水资源是万物赖以生存的生命之源，也是经济社会发展不可或缺的物质基础。由于人口增长、经济发展、气候变化等原因，水资源短缺问题愈发突出。自2013年以来，水资源问题已逐步接近世界经济论坛《全球风险报告》的榜首。水资源短缺是全球性问题，是社会面临的重大挑战，联合国明确净水和废水处理目标是2030年可持续发展目标之一。再生水利用、海水淡化和跨流域调水是解决水资源短缺问题的常用方法，其中再生水利用被认为是最经济有效、生态环保的方法。再生水的来源包括生活污水、雨雪水、生活灰水和工业废水等。灰水是将居民生活污水按来源不同，采用源分离措施将从马桶排出的污水（称为黑水）分离后的其他生活废水。通过调研国内外文献以及工程案例，综述了灰水处理及利用的相关技术、政策标准、工程案例以及存在问题等，以期为灰水处理及回用提供参考。

1、灰水性质特点

灰水是将黑水分离后的其他生活污水，包括洗衣废水、洗浴废水、洗菜废水、洗涤废水等，主要来源于洗衣机、洗手池、浴室、厨房等，具有以下性质：

1）产生量大。灰水产生量为60160L/(人·d)占居民生活污水排放总量的50%80%；当采用超节水马桶（单次冲水≤1L）时，灰水占生活污水的比例将提高至90%以上。

2）成分复杂。灰水主要来源于洗浴洗涤类废水，主要成分包括水、表面活性剂、有机物、油脂，还包括一些微量污染物，如药物、微生物等。随着家庭餐厨粉碎机的应用普及，灰水中有机物及油脂的比例将进一步扩大。

3）时空差异。灰水产量和成分受当地气候、居民用水习惯、生活方式、生活水平以及文化差异等影响显著，同一家庭、同一人在不同时间尤其是不同季节情况下，产生的灰水量和成分不同

4）回用性高。灰水主要成分是水，相比黑水、工业污水等其他性质的污水，污染程度较轻，可达标处理后用于冲厕、车辆冲洗、城市绿化、道路清扫等，减少更高品质水用量，具有显著的回用价值。

2、灰水水质

受居民用水习惯、生活方式、生活水平以及文化风俗等影响，灰水水质具有显著差异。通过文献调研，对灰水的pH、TSS、BOD5、COD、浊度、TN、TP等水质指标进行统计，结果见表1。

从表1可以看出，不同国家灰水的pH和TN较为接近，其他指标差别较大，如TSS最低为17mg/L，最高为1290mg/L；BOD5最低为56mg/L，最高为518mg/L；COD最低为109mg/L，最高为2000mg/L；浊度最低为29NTU最高为619NTU；TP最低为0.01mg/L，最高为25mg/L这些指标的最大值或最小值并非在同一个国家同时出现，说明不同国家灰水水质不同。从表1还可以看出，不同国家灰水中COD均高于BOD5，且BOD5/COD差别较小，均接近0.42，二者的比值决定了微生物分解灰水中有机物的难易程度，可作为灰水是否具有可生化性的依据，当BOD5/COD>0.4时表明灰水具有较好的可生化性，50%以上的有机物可被生物降解。

3、灰水处理技术

3.1 物理技术

物理技术是指通过吸附、过滤等物理方法去除灰水中固体颗粒物和部分溶解性污染物（如头发、织物和食物颗粒等）的方法，主要包括颗粒过滤技术、膜过滤技术等。

3.1.1 颗粒过滤技术

颗粒过滤技术是指利用沙子、砾石、细网等材料过滤去除杂水中固体颗粒物或絮状污染物的方法，是灰水处理的常用方法。然而，仅采用单一滤料过滤无法达到回用标准，实际应用过程中多采用多种滤料组合的方式来提高对灰水的处理效果。

S.GOVAHI等研究了不同粒径及密度的沙子对灰水处理效果的影响，发现沙子的最佳粒径为0.3mm，均匀系数、比密度和孔隙率分别为1.82、1.48和0.4，此条件下COD和BOD去除率分别为72%和89%。申晋榕等采用玉米茎、陶粒、活性炭等作为过滤材料，研究了不同滤速、介质体积配比等因素对多介质过滤材料处理农村灰水效果的影响，发现最佳滤速为0.26m/h，玉米茎、陶粒和活性炭最佳体积配比为1.5:2.0:0.5。S.GAUTAM等采用棉花、活性炭、沙子和砾石等作为过滤材料，研究了其对校园灰水的处理效果，处理后灰水BOD5、COD、浊度和电导率分别减少了64%、42%、74%和66%。

颗粒过滤技术的优点是材料来源广泛且廉价易得、操作简单、经济性强、无副产物，缺点是材料对不同污染物的去除性能差别较大，对有机污染物和微生物的去除作用有限。

3.1.2 膜过滤技术

膜过滤技术是指利用小孔径膜（如超滤膜、纳滤膜或反渗透膜）作为过滤材料去除杂水中污染物的技术。S.REANG等研究了超滤膜和反渗透膜系统对洗衣机排放灰水中TDS、浊度和BOD的去除效果，采用超滤膜处理灰水时，浊度和BOD去除率分别为88%和62%，而TDS却增加了11%；采用反渗透膜继续处理灰水后，相比原水，浊度和BOD去除率分别达到99%和93%，TDS去除率为97%。杨禹等研究了超滤-反渗透集成膜系统对洗浴灰水的处理效果，出水水质达到《生活饮用水卫生标准》（GB5749—2022），其中浊度小于3NTU，细菌总数小于100mL-1，COD小于10mg/L。

相比其他过滤材料，膜过滤效果更好，且为提高处理效果，实际应用时多采用多种膜组合工艺。由于灰水污染较轻，固体物质、有机物质和微生物含量相比黑水较少，更适合采用膜过滤技术处理，然而膜技术成本较高，实际应用过程中无法避免膜堵塞和膜污染问题，需及时清洗和更换膜材料，以保障处理效果。

3.1.3 吸附技术

吸附技术是指通过活性炭、沸石等多孔材料吸附去除灰水中污染物的技术。吸附材料多由果壳、木材、煤炭等材料制备而成，比表面积高达1000m2/g。C.BERGER采用活性炭吸附技术处理灰水，发现活性炭对BOD、COD、表面活性剂和TP的去除率分别为94%、97%、99%和91%。S.S.DALAHMEH等对比研究了树皮、活性炭、聚氨酯泡沫和沙子去除灰水中BOD5、表面活性剂、磷、氮和微生物的效果，发现树皮、活性炭、聚氨酯泡沫和沙子对BOD5的去除率分别为98%、97%、37%和75%，对表面活性剂的去除率分别为99%、99%、73%和96%，对TP的去除率分别为97%、91%、36%和78%，对TN的去除率分别为19%、98%、13%和5%。

吸附技术具有原料来源广泛、操作简单、吸附材料可再生等优点，具有良好的处理效果，然而吸附材料受外界环境影响较大，选择性和稳定性差，且易达到吸附饱和，需频繁更换，废弃的吸附材料也需谨慎处理。

3.2 化学技术

化学技术主要通过电解、催化、氧化等化学反应处理灰水，常用的化学技术包括电絮凝技术和氧化技术。

3.2.1 电絮凝技术

近年来，电絮凝技术被广泛用于处理灰水。电絮凝技术是在电场作用下，在阳极使可溶性金属离子溶出，在阴极使H+还原生成H2，溶液中产生OH-，将颗粒物聚集后通过沉降或者气浮作用从水中分离去除。常用电极材料包括铁和铝。S.BARISCI等发现电絮凝技术处理厨房灰水的效果较好，当高铁酸盐添加量为75mg/L时，COD、TOC、浊度和表面活性剂的去除率分别为89%、56%、100%和98%。K.A.VAKIL等采用电絮凝技术处理灰水，COD和病原菌的去除率分别为70%和100%。作为电絮凝技术的核心，污染物的絮凝速率受电极材料的影响较大，不同类型电极处理灰水的效果具有显著差异。K.BANI-MELHEM等对比了铁电极和软铜电极处理高负荷灰水的效果以及电流效率、能耗和操作成本，发现在最佳条件下，软铜电极在电流密度为5mA/cm2时，COD和浊度去除率分别为86.5%和92.0%，铁电极在电流密度为10mA/cm2时，COD和浊度去除率分别为85.3%和94.0%，软铜电极和铁电极的运行成本分别为0.4元/m3和0.7元/m3，推荐采用软铜作为电絮凝电极。

电絮凝技术可经济高效地处理灰水，减少污泥产生，避免由于投加化学絮凝剂带来的二次污染风险，具有较高的灵活性和适应性，不足之处在于该技术难以有效处理难降解有机物和某些微生物。

3.2.2 氧化技术

氧化技术是指采用具有强氧化性的物质（如臭氧）或体系（如Fenton）等处理废水中污染物的技术。廖宏国采用臭氧技术处理船舶灰水，研究了臭氧通入时间、pH、温度对灰水处理效果的影响，最佳条件为臭氧通入时间9min，pH9.5温度30℃，此条件下COD、NH3-N和油类的去除率分别为68%36%和71%。M.A.TONY等采用Fenton氧化法处理洗衣灰水，在Fe3+和H2O2质量浓度分别为40mg/L和400mg/L以及pH为3条件下，COD去除率达95%。N.HASSANSHAHI等对比了光Fenton、光催化和臭氧H2O2紫外3种氧化技术对灰水的处理效果，不同氧化工艺影响灰水处理效果的因素不同，其中H2O2和Fe2+的比例影响光Fenton技术的处理效率，TiO2浓度、pH和反应时间影响光催化技术的处理效率，臭氧浓度、H2O2浓度、反应时间和pH影响臭氧H2O2紫外技术的处理效率；臭氧H2O2紫外技术处理灰水的效果最好，对COD和浊度的去除率分别为92%和93%。

3.3 生物技术

生物技术主要借助微生物降解灰水中污染物，常用的生物技术包括序批式反应器（SBR）技术和生物转盘（RBC）技术。

3.3.1  SBR技术

SBR技术通过间歇曝气的方式利用活性污泥法去除水中氮、磷，具有水质均化、生物处理和二次沉淀等多种功能，技术核心是SBR反应器池。V.KRISHNAN等研究了在不同COD：N：P条件下SBR对灰水的处理效果，相比原水，当调整COD：N：P为100:2.5:0.5100:3.5:0.75和100:5:1时，COD去除率分别提高了45%76%和81%，BOD去除率分别提高了41%73%和76%；以COD：N：P为100:3.5:0.75和100:5:1处理灰水后的水质均可满足农业生产用水要求。M.LAMINE等采用SBR技术处理淋浴灰水，发现SBR可促进对有机物的生物降解，有效去除灰水中的营养物质，COD去除率达90%，污泥容积指数小于100mL/g同时发现，水力停留时间不同，系统硝化速率不同，当水力停留时间为2.5d时，硝化速率最大，但系统的除磷性能下降。L.L.HERNANDEZ等对比研究了SBR、上流式厌氧污泥反应器（UASB）和UASB-SBR3种工艺对灰水的处理效果，三者对COD的去除率分别为90%51%和89%，对表面活性剂的去除率分别为97%24%和97%，灰水处理不适宜采用厌氧方式。

SBR技术具有对COD去除率高、抗冲击负荷能力强、流程简单、占地面积小等优点，缺点是间歇运行、对自控要求较高、除磷效果差、污泥稳定性低。

3.3.2 RBC技术

RBC技术是一种生物膜废水处理工艺，由部分浸没在废水中并以恒定速度旋转的圆盘组成，圆盘通常由塑料或其他非腐蚀性材料制成，表面可形成生物膜，依靠生物膜降解废水中有机物。当圆盘旋转时，生物膜与废水和空气交替接触，以交换营养物质和氧气。A.M.ABDEL-KADER等利用GPS-X数学模型研究了RBC系统对低（BOD72mg/L、SS28mg/L）、中（BOD119mg/L、SS79mg/L）、高（BOD182mg/L、SS146mg/L3种不同浓度灰水的处理效果，RBC系统对低、中、高浓度灰水的BOD去除率分别为94%95%96%，TSS去除率分别为84%93%95%1RBC系统对BOD的去除效率随BOD负荷增加而增加，最高达5.0g/m2。A.BABAN等采用Monod模型分析了RBC技术对灰水的处理效果，COD和TN的去除率分别为85%和75%，反应具有零级反应动力学关系，零级反应速率常数为5.7±1.5。

RBC技术具有能耗低、污染物减量化程度高、占地面积小、水力停留时间短等优点，缺点是需要结合其他工艺，如人工湿地、物理过滤等技术，以满足回用水的水质要求。

3.4 组合技术

灰水污染程度虽然较轻，但由于含水率较高，单一处理技术难以达到回用标准。为提高处理效果，在实际处理过程中，需结合灰水水质和水量特点，采用多样化方式组合物理、化学及生物技术，主要包括物理-化学技术、物理-生物技术、物理-化学-生物技术。

3.4.1 物理-化学技术

物理-化学技术是常用的灰水处理技术，该技术首先采用物理技术去除不溶于水的污染物质，然后采用化学技术分解去除水中污染物。

杨淘研究了电絮凝-重力流膜过滤对灰水的处理效果，最佳极板组合方式是Al-Fe-Fe-Al，对浊度、表面活性剂、COD、TP和NH3-N的去除率分别为97.6%93.1%62.8%92.5%和32.4%，除COD外，其他指标均满足城市杂用水水质标准。廖宏国采用旋流-臭氧工艺处理船舶灰水，在臭氧通入流量为0.1L/min，灰水流量为1.2L/min时，出水油类和COD分别降低至81.5mg/L和573.6mg/L，水力旋流器处理灰水的效率可达81.82%。赵禹采用磁絮凝-电催化技术处理船舶灰水，首先利用磁絮凝技术去除灰水中的COD和TP，然后利用电催化氧化技术去除灰水中的NH3-N和COD，在磁絮凝阶段，最佳PFS、磁粉、助凝剂的投加量分别为200，400，3mg/LCOD和TP去除率分别达93.00%和89.39%；在电催化氧化阶段，在极网间距1cm、电流密度20mA/cm2、电解质质量浓度200mg/L条件下，COD和NH3-N去除率分别为52.28%和90.32%。

3.4.2 物理-生物技术

膜生物反应器（MBR）首先利用膜过滤技术将固体颗粒与水分离，然后利用微生物降解技术处理固体颗粒，是一种典型的物理-生物技术。王明月采用MBR技术处理污水分质工程中的灰水，对COD、TN、NH3-N和总铁的去除率分别为95.32%、79.50%、97.61%和86.11%，而对TP、总锰、总硬度、TDS、CI、SO42-的去除能力有限。微生物是MBR处理灰水的关键，群落结构组成影响MBR对灰水的处理效果。为有效处理高浓度灰水，张淳等采用厌氧膜生物反应器（AnMBR）处理保障受控生态生命保障系统产生的灰水，对COD和表面活性剂的去除率分别达75%和80%；采用高通量测序方法研究了AnMBR系统中的微生物群落组成变化，表面活性剂降解相关菌群Syr-ergistes、Citrobacter是保障污泥降解性能的关键菌群，由于表面活性剂的累积，微生物群落发生演替。

3.4.3 物理-化学-生物技术

为进一步提高对灰水的处理效果，可以综合采用物理-化学-生物技术。廖宏国研究了旋流、臭氧氧化和MBR组合工艺对船舶灰水的处理效果，旋流、臭氧氧化和生物膜法的组合工艺比臭氧氧化-生物膜和旋流-臭氧氧化两种组合工艺的处理效果更好，对油类、COD和NH3-N的去除率分别为74.1%78.4%和79.5%。还可将其他处理技术与MBR技术组合，进一步提高对灰水的处理效果，降低膜污染。K.BANIMELHEM等采用电絮凝和浸没MBR组合工艺处理灰水，与单纯采用浸没MBR相比，膜污染减少了13%，对TP的去除率提高了65%，而对NH3-N的去除率降低了20%，可能是由于电解过程产生的高浓度Al3+对硝化细菌产生了抑制作用。

此外，还可以利用生态湿地系统中的填料、植物、微生物等综合作用处理灰水，主要包括人工湿地和生态墙等，尤其适用于对农村地区灰水的处理

人工湿地是利用生态技术模拟自然湿地条件而人工构建的湿地，主要包括垂直流人工湿地和水平流人工湿地。HaoZHENG等采用潮汐流人工湿地处理农村地区灰水，当潮汐流淹没和静止比为3：1时，人工湿地对灰水中COD、NH3-N和TP的去除率分别为99.50%、87.16%和88.43%，潮汐作用可以显著提高灰水中溶解氧，提高对污染物的去除率。人工湿地对BOD5、SS和重金属等的去除率较高，但对Na、Ca、Mg和大肠杆菌等的去除率相对较低

4、灰水回用现状

灰水具有较大的回用价值，对灰水进行回用可有效缓解水资源短缺的问题，目前在国内外已得到越来越广泛的应用。

国外对灰水回用的研究和工程起步较早，如德国、瑞典、丹麦、美国、以色列、日本、印度、新加坡等。德国最早于1989年开始采用生物技术+紫外消毒的方式对灰水进行处理和回用，目前已建有超过400座长期运行的灰水回用系统。为避免接错管道，灰水的回收利用系统需在卫生部门注册，并根据相关规定对灰水管道进行标记。以色列于1994年首次颁发了灰水使用许可证，用于对体育馆淋浴灰水的处理再利用。美国、澳大利亚等国家制定了灰水再利用指南，并通过施工折扣、政府补贴等资金激励政策鼓励对灰水的处理及利用。日本出台了相关法规，规定对于面积超过30000m2或可以使用100m3/d的建筑，必须安装灰水处理及回用系统。针对美国阿拉斯加农村地区水资源严重匮乏的问题，阿拉斯加大学安克雷奇分校（UAA）设计了灰水收集利用方案，通过收集厨房和浴室水槽、淋浴以及洗衣房的灰水，构建灰水回用系统，每户家庭每周所需水量从1590L大幅减少至53L，运水产生费用显著降低。西班牙略雷特德马尔酒店将浴室和盥洗池的灰水单独收集后，采用基于人工湿地原理的绿墙处理，出水用于冲刷，每年可节省新鲜水量10000m3。

国内上海、内蒙古、北京、天津、山东青岛已有建成的灰水回用工程。早在2007年内蒙古东胜市采用瑞典的生态卫生系统建设标准实施了污水源分离工程，是世界上首次在现代化城镇开展源分离的一种尝试，涉及1600户居民，其中灰水采用氧化+过滤技术处理后回用于灌溉。在北京市大兴区新城的集中式灰水回用系统中，住宅和公共建筑中将黑水和灰水分类排放并处理回用，经供水平衡分析，该回用系统可节约28.5%的淡水资源，虽然运行成本较集中处理高1.2%，但排水污染负荷减少了10%，提高了新风河的水质达标率。青岛世博园覆盖范围70m2，服务人口共计12740人，是国内外第一个基于污水源分离的丰集中式分质供排水和资源化工程，园区内灰水处理模块的核心工艺是MBR，设计灰水处理量700m3/d，出水COD低于30mg/L，TN小于5mg/L。为进一步实现节水，2007年天津市宁河区七里海保护区采用真空负压技术对生活污水进行源头分离和输送，是我国规模最大的农村真空负压排水集中处理系统工程，惠及造甲镇、东棘坨镇、徕口镇、廉庄镇4个镇27个村共14115户村民，包含真空坐便器、灰水收集器14115套，黑水真空管道217.94km，灰水负压管道226.73km，负压站31座；其中仅造甲镇就产生再生水30m3/a，节水效益显著。2023年，河北省承德市生态环境局选取围场满族蒙古族自治县、隆化县、宽城满族自治县、双桥区、高新区等5个县区开展试点试验，以黑灰分治为前提，充分利用村民房前屋后小三园，挖“坑”造滤床，找“土”当滤料，就近取材系统建设了集“植物吸收+土壤净化”于一体的“小三园+”灰水联合处理系统，实现了生活灰水原位生态处理、低成本易维护模式的资源化利用，被列入生态环境部试点，成为全国首个获得试点批复的地级市。

5、灰水回用存在问题

灰水回用可有效提高对水资源的利用效率，促进水的节约集约利用，然而，在实际应用过程中还存在一些问题：

1）施工质量问题。灰水回用的前提是将生活污水从源头分离，并且排放过程中也应有专门的管道输送。然而，在施工过程中，可能存在管道混接问题，部分是室内分离、室外混合排放，部分是室外接错管道，部分是接错回用管位置等，混接率部分高达27.9%，影响后续灰水的处理及回用效果。

2）用户接受度问题。灰水回用主要以就近原则进行回用，如居民冲厕、小区绿化及道路冲洗等，与居民接触机会较多，不同用户对灰水回用的接受程度不同，对水质情况和自身健康影响情况疑虑较高，加上已有部分中水回用管道接错，导致用户把中水当作自来水长期使用，加深了用户对灰水回用的抵触情绪，限制了灰水回用的推广。

3）法规标准问题。灰水回用成本涉及处理回用成本、房屋改造、系统维护等多方面，然而，目前大部分国家并没有专门针对灰水回用的相关法规和标准，仅有部分组织发布的灰水回用指南或建议，灰水在处理和回用过程中并无依据，是限制灰水大规模推广应用的重要原因。

4）运行维护问题。不同于污水的集中处理，灰水处理及回用一般规模较小，呈分散型就近回用，需要保证出水水质的安全和水量的稳定，一旦出现故障应迅速做出响应，否则很影响用户的使用体验，引起用户的反感而终止。因此，运行维护是灰水处理及回用的关键，可以采用在线监测技术提高灰水回用的保障率和可靠性。然而，经济原因导致小规模的灰水回用无法实现在线监测。

6、结语

灰水产生量大、污染较轻，经处理后回用，可提高对水资源的重复利用率，缓解水资源短缺态势，实现水资源的节约集约利用。在技术上，具有多种多样的处理方式，如物理、化学、生物以及组合技术等，每种技术各有其优缺点和适用性，具体可针对灰水的水质和水量特征，选择合适的技术处理。在应用上，受当地政策、经济以及用户接受程度的不同，开展灰水回用时可能存在不同的问题和限制因素，导致目前灰水回用的规模多偏向于中试研究、公共建筑，难以在灰水的产生端即居民小区内进行就近回用。

随着水资源短缺态势的日益突出和人们环保意识的不断增强，对灰水的处理及回用需求将会越来越。针对灰水的处理及回用，未来应加强出台相关法律法规，对灰水的处理及回用进行约束，在此基础上进行顶层设计，在生活污水的源头分离最初阶段即进行设计，保障灰水可以有效地分离和收集，然后根据当地经济、环境条件，选择适宜的处理技术对灰水进行处理后回用，最后加强对灰水收集-处理-回用等过程的管理，提高对灰水的利用率。