当前世界环境

介绍

获得适当的卫生设施是世界现在需要解决的一项挑战。露天排便对世界来说是一个非常严重的问题。根据世卫组织/联合国儿童基金会联合报告2015年，全球有24亿人无法获得改善后的卫生设施，其中约9.46亿人在户外排便。露天排便不仅会影响环境，还会引发霍乱、伤寒、肝炎、小儿麻痹症、腹泻、蠕虫感染、营养不良等疾病。

因此，从数字上可以看出，这是一个需要注意并应加以控制的问题。尽管这一问题已在大多数国家得到确认，例如，埃塞俄比亚在25年的时间里平均减少了4%，使其人口减少到2800万。此外，印度人口减少了31个百分点，即3.94亿人。但是，世界各国，特别是发展中国家，迫切需要改善卫生设施，因为在这些国家，快速城市化和人口增长尤为突出。卫生设施的改善将对印度等国家城市住区的环境可持续性产生直接的积极影响（Sarkar和Bhattacharyya，2015年）。

此外，我们知道，将世界各地与现有的集中污水处理厂连接起来是一项艰巨的任务。这意味着，我们需要建立更多的处理厂，以消除上述问题。考虑到这些系统的预算要求和技术专长，在世界各地缺乏这一设施的地方建设集中式污水处理厂似乎不是一个非常合乎逻辑的步骤。这些因素也导致了发展中国家集中式污水处理厂运行不充分(Paraskevas et al.， 2002)。此外，分散的污水处理厂对于人口少的小而孤立的村庄/居民点来说更简单、更有成本效益(Butler和MacCormick, 1996;Paraskevas等人，2002年)。有几项研究报告试图证明使用特定类型的卫生措施，但它可能不被认为是普遍适用的，即使可持续环境卫生的某些属性可以被承认(Mangkoedihardjo, 2014)。在决定治疗系统时，有很多因素必须考虑，但在发展中国家，成本似乎是最重要的因素(Sadr et al.， 2015)。分散式治疗系统受欢迎的原因是，与集中式治疗系统相比，它成本效益高，所需资源少(Lens et al.， 2001)。

考虑到上述所有因素，了解不同的分散式污水处理技术以及它们之间最大的不同标准是非常重要的。目前的审查和分析工作是由萨里大学(英国)与Sukriti基金会(印度)合作进行的，目的是概述当前的情况，并预测可持续分散卫生技术和实践的未来发展，特别是适用于印度。本文综述了一些分散技术在世界上某些地方的实践，并根据不同的标准对这些技术进行了一般性的比较，这些标准似乎对选择标准影响最大。

分散式污水处理系统

废水处理系统可以集中处理，用巨大的管道、大的挖掘和大的检修孔处理大量的水(Fisher, 1995)，也可以是现场处理系统，用小型挖掘处理单个家庭或群体的废水，一般涉及重复使用废水。分散处理系统对应于确保收集、处理和再利用/回收/处理厕所产生的废物的系统，这使得分散处理系统是合适的(Christ, 2003)。

分散的系统旨在以小规模运行（USEPA 2004）。分散的废水处理系统一般有2个单位，一个初级治疗和另一个，继发性治疗。初级废水处理是指涉及沉降的水处理，其中转化为絮凝物的重固体在罐底部沉淀，与油脂和油状物的其他颗粒可以漂浮到表面。除去沉降和浮动材料以进行部分处理的水。通过除去溶解和悬浮的固体来完成二次处理以获得更好的质量流出物。

正如我们之前讨论过的，在小村庄和人口少的定居点等地区，分散式治疗系统是最好的选择。这些地区主要是最需要污水处理厂的农村地区。世卫组织/联合国儿童基金会联合报告的数据显示，全球82%的城市人口使用适当的卫生设施，而农村人口的比例为51%。该报告还指出，按照目前的减少速度，到2030年，农村地区最贫困人口的露天排便仍将无法根除。不仅在农村地区，在低收入国家的城市周边地区，分散式系统也比集中式系统更适合(Parkinson and Tayler, 2003;怀尔德,2005)。

图1：人口在露天排便的比例（联合国，2011） 点击这里查看图

下面的图1显示了露天排便的人口百分比变化，可以清楚地看到，在北美、南美、欧洲、澳大利亚和北亚，露天排便的人口百分比是可以忽略不计的。露天排便主要在非洲和南亚地区进行，非洲一些地区有超过50%的人口露天排便。在非洲大陆，乍得、尼日尔、布基纳法索和毛里塔尼亚是露天排便人口比例最大的国家。虽然非洲地区的比例更高，但绝对数字最大的是印度，印度约有6亿人露天排便(联合国，2011年)。虽然这个数字的原因之一可能是印度庞大的人口，但这个数字仍然是巨大的和可怕的。考虑到这一点，本文的主要重点将是印度，提出的解决方案应牢记印度的普遍情况。

在印度的分散处理系统

印度是人在露天排便次数最多的国家。大约600万人在印度大便在打开这比在未来13个国家的总和。印度数为90％，南亚人民和1.1十亿人在世界上谁搞露天排便（联合国儿童基金会，2015年）的59％。由于可以从图像中可以看出，几乎3/4^th印度各邦有没有厕所50％以上的家庭。这就解释了需要国家改善的程度。它是从图像很明显，北部，印度的西南和东北的部分都优于全国其他地区。印度的中央部分，其中包括恰蒂斯加尔邦，UP，比哈尔邦，恰尔肯德邦和许多其他周边国家都对600万这个大量的主要贡献者。图2是使用来自印度的人口普查收集的数据，这说明家庭的百分比没有厕所历时10年，2001 - 2011年的变化作出。可以看出，在印度家庭的厕所没有总人数已经从53.1％下降到63.6％。

图2：没有厕所在印度家庭的百分比的比较，2001-2011 点击这里查看图

如前所述，印度大部分农村地区，几乎70%的印度农村家庭仍然缺乏适当的厕所设施，而只有大约20%的印度城市家庭没有厕所。这些数字清楚地表明，当务之急是改善印度农村地区的卫生和厕所设施。

当印度各邦进行比较，根据印度的人口普查，恰蒂斯加尔邦，奥里萨邦，比哈尔邦，恰尔肯德邦和MP收集到的数据是需要，因为没有厕所其家庭的高比例最受关注的状态。图3是在2001年与家庭没有厕所比例最高的12个州的红条表示从2001个减少到2011年和蓝色的条形代表在2011年的比例虽然所有这12个国家是在恶劣的条件下但5个前述的状态是在如可从图中可以看出最大威胁。但也有已经明白，这是一个令人震惊的问题，并开始在它的工作状态。有印度政府运行的程序一样印度语:swachh bharat abhiyan印度的目标是到2019年底建成1.2亿个厕所(Sharma, 2015)。这也解释了不同州的比例下降。例如，喜马偕尔邦的降幅为35.7%，是所有邦中降幅最大的。紧随喜马偕尔邦之后的是哈里亚纳邦，下降了24.1%。

图3:2001-2011年没有厕所的家庭百分比变化 点击这里查看图

不同的分散式污水处理系统和技术

不同的分散式污水处理技术和系统已经在世界各地开发和实施。表1显示了印度和其他国家正在实施的一些分散式污水处理厂(Sadr et al.， 2016;Sadr et al.， 2015;Tilley et al.， 2014)。以综合文献综述为主要方法，列出并比较了不同分散式污水处理(DWWT)装置的各项参数。主要重点放在收集加处理工厂而不是收集加排放工厂。并根据不同的标准对不同的处理厂进行了分析。

表1:不同分散式废水系统和技术的清单

所有提到的系统/技术都在一个或多个国家进行过测试。本文从现有的文献中研究了这些系统之间的基本差异，并进行了汇编，以便在非常基本的水平上对这些技术进行比较。表2显示了每种技术的流程，下面提到了系统背后的基本思想。

T1:Ecosan系统尼泊尔

Ecosan（生态卫生的短片）厕所在尼泊尔妥善测试，重点介绍使用人类废物作为农业目的和粮食安全的资源（水公告报告）。UDD厕所用于分别收集尿液和粪便，并使用不同的技术重复使用它们。

T2:堆肥厕所

这些厕所背后的主要理念是，它将人类粪便转化为厕所下面的堆肥，从而产生低成本的供应链需求。在这些厕所收集的尿液被排入最近的下水道。

T3:化粪池和吸收场

它涉及一种基本的化粪池，其用作沉降罐，为污泥结算提供休眠状态。在沉降之后，没有沉积的和浮动固体的水通过介质覆盖的穿孔管用于二次治疗（Lesikar，1999）。一种非常具有成本效益的方法，消除了90％以上的BOD_tBW的去除率约为80%，DPWW的去除率约为80%，两种废水的去除率均在90%以上(罗斯塔宁等人，2005)。

T4: MBBR系统

移动床Biofilm反应器使用罐体体积进行生物量生长，用简单的介质携带生物膜悬挂在罐中，使其成为移动床。这种处理在去除BOD以及氮气和磷中非常有效。

T5：MBR系统

膜生物反应器是一种处理工艺，包括膜和用于废水超滤的萃取泵。这是一种工艺流程，出水质量高，但成本高于平均水平。

T6:厌氧折流板反应器

这些反应器包含交替的挡板墙和微生物在隔间负责有机污染物的厌氧消化。如Dama等(2002)所述，出水含有大量的营养物质，BOD的去除率约为70%-80%。废水也符合农业重复利用准则(Foxon等人，2004年)。

T7：upflow anaerobic污泥毯

废水从罐向上通过悬浮污泥层被处理的底部流动。污泥中的厌氧细菌消化所述有机污染物。蒂利等。2014说，它消除了约70-95％BOD，80-90％为TSS 1-3天的停留时间。

T8：集成的固定薄膜活性污泥

这可以作为现有处理厂的升级(Brentwood, 2009)。它基本上是活性污泥和生物膜反应器的综合形式。MLSS负责去除BOD，生物膜负责氧化含氮负荷(NH)₄+)。施工、维护和耗电成本都很高。

T9:旋转生物接触器

安装在转轴上的旋转盘携带固定的生物膜，交替暴露在废水和大气中，允许曝气和吸收有机污染物。它可以作为分散处理技术使用，但需要较高的土地面积、安装和运行成本和连续供电。

T10:Terra Preta厕所

它包括尿液转移，添加木炭混合物，并基于乳酸发酵和随后的蠕虫堆肥(De Gisi等人，2014)。储罐需要每周清空，并带到该地区的普通堆肥设施，这意味着高供应链要求。

T11：蓝分流厕所

蓝色转移厕所是带内置设施的粪便和尿液的内置设施的厕所。收集废物并运输到共同的堆肥设施，尿液受到营养物质提取的部分硝化和蒸馏（Larsen等，2015）。

T12:MBBR+ASP

它是两种非常高效的系统的集成系统，移动床生物膜反应器和活性污泥工艺。MBBR负责在短暂的保留时间（小足迹）中的有机载荷的减少，并且ASP产生高质量的流出物。

T13: MBBR + daf

这是另一种以溶解气浮选代替ASP的综合系统。DAF可以在MBBR系统之前或之后使用。前者可为MBBR系统提供更好的进水质量，而后者可确保MBBR系统排出的生物固体得到适当去除。

T14：动态厌氧和有氧系统

这是一个2层系统，下层作为厌氧反应器，上层作为好氧反应器（MBBR）。废物进入厌氧反应器，流出物进入好氧室。下部腔室中的沼气在那里自行提取。

T15:废物稳定池

这个处理设施涉及一个非常大的占地面积，有3个池塘，不同的设施，即厌氧、兼性和好氧池塘(Kumar和Padhy, 2015)。第二阶段本质上是缺氧的，上层从大气中吸收氧气，下层则没有氧气。

这些是不同技术的基本定义，可以让读者了解这些过程之间的基本区别。表2显示了每种系统/技术的过程支出，以便更好地了解所涉及的过程及其基本差异。

表2：不同技术的工艺费用 点击这里查看表格

基于安装成本的比较

安装成本是一个非常重要的判断参数，因为当我们谈论发展中国家时，成本一直是讨论的瓶颈。这就是为什么以安装费用为基础的比较比其他标准更为重要的原因。采用多标准分析的第一步作为比较的主要方法。得分计算公式如下:

年代_我= T的次数_我出现在^th行

对于技术的两两比较，将各个技术相互比较，并将较昂贵的技术放在各自的单元中。因此，特定技术的得分实际上代表了比考虑中的技术更便宜的技术的数量。

这种方法是从SADR（2014）的发布的论文中所发表的.A比较矩阵首先进行（表3）并在咨询适当的文献之后填写，以便分配给不同的技术，它们可以比较。在审查对应于技术的适当文献后，所有单一的比较都是制作的。

表3：一个分数评估比较矩阵

如表中所示，通过彼此的技术进行一次比较来评估得分（表3）。此分数给我们了解每个系统的安装成本的相对比较。虽然这是判断的一个非常重要的参数，但绝不足以对特定方案使用什么技术进行明智的决定。根据从评估矩阵评价的分数分配表4中给出的最终排名。

这些比较考虑国产保持场景，其中的土地或任何其他参数 - 影响成本不会以任何方式影响整体建设成本。虽然，详细的研究已用于比较，但这种比较只是迎合了安装成本参数并没有其他。

表4:按安装费用排序

t12: MBBR + ASP是其中最昂贵的技术，t15:废物稳定池是所有提到的技术中最便宜的。这并不意味着这个排名适用于所有情况。它会随着周围环境的变化而不断变化。例如，如果土地成本增加，T15:废物稳定池将不再是最便宜的安装，因为它需要很大的土地面积。

这里需要注意的一点是，排名并不总是这样的。它会随着考虑的场景而变化。根据Tsagarakis等人(2003)进行的一项研究，只有在土地成本低于每立方米30美元时，废物稳定池才具有成本效益²．

卫生技术排名前进的方向

图4是根据安装成本的不同技术的相对排名的表示。为了完全比较特定场景的所有备选方案，可以对特定场景进行排名，并在为不同参数分配适当的权重后，可以组合得分，形成场景的总体排名。

为了根据特定的场景对这些技术进行充分的比较，必须收集每种技术的不同标准和完整的数据，并进行适当的MCA研究。此外，需要注意的一点是，所选择的标准清单将有一些相关性，应予以注意，例如，根据上述讨论，安装成本和土地需求。因此，这两个标准不能单独对待。记住这些要点，可以对这些技术进行多标准分析以进行全面比较。

图4:根据安装成本对不同技术的排名 点击这里查看图

前进的道路将是正确的卫生系统应以得到切实的利益来选择传达给技术开发者，行业，政府和非政府机构。新的初创公司可以提供这将在MCA研究高等级新颖和创新的卫生技术起着至关重要的作用。例如，Sukriti社会基金会，一个不以盈利为目的的公司（印度），想出了一个实用的，低成本的，在财务上自我维持和独立的厕所模型 - 生态厕所消耗的水少量，不需要下水道的基础设施，使用可再生能源，并依靠点点人工干预进行维护。该方法掺入不同组件的在对其全部或部分开发有在公开的文献或市场上现有的知识在整个卫生系统的智能集成。该系统是专为现场尿液和黑水处理占缺乏像印度这样的国家合理的污水基础设施。此外，灰水回收是在现场和自动冲洗重用。这样的系统应该详细地研究了长期可持续的卫生方面的潜在影响。一旦他们的操作数据是可用的，一个MCA可以为详细的比较和相对排名来进行。

结论

为了彻底根除露天排便和卫生问题，缺乏适当污水处理设施或厕所的地区应该采用分散式处理设施，因为它们不仅效率高，而且成本效益高，这是印度等发展中国家考虑的重点。虽然对一个特定地区的处理厂的选择取决于很多因素，而这些因素反过来又取决于所考虑的情景。

在这项研究中，通常认为影响技术选择的因素是安装和运营成本、部署的便利性、维护、接受度、舒适度、性能、能源需求、供应链需求、环境影响、气味和健康方面。为了确定特定场景的最佳替代方案，需要对这些技术进行多标准分析，并在上述因素的基础上进行比较。一个称为准则权重的术语决定了每个参数的重要因素，它是一个变量，只依赖于所考虑的场景。为了改进本研究采用的技术排序方法，还需要进一步开展加权MCA的应用工作。

确认

Jitesh Arora先生真诚地感谢萨里大学提供的暑期实习机会，并在2016年5月至7月期间提供实验室资源。

参考文献

1. 印度城市住区环境可持续发展:指标制定框架。当代世界环境，10(1):121-142 (2015)
2. 世卫组织/联合国儿童基金会。卫生和饮用水方面的进展。日内瓦:世界卫生组织(2015年)。
3. Paraskevas, p.a.， Giokas, D.L.和Lekkas T.D.沿海城市地区的废水管理:以希腊为例。水科学与技术46.8:177-186(2002)。
4. 分散处理、下水道采矿和废水再利用的机会。海水淡化106.1:273-283(1996)。
   CrossRef
5. 可持续环境卫生的三个平台。环境科学学报，29 (2):457 - 461 (2014)
   CORSSREF.
6. Sadr S.M.K.，Saroj D.P.，Kouchaki S.，Ilemobade A.，Ouki S.一种用于在不同水重用方案中应用膜技术的组决策工具。环境管理杂志。156：97-108（2015）
   CrossRef
7. Lens, P.， Lens, P. N.， Zeeman, G.和Lettinga, G.(编)。分散式卫生和重用:概念、系统和实现。IWA出版(2001)。
8. 基于偶然性的管理控制系统研究:按复杂程度分类。会计文献期刊14:24 (1995)
9. 分散式废水处理系统。中国水利，187(2003)。
10. 低收入国家城市周边地区分散式废水管理。环境与城市化，15(1):75-90(2003)。
    CrossRef
11. 威尔德勒，P。A.农村和城市周边地区的可持续水管理：我们需要什么技术来实现联合国千年发展目标？。水科学与技术，51（10），1-2（2005）。
12. 开放排便，联合国，2011，www.opendefecation.org/##slide12
13. 消除排便。日内瓦:联合国儿童基金会(2014)。
14. 批评分析(特别强调其营销策略和媒体使用)。营销策略杂志。
15. Sadr S.M.K.，Mashamaite。，Saroj D.，Ouki S.，Ilemobade A.扫描卫生技术评估在南非的水再利用应用。城市水日志13（5）：536-552（2016）
    CrossRef
16. USEPA(美国环境保护署)，市政废水处理系统入门，废水管理办公室和水办公室，华盛顿特区(2004)
17. 水援助。尼泊尔导尿生态厕所评估。尼泊尔:环境和公共卫生组织(2008年)。
18. Sundberg, H.美国专利号3840,907。华盛顿特区:美国专利商标局(1974年)。
19. 化粪池/土壤吸收场。德州农业推广服务，德州农工大学系统(1999)。
20. 低温下uasb -化粪池厌氧现场处理黑水和乳品废水。水科学进展，39(2):436-448(2005)。
    CrossRef
21. 王志强，王志强。移动床生物膜反应器的研究进展。
22. 张志强，张志强，张志强，张志强。厌氧折流板反应器处理生活污水的中试研究[J]。水科学与技术，46(9):263-270(2002)。
23. Foxon, K. M.， Pillay, S.， Lalbahadur, T.， Rodda, N.， Holder, F.， & Buckley, C. A..厌氧折流板反应器(ABR):一种适合现场卫生的技术。水利学报，30(5)，44-50(2004)。
24. C Höglund, T.A Stenström, H Jönsson, A Sundin。尿液分离系统中粪便污染和微生物死亡的评价。水科学与技术，38:17-25(1998)。
25. 伦特纳，C.，伦特纳，C。和眨眼，A。计量单位、体液、身体成分、营养。盖伊科学表格。巴塞尔汽巴盖伊：295（1981）。
26. 特利，E.，乌尔里希，L.，LÜTHI，C.，雷蒙，P.，＆Zurbrügg，C.卫生系统和技术的提纲。EAWAG（2014）。
27. 布伦特伍德(编辑):综合固定膜/活性污泥(IFAS)技术。阅读:Brentwood Industries, Inc(2009)。
28. De Gisi, S.， Petta, L.， & Wendland, C.;Terra Preta卫生设施的历史与技术。可持续发展，6(3)，1328-1345(2014)。
    CrossRef
29. Larsen, T.A., Gebauer, H., Gründl, H., R. Künzle, Lüthi, C., Messmer, U., Morgenroth, E., Niwagaba, C.B., Ranner B. Blue Diversion: a new approach to sanitation in informal settlements. Journal of Water Sanitation and Hygiene for Development 5.1: 64-71 (2015).
    CrossRef
30. 池塘生态系统的环境前景:全球问题、服务和印度情景。当代世界环境，10(3):848-867 (2015)
    CrossRef
31. 格洛纳，E。F废物稳定池（p。175). 日内瓦：世界卫生组织（1971年）。
32. Sadr，S.M.K.，膜辅助技术在水再利用情景中的应用（发布博士论文）。萨里大学，萨里，英国（2014）。
33. Tsagarakis，K.P.，Mara，D.D.，和Angelakis，A.N.城市污水处理系统选择成本标准的应用。水、空气和土壤污染。142(1-4): 187-210 (2003)
    CrossRef
34. 水纠纷解决、项目评估和管理的经济学:在中东的应用。国际水资源开发杂志。11(4):377-390 (1995)
    CrossRef