàn)場進行污水處理，該系統(tǒng)特別適用于分散式污水源，尤其是城市周邊的區(qū)域。目前，日本約有700萬套小型生活污水凈化裝置(凈化槽)在使用，同時，日本已經形成了比較完善的法律法規(guī)體系、技術標準體系和技術服務體系，支撐和規(guī)范著凈化槽技術的應用。德國在20世紀80年代前，對生活污水的處理還是以集中式處理方式為主，到2008年德國城市的污水處理已形成了集中和分散處理相結合的模式，擁有城鎮(zhèn)污水處理廠7203座，平均每8000人就擁有一個污水處理廠，污水處理率達7%
以上，各種處理設施總價值高達1700億元馬克(約7600億元人民幣)，其中分散式小型污水處理廠占了較大比重。
2、分散式污水處理技術研究
分散式污水處理技術因具有占地面積少、節(jié)省管網維護與建設費用、環(huán)境影響較小、因地制宜、靈活多樣等優(yōu)點，而成為一種新型的、經濟環(huán)保的污水處理系統(tǒng)。美國、日本和德國等發(fā)達國家在分散式污水處理系統(tǒng)的研究上處于科技前沿，可為我國發(fā)展分散式污水處理系統(tǒng)提供豐富的經驗和技術支撐。分散式污水處理主要采用生物處理技術，包括好氧生物處理技術、厭氧生物處理技術和自然生物處理技術，其中自然生物處理技術所占比重較大。
2.1厭氧、好氧生物處理技術
2.1.1小型二級污水處理裝置技術
我國對小型二級污水處理裝置技術的研究始于20世紀80年代末期，其核心工藝為采用物理與生物相結合方法處理生活污水。污水先經格柵和初沉池，后經厭氧、兼氧或好氧等生物處理單元，zui后污水經沉淀池排放。
2.1.1.1無動力地埋式污水處理裝置
無動力是指借生活污水排放的自然沖力驅動污水走完處理流程，不需要水泵等電動系統(tǒng)。無動力地埋式污水處理裝置的工藝流程為由初沉池、經厭氧污泥床接觸池至厭氧生物濾池，全套裝置位于地下，其工藝簡單，幾乎不耗能且無需專人管理，水力停留時間通常大于24h。根據(jù)工程實踐可知，該裝置處理污水的投資約為2000元/(m3·t) ，CODCR去除率為50%～70%，BOD5去除率為50%～70%，NH3-N 去除率為10%～20%，磷酸鹽去除率為20%～25%，SS去除率為60%～70%，處理后的污水通常只能達到二級排放標準。
2.1.1.2 微動力地埋式污水處理裝置
因無動力地埋式處理裝置具有供養(yǎng)不足與污染物去除率較低等缺點，且經裝置處理后的生活污水通常只能達到二級排放標準，有學者提出了微動力地埋式污水處理裝置。微動力地埋式污水處理裝置的核心工藝包括厭氧反應區(qū)、接觸氧化區(qū)與沉淀區(qū)，接觸氧化區(qū)安裝有生物填料與水下曝氣機。污水中污染物經生物膜上的微生物的新陳代謝作用而去除，該裝置內無需污泥回流且不產生污泥膨脹，耐沖擊負荷較強，有機物去除率高，經特別設計后該裝置可無人值守，全自動化操作。微動力地埋式污水處理裝置的核心技術為生物接觸氧化法，依據(jù)處理水質和環(huán)境要求的不同，也可采用A2/O工藝。根據(jù)相關工程實踐可知，地埋式微動力污水處理裝置處理污水的投資為2 500 ～ 3 500 元/t，處理污水的運行費用為0.5～0.6元/t，COD去除率為70%～80%，BOD5去除率為80%～85%，NH3-N去除率為60%～70%，磷酸鹽去除率為50%～75%，SS去除率為80%～90%。
2. 1. 2 膜生物反應器( MBR)
MBR是生物處理單元與膜分離單元相結合的一種新型水處理技術，二沉池用膜組件代替，以減少處理設施的占地面積，并通過保持較低污泥負荷的方式來減少污泥量。膜生物反應器內的活性污泥濃度能達到8000～10000mg/L，污泥齡可達30d以上，MBR是利用膜分離設備截留槽內的大分子有機物與活性污泥，MBR因具有截留作用，可保留像硝化菌這類世代周期較長的微生物，使系統(tǒng)具有較好的硝化效果，為深度脫氮除磷提供可能。MBR工藝具有耐沖擊負荷高、處理效果好、出水水質穩(wěn)定、易操作管理、剩余污泥量少和占地空間小等優(yōu)點。在再生水資源日益得到重視的當今社會，MBR工藝因膜通量提高、膜費用降低及壽命延長等在污水處理領域特別是分散污水處理和回用方面得到普遍應用。獨立的MBR工藝對氮磷去除率較低，因此通常將MBR與其他工藝進行組合。如淹沒復合式膜生物反應器、循環(huán)交替式活性污泥法MBR、生物移動床MBR、淹沒式MBR、循環(huán)間歇式活性污泥法MBR、厭氧+好氧+缺氧序批式MBR等，這些新工藝不僅強化了處理效果，提高了氮磷的去除率，同時減輕了膜污染。
2. 2 自然生物處理技術
2.2.1 人工濕地處理技術
人工濕地處理技術zui早可追溯到1903年，英國在約克郡建立了世界上*個用于處理污水的人工濕地，距今已有100多年的歷史。人工濕地處理技術在歐洲應用較多，20世紀80年代我國開始陸續(xù)在北京等地建設了數(shù)10座人工濕地工程，對水污染控制起到了一定的作用。人工濕地是由人工建造和控制運行的與沼澤地相似的地面，利用生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學與生物的三重協(xié)調作用，經過濾吸附、離子交換、沉淀、植物吸收與微生物分解實現(xiàn)對生活污水的凈化。

表1 小規(guī)模人工濕地設計參數(shù)
按污水的流經方式，人工濕地分為垂直潛流濕地(VFW)、水平潛流濕地(SSFW)和表面流濕地(SFW)。其中，SFW不需要砂礫等物質做填料，造價較低，但其水力負荷通常也較低; SSFW的保濕性較好，對有機物與重金屬等污染物去除效果較好，受季節(jié)影響較小，但其控制較復雜，氮磷去除效果相對較差; VFW綜合了SFW和SSFW的特點，但其建造要求較高，至今尚未普遍使用。小規(guī)模人工濕地設計參數(shù)見表1。人工濕地的優(yōu)勢主要有: 投資少，建設、運營成本低廉，污水處理系統(tǒng)組合多樣性和*的綠化環(huán)境功能。人工濕地的建設成本和運行成本約為傳統(tǒng)污水處理廠的1/10～1/2，按污水中污染物的類別、特點，可靈活選用不同基質與植物的組合，以達到*的去除效果。人工濕地的污染物去除效率高，一般BOD5的去除率為85%～95%，COD去除率高于80%，氮去除率約為60%，磷去除率高于90%。人工濕地因栽種大量的水生植物，而對環(huán)境起到綠化作用。人工濕地也存在一些缺點，主要為: 受氣候影響較大; 占地面積相對較大，通常約為傳統(tǒng)處理廠的2～3倍; 容易產生淤積飽和現(xiàn)象; 人工濕地逸出的NH3、H2S以及各種揮發(fā)性有機物會產生一定異味。
2.2.2 新型污水生態(tài)處理技術
蚯蚓生態(tài)濾池和生態(tài)廁所是2種新型污水生態(tài)處理技術。
2.2.2.1 蚯蚓微生物生態(tài)濾池
蚯蚓的消化道能分泌纖維素酶、蛋白酶和脂肪酶等多種酶類，其吞噬能力驚人，且對大多數(shù)有機物有較強分解作用。許多學者開始日益重視蚯蚓天生處理污染物的能力，將蚯蚓人工引入生物濾池中，形成一種新型污水處理技術——蚯蚓生態(tài)濾池。同濟大學是國內較早開展蚯蚓生態(tài)濾池新型污水處理技術相關研究的機構。其研發(fā)出的適用于我國的蚯蚓生態(tài)濾池，已完成了小試、中試和生產規(guī)模性試驗，并為蚯蚓生態(tài)濾池的實際應用提供了寶貴經驗。
蚯蚓生態(tài)濾池的核心工藝為人工打造的適合蚯蚓等多種微生物生存的生態(tài)濾床環(huán)境，通過蚯蚓與其他微生物協(xié)調作用，處理和轉化污水中的各形態(tài)污染物。生態(tài)濾池中的蚯蚓主要參與污水污泥的分解作用，并對濾床起清掃作用，增加濾床的通氣性，防止濾床堵塞; 蚯蚓可改變?yōu)V床生物種群結構，提高生物活性作用，并促進濾床的碳氮分解與轉化。蚯蚓生態(tài)濾池對COD、BOD5、TSS的去除率都在80%以上，對NH3-N的去除率在55%以上，TP去除率在45%以上。蚯蚓生態(tài)濾池具有工藝過程與設備簡單、易操作、易維護、易管理等優(yōu)點，適于農村生活污水處理，但因蚯蚓有冬眠與夏眠的習性，會導致出水的階段性不穩(wěn)定。
2.2.2.2 生態(tài)廁所
廁所每日接納蓄集并排除人類排泄的大多數(shù)污染物，在人類日常生活中起重要作用。排入市政下水道的這些糞污，是生活污水污染物的主要來源，亦是市政污水污染物的重要組成部分。當今社會提倡環(huán)保、綠色和可持續(xù)發(fā)展，促使生態(tài)廁所產生。
生態(tài)廁所指能充分利用各種資源且不對環(huán)境造成污染，強調污染物自凈與資源循環(huán)利用概念和功能的一類廁所。生態(tài)廁所采用鋸末或秸稈作為微生物的繁殖場所，將糞尿與鋸末進行混合，經微生物作用得到快速降解，其產物可作為土壤改良劑或肥料。
研究表明，生態(tài)廁所的操作管理較嚴格，溫度、濕度和混合頻率是影響生態(tài)廁所正常運行的3個主要因素，生態(tài)廁所運行的*操作條件為濕度50%～60%、溫度50～60℃、混合頻率15 ～25次/d。水沖廁所的替代產品———生態(tài)廁所，無需水媒介運輸糞便，考察了SeiwaDenko公司的S－15型生態(tài)鋸末廁所(SDT)在江蘇省的試用情況，結果表明，該類型生態(tài)廁所的主
要運行費用為電費，基礎建設費約為水沖廁所的1.5倍，運行用水量約為水沖廁所的2/3，可節(jié)水42m3/(a·人) ，降低COD處理負荷2.35kg/(a·人) ，降低NH3-N處理負荷0.63kg/(a·人) ，有機物降解率約為92.85%，長期效益分析表明，生態(tài)廁所總費用低于水沖廁所，同時生態(tài)廁所可節(jié)約水資源，實現(xiàn)生活污染物的zui大資源化。
2. 2. 3 速分生物處理技術
目前傳統(tǒng)污水處理技術存在氣味難聞、剩余污泥產量大和運行成本高等問題，而速分生物處理技術具備處理效果好，使用壽命長，無污泥，無異味，維護方便與建設可模塊化等優(yōu)點。速分生物處理技術( BSSF)具有自主知識產權的污水處理技術。近幾年，該技術已成功應用于多處重點工程和不同規(guī)模的污水處理站。
速分生物處理技術是將“流離”原理應用到A/O技術或生物膜技術中，形成一種新型污水處理技術，即速分生物處理技術。速分即“流離”原理，是一種自然現(xiàn)象，在流動過程中，流體在流速上均存在差別，且流體中的懸浮物均會向流速慢的地方聚集，進而實現(xiàn)固液分離; 速分生化池內的填料為速分生化球，生化池內布設曝氣系統(tǒng); 污水中的懸浮顆粒經速分生化池的三相運動，由流速快的液體流向流速慢的固液界面富集，達到固液分離的目的。
速分生化球多孔微生物載體因其比表面積大，而具有更豐富的生物相與更多的生物量。反應器的空間劃分和多孔微生物載體均具有厭氧、缺氧、好氧狀態(tài)，進而形成多樣的微生物生態(tài)系統(tǒng)。依據(jù)試驗研究和相關工程應用可知，速分生物處理裝置對氮和有機物具有較好的去除效果，系統(tǒng)的COD平均去除率為87.8%，TN平均去除率為75.2%，NH3-N平均去除率為98.7%，平均污泥產率(以MLSS計)僅為0. 118 kg/kg(以COD 計)。
2. 2. 4 穩(wěn)定塘
利用天然凈化能力的一類生物處理構筑物稱為穩(wěn)定塘。穩(wěn)定塘通過塘內微生物的代謝活動轉換、降解及去除污水中的有機污染物，進而實現(xiàn)污水的無害化和資源化。
穩(wěn)定塘按其溶解氧濃度狀況和細菌同化污水有機物所需氧源進行分類，分為厭氧塘、兼氧塘、曝氣塘和好氧塘4個大類。厭氧塘整體處于厭氧環(huán)境，承受高有機負荷; 兼氧塘深度為1.0～2.0m，從下到上依次為厭氧區(qū)、兼氧區(qū)和好氧區(qū); 曝氣塘為利用機械擴散曝氣或表層曝氣進行充氧的廢水塘; 好氧塘是指深度小于1.0m的淺層塘，通過光合作用維持整個水體好氧條件。
穩(wěn)定塘的主要優(yōu)點: 建設工程簡單，空間規(guī)劃合理，基礎建設投資省; 將污水處理和利用相結合，實現(xiàn)生活污水資源化; 處理污水耗能少，易維護，成本低。穩(wěn)定塘的主要缺點: 占地面積較大; 污水凈化效果受自然條件的影響; 有污染地下水的可能; 有臭氣，易滋生蚊蠅。
2. 2. 5 土地快速滲濾處理技術
通過人為控制使污水流經具有滲透力土地表面的過程稱為土地快速滲濾處理技術，該技術通過過濾沉淀、氧化還原和硝化反硝化等物理化學及生物作用處理凈化污水。土地快速滲濾處理技術通過周期性灌溉、休灌土壤使土壤表層處于厭好氧交替運行狀態(tài)，利于氮磷去除。休灌期的土壤表層處于好氧狀態(tài)，土壤表層有機物經微生物好氧反應進行分解。澳大利亞用“非爾脫”快速滲濾技術處理生活污水，取得了較好的效果，且該系統(tǒng)運行操作費用低，極適于可輪作休耕的地域，或者是以牧草種植為主的地域; 在實驗室模擬快速滲濾技術對生活污水氮磷的去除效果，結果顯示，TN去除率為87.36%～95.99%，TP去除率為84.07%～97. 85%，同時計算出了系統(tǒng)對TN及TP去除的優(yōu)化方程; 利用快速滲濾技術凈化農村生活污水，結果
表明，該技術具有成本低、能耗省、易運行維護和污染物去除效果好等優(yōu)點，但在實際應用中，該技術可能會對當?shù)氐牡叵滤偷乇硭丛斐晌廴?，威脅當?shù)氐乃h(huán)境和土壤。
2. 2. 6 浮床處理技術
世界上*臺人工浮床于20世紀80年代由德國BESTMAN公司生產，此后以日本為代表的國家和地區(qū)將人工浮床成功地應用到地表水體的污染防治與生態(tài)修復中。人工浮床技術依照自然凈化規(guī)律，把水生植物人工種植到富營養(yǎng)化水域上，水體中的有機質、氮磷和有害物質經植物及其根部微生物的吸收吸附作用而得到去除，進而消減水體富營養(yǎng)化，達到水質凈化的效果。人工浮床屬于生態(tài)處理技術，凈化效果較好，且無二次污染，運行費用低且安裝維護簡單，因此受到環(huán)保界和政府部門的青睞。人工浮床中氮磷與有機質等富營養(yǎng)化元素的吸附降解及轉化主要經生物膜來完成，生物膜是由微生物組織、有機物和無機物組成，有較強的氧化能力，能吸附轉化生活污水中多種狀態(tài)的有機質和營養(yǎng)元素，生物膜的繁殖發(fā)育程度好壞，直接影響浮床系統(tǒng)的污水處理效率。目前專家學者多注重研究浮床的凈化效果與機理.
2. 3 其他處理技術
其他處理模式主要有厭氧沼氣池處理技術。由于我國是農業(yè)大國，我國的13.3億人口中，有9.3億人口分布在廣大的農村和鄉(xiāng)鎮(zhèn)，我國農村地域范圍相當廣泛，分布也較分散，農村生活污水是典型的分散式污水。農村生活污水主要包括人畜排泄及沖洗糞便所產生的污水，家庭清潔所產生的污水，農村居民洗浴所產生的污水以及廚用所產生的污水等。
針對該特點，厭氧沼氣池處理技術是適合方法之一。該技術是把作物秸稈或人畜糞便排入沼氣池，缺氧條件下，在兼氧與厭氧微生物的作用下將有機物轉化為甲烷混合氣體，該混合氣體的熱值為20～25MJ/m3，是較好的燃料，發(fā)酵的沼渣和沼液可作肥料。厭氧沼氣池一般為玻璃鋼、混凝土結構、磚混結構等形式，其集氣方式主要為鐘罩式、水壓式等。所有類型的厭氧沼氣池的共同特點是操作維修方便、投資省、無動力要求，人畜糞尿靠液位差流入糞池，池體埋于地下，結構簡單。但在實際的應用中還存在著一些不足，主要是沼氣池內的污水停留時間較長。有研究表明，一座8m3，日產沼氣1～1.5m3，日處理污水量0.5～1.0t的沼氣池，日處理3頭豬的糞便與3～5人的生活污水。
3、分散式污水處理技術發(fā)展方向
分散式處理觀念為發(fā)展可持續(xù)環(huán)境保護和節(jié)省能源提供了極大可能，分散式污水控制與管理會極大限度地節(jié)省排水管網的基建費和運行費以及提升泵站費用，特別是在缺水地區(qū)，更可減少在輸送過程中造成的大量浪費。分散式污水處理應該作為城市市政的重要污水處理概念和可行的處理方案。
分散式污水處理技術在未來廢水處理領域擁有廣闊的發(fā)展前景。我國農村常用的厭氧沼氣池處理技術已有幾十年，但發(fā)展?jié)摿θ允志薮?/span>; 人工濕地與生態(tài)廁所在我國部分農村和城市都有應用，將人工濕地和城市景觀相結合將是下一步的重點研究方向; 生態(tài)廁所可使糞便等污染物達到*，現(xiàn)已進入實用階段，并在多個國家得到推廣，其系統(tǒng)設備的簡化和運行成本的降低將是下一步的研究重點;MBR技術與其他工藝相結合強化了系統(tǒng)的處理效果，提高了對氮磷的去除率，且減輕了膜污染，將是下一步的研究重點; 土地快速滲濾處理技術較適用于草原風景區(qū)，解決其對環(huán)境和土壤結構造成的威脅是下一步的研究重點。