南非非正式定居点现场水回用先进非管网卫生系统的效能评估与闭环优化研究

本研究针对发展中国家高密度城区水资源短缺问题，创新性评估了NEWgenerator(NG)非管网卫生系统(NSSS)在南非非正式定居点的应用效能。通过114天实地试验证实，该系统对黑水处理率达COD 99%、TN 97%，产水可满足ISO 30500标准。研究首次揭示漏水问题导致78%冲厕水浪费，提出闭环系统需每半年更换水源以维持离子交换效率，为缺水地区可持续卫生解决方案提供关键技术支撑。

　　

在全球水资源危机加剧的背景下，约20亿人依赖坑厕、化粪池等传统卫生设施，这些系统在洪泛区和高密度城区常因超负荷运行导致失效。南非非正式定居点更是面临土壤条件差、空间受限等多重挑战，传统卫生设施难以满足需求。非管网卫生系统(NSSS)作为分散式解决方案应运而生，其中NEWgenerator(NG)系统因其集成厌氧膜生物反应器(AnMBR)、营养捕获系统(NCS)和电氯化消毒(EC)等创新技术备受关注。

美国南佛罗里达大学团队在南非eThekwini市非正式定居点开展了为期3个月的NG系统实地试验。研究首次将处理水回用于冲厕，系统评估了技术效能、水质参数及闭环运行潜在问题。通过流量监测、水质分析（COD、TSS、TN等）和离子积累模拟，揭示了系统在实际应用中的表现与优化路径。

社区冲厕用水需求分析
监测数据显示冲厕用水占社区总用水量39%（1,468±535 L/d），远高于常规水平。昼夜用水模式呈现双峰特征，但高达78%的水量因漏水损失。若修复漏损并安装节水洁具，冲厕需求可降至500 L/d。

系统产水与膜性能
NG日均产水218±94 L（峰值484 L），抵消16%冲厕需求。膜通量稳定在5 LMH，跨膜压(TMP)保持0.6 bar，显示AnMBR抗污染能力。模拟表明24小时运行可产水700-800 L，满足优化后全部需求。

污染物去除效能
系统实现COD(2,064→16.3 mg/L)和TSS(759→3.1 mg/L)去除率99%，浊度降至1.1 NTU。TN去除率98%（214.8→3.3 mg/L）超越ISO 30500标准，但TP仅去除13%（55.4→46.8 mg/L）。电氯化确保大肠杆菌(E. coli)对数去除值(LRV)达8.9，余氯4.9 mg/L。

水回用对系统影响
低回用率(16%)下未观测到离子积累。模拟显示闭环运行时Na⁺
/NH₄
⁺
当量比达20:1会使NCS的NH₄
⁺
去除率降至90%，建议每半年更换1,200 L水以维持性能，仅占半年产水量的0.67%。

该研究证实NG系统可有效实现黑水回用，但需配套节水措施实现闭环运行。技术层面需强化TP去除（如钙改性沸石），管理层面需建立定期维护制度。成果发表于《Water Research X》，为发展中国家分散式卫生设施提供兼具技术可行性和管理洞察的范本，对实现联合国可持续发展目标(SDG)6具有重要实践意义。