滲濾污水治理技術(shù)適用性的簡述

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本文作者：吳濟(jì)華文筑秀作者單位：中國市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院

CRI系統(tǒng)對有機(jī)污染物的去除主要由機(jī)械過濾截留、吸附和生物降解共同完成。不溶性有機(jī)物通過滲濾池的過濾截留、沉淀作用，并被微生物利用；可溶性有機(jī)物則通過滲濾介質(zhì)生物膜的吸附、吸收以及生物降解過程被分解去除。快滲池上部介質(zhì)處于厭氧-好氧交替環(huán)境，生物膜的組成比較復(fù)雜，其中包括好氧菌、厭氧菌和兼性菌等，厭氧菌對生存環(huán)境的要求要比好氧菌嚴(yán)格。在CRI系統(tǒng)中，落干期要長于淹水期，因此好氧生物降解是CRI系統(tǒng)去除有機(jī)物的主要機(jī)制。

污水中的有機(jī)氮通過微生物的氨化作用轉(zhuǎn)化為NH4+-N，氨氮的硝化作用分兩步進(jìn)行：第一步是NH4+-N氧化為NO2--N的過程，這一過程由亞硝酸菌完成，它從中獲得生長所必需的能量；第二步是由硝酸菌將NO2--N進(jìn)一步氧化為NO3--N的過程。在缺氧條件下，通過反硝化細(xì)菌將硝酸鹽作為最終電子受體，通過生物異化還原轉(zhuǎn)化成分子態(tài)氮（N2）從水中逸出，獲得脫氮。CRI系統(tǒng)在布水期氨氮首先被滲濾介質(zhì)吸附，主要集中在0~50cm的介質(zhì)中，且其含量隨快滲池深度而降低。布水期氨氮被硝化量較少。在落干期，吸附態(tài)氨氮被硝化，硝化反應(yīng)多集中在0～50cm滲濾介質(zhì)中，其中0～5cm硝化反應(yīng)最強(qiáng)，生成的硝態(tài)氮不易被滲濾介質(zhì)吸附，往往在下一次布水過程中隨水流排出快滲池，這也是快滲池初期出水中硝氮濃度較高的原因?？鞚B池上部反硝化菌、碳源、硝氮含量較高，但布水期短致使厭氧時間很短；快滲池下部雖厭氧條件好，但系統(tǒng)內(nèi)反硝化菌、碳源、硝氮含量極低。為此，快滲池中的反硝化條件差、能力低，使CRI系統(tǒng)的脫氮率低，難以達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級A標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)。

CRI系統(tǒng)對污水中磷的去除主要是通過填料的過濾吸附、沉淀和生物降解作用共同完成。一般認(rèn)為CRI系統(tǒng)對磷的去除途徑主要是填料的吸附和沉淀作用，污水中的磷與可溶性或不可溶性的鐵、鋁、鎂等形成不溶性的磷酸鹽而去除，或磷以陰離子的形式與填料表面的離子發(fā)生交換而被吸附在滲濾介質(zhì)表面。加上CRI系統(tǒng)在污水生物處理過程中，有機(jī)物的生物降解伴隨著微生物菌體合成，磷作為微生物菌正常生長所需元素，從而被部分去除(10％～30％)。但是，CRI系統(tǒng)生物除磷的去除率不高，達(dá)不到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級A標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

人工快速滲濾的處理效果

上世紀(jì)60年代，日本學(xué)者開始研究地下土壤毛管浸潤凈化污水的新土地處理技術(shù)。美國、俄羅斯相繼進(jìn)行研究并建設(shè)工程。我國在“七五”、“八五”期間也重視此項(xiàng)技術(shù)，曾進(jìn)行研究和建設(shè)實(shí)驗(yàn)基地，沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)生宿舍生活污水地下滲濾作為當(dāng)時的示范工程（Q=30～50m3／d），其工藝流程為：污水→格柵井→第一沉淀室→第二沉淀室→提升泵→分配水槽→地下土壤毛管滲濾溝→滲透出水池→提升泵→“中水”高位水箱→沖廁所。該示范工程基建投資、運(yùn)行成本為二級生化處理工程的3分之2與5分之1；地下土壤毛管滲濾溝的填料為原土、爐渣、特殊土壤、礫石等，它與人工快速滲濾池有著類似的構(gòu)造。人工快速滲濾技術(shù)（CRI）由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)白瑛教授于“七五”期間進(jìn)行過試驗(yàn)性研究，此后中國地質(zhì)大學(xué)進(jìn)行了較深入全面的研究。2001年中國地質(zhì)大學(xué)、北京大學(xué)深圳研究生院和深港產(chǎn)學(xué)研環(huán)境技術(shù)中心在深圳建成了第一個人工快速滲濾處理系統(tǒng)示范工程———深圳茅河人工快速滲濾處理工程，規(guī)模為150m3/d。由于CRI處理技術(shù)具有基建投資低、運(yùn)行費(fèi)用少、維護(hù)管理方便等特點(diǎn)，目前全國已興建了近50個處理工程。通過大量研究檢測與工程運(yùn)行效果測定表明：CRI工藝對污水中的CODCr、BOD5、NH3-N、SS去除率高，完全能達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級A標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)。但大量試驗(yàn)表明：CRI處理系統(tǒng)中反硝化條件較差、總氮去除能力低，一般去除率只能達(dá)到10％～35％；CRI的總磷去除效率稍高，一般能達(dá)到30％～55％，T-N、T-P卻不能達(dá)到一級A標(biāo)。因此，僅靠CRI技術(shù)處理正常進(jìn)水水質(zhì)范圍的城鎮(zhèn)污水是不能全面達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級A標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)，否則應(yīng)輔加相應(yīng)的除磷脫氮技術(shù)措施。

人工快速滲濾處理系統(tǒng)中構(gòu)筑物的組合問題

由前述知：CRI技術(shù)既有較多優(yōu)特點(diǎn)，也存在脫氮除磷效果較低、滲濾池易于堵塞等問題。所以，在設(shè)計(jì)工程采用CRI技術(shù)處理污水時，應(yīng)該從以下幾方面來完善并提高人工快速滲濾系統(tǒng)的處理效果：

（1）首先應(yīng)全面了解進(jìn)廠（站）污水的水質(zhì)檢測資料，同時應(yīng)明確處理出水的排放標(biāo)準(zhǔn)要求，即《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中的那級標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)椋煌倪M(jìn)水水質(zhì)與不同的排放標(biāo)準(zhǔn)等級，CRI處理系統(tǒng)的構(gòu)筑物組成也會不同。

（2）預(yù)處理構(gòu)筑物的組成

①當(dāng)處理雨水類時，預(yù)處理可由格柵、調(diào)節(jié)沉砂池組合完成。②當(dāng)處理總磷含量較低的污水時，預(yù)處理構(gòu)筑物由格柵、調(diào)節(jié)沉淀池組成。③當(dāng)處理總磷含量較高的污水時，預(yù)處理構(gòu)筑物可由格柵、調(diào)節(jié)池、提升泵房、絮凝沉淀池(即輔加化學(xué)除磷達(dá)標(biāo)排放)組成。④當(dāng)進(jìn)水中含動植物油類、總磷較高時，預(yù)處理構(gòu)筑物由格柵、調(diào)節(jié)池、提升泵房，隔油池(根據(jù)工程情況，隔油池也可置于調(diào)節(jié)池前)、絮凝沉淀池(即輔加化學(xué)除磷達(dá)標(biāo)排放)組成。⑤當(dāng)處理含CODCr較高的污水時(例：當(dāng)混有部分工業(yè)廢水時)，預(yù)處理構(gòu)筑物組成中應(yīng)增加水解酸化池或厭氧池。中小城鎮(zhèn)污水來水量的時變化系數(shù)大，預(yù)處理構(gòu)筑物組成中污水的調(diào)節(jié)功能不能缺少，污水調(diào)節(jié)池是保證CRI系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提條件，但它可以與某些處理構(gòu)筑物組合在一起。

（3）強(qiáng)化總氮去除率

處理污水中總氮含量高，且出水排放標(biāo)準(zhǔn)要求達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中一級A標(biāo)時，僅靠CRI處理技術(shù)是不能達(dá)標(biāo)的，處理系統(tǒng)中必須增加生物塘等處理構(gòu)筑物。作為人工快速滲濾系統(tǒng)，提高其脫氮功能尚須進(jìn)一步試驗(yàn)探索，但其前提是：既能具有較高的脫氮率，又不能增加太大的基建投資，否則CRI技術(shù)失去它優(yōu)越性。對于僅達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中一級B標(biāo)的地區(qū)(例如，貴州省、廣西自治區(qū)等大部分地區(qū))，以及對于一般的城鎮(zhèn)污水情況下，宜通過滲濾介質(zhì)、水力負(fù)荷周期(濕干比)的整合，使總氮達(dá)到一級B標(biāo)要求的可能性是比較大的。所以，對于一些排放標(biāo)準(zhǔn)要求為一級B標(biāo)的地區(qū)、進(jìn)水濃度比較低的中小城鎮(zhèn)污水處理廠(站)，采用CRI技術(shù)有其獨(dú)到的優(yōu)越性。

人工快速滲濾處理污水系統(tǒng)的污泥處理

CRI污水處理技術(shù)的一個優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)中基本上不產(chǎn)生剩余污泥，但是系統(tǒng)的預(yù)處理部分要產(chǎn)生格柵渣和沉淀（砂）污泥，需要進(jìn)行處理。CRI系統(tǒng)的污泥處理方式值得探討，該工藝本身以投資低為優(yōu)勢，所以我們認(rèn)為污泥處理也應(yīng)符合整體標(biāo)準(zhǔn)，因地制宜的采用干化場方式為宜；對規(guī)模較大、產(chǎn)泥較多的工程項(xiàng)目可考慮上機(jī)械脫水方式(如板框機(jī)等)。事實(shí)上，一些的工程均建有板框機(jī)脫水的污泥處理機(jī)房。但投運(yùn)后基本上未使用，機(jī)房成了倉庫，脫水機(jī)閑置。污泥的處置應(yīng)根據(jù)泥質(zhì)的成份分析而定，一般可采取自然厭氧堆肥后作為農(nóng)田、果樹、花草使用。

人工快速滲濾處理污水系統(tǒng)運(yùn)行管理潛力

CRI技術(shù)的推廣應(yīng)用遇到主要難題是不能達(dá)到水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)，解決這難題：首先是從工程設(shè)計(jì)入手，這是根本的；其次是通過挖掘運(yùn)行管理的潛力來局部挽回設(shè)計(jì)中考慮不足之處，據(jù)報導(dǎo)：（1）滲濾介質(zhì)組合：介質(zhì)的吸附性，它直接影響到污水的處理效果。（2）滲濾池的濕干比：在不降低處理能力的前提下，調(diào)整淹水與落干的時間和比值，可以獲得較高的處理水質(zhì)；據(jù)有的試驗(yàn)表明：濕干比與TN的去除率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，濕干比越小，干化時間越長，越有利于氮的去除。（3）上層滲濾介質(zhì)翻曬：根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)(含動植物油類、雜質(zhì))、氣候條件等摸索滲濾池上層介質(zhì)的翻曬規(guī)律(翻曬周期、翻曬時間)，它既是保持滲濾池的滲透能力，又要保護(hù)介質(zhì)生物膜質(zhì)的活性，歸根結(jié)締它是促進(jìn)處理水質(zhì)提高的關(guān)鍵因素之一。

人工快速滲濾處理污水系統(tǒng)組成部分的設(shè)計(jì)探討

（1）預(yù)處理部分：據(jù)統(tǒng)計(jì)目前建設(shè)的工程，預(yù)處理構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低，例如調(diào)節(jié)池、沉砂池、沉淀池的沉泥排除主要靠人工間歇挖除，這樣不僅增加處理廠(站)維護(hù)人員的勞動強(qiáng)度，而且影響沉砂池、沉淀池的處理效能。對于CRI系統(tǒng)的人工維護(hù)重點(diǎn)應(yīng)放在滲濾池表層介質(zhì)的翻曬上，故建議在預(yù)處理構(gòu)筑物中設(shè)計(jì)時應(yīng)增加配套的水力排泥(砂)系統(tǒng)或機(jī)械排泥(砂)設(shè)備。

（2）滲濾池部分

①關(guān)于滲濾池的個數(shù)：當(dāng)CRI系統(tǒng)的處理規(guī)模確定，并計(jì)算滲濾池的總面積、水力負(fù)荷、濕干比與投配速率后，應(yīng)該保證在任何時候至少有一個滲濾池接納污水，也就是“連續(xù)投配污水所需要的滲濾池的最少數(shù)目是負(fù)荷周期的函數(shù)。”這樣，使選擇的提升泵功率低、運(yùn)行成本少，機(jī)電設(shè)備能連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行、維護(hù)檢修量也相對較少。②關(guān)于滲濾池的布水系統(tǒng)：從參觀成都市的三個工程來看，配水支管間距約3m，觀察布水后的現(xiàn)象：45°夾角拋物線布水，滲濾池上表層出現(xiàn)一排排小凹坑，而且小凹坑均現(xiàn)出5～6mm的“小卵石”，這種布水形式有可能影響到布水的均勻性。建議調(diào)整配水支管間距及布水角度作些試驗(yàn)，以獲取更佳的布水效果。③關(guān)于集水系統(tǒng)的控制：由于試驗(yàn)研究的趨向性結(jié)論是：縮短淹水、落干的時間，增加每天污水的投配次數(shù)。于是每次布水時間均較短，為了確保布水均勻，建議每格滲濾池出水管安裝控制閥，在布水開始時關(guān)閉出水閥，以利在最短的時間內(nèi)使水位升到滲濾介質(zhì)以上，開啟出水閥后應(yīng)盡量保證布水期內(nèi)滲濾池介質(zhì)處于淹沒狀態(tài)。這樣才能避免布水時出現(xiàn)水流局部短路現(xiàn)象，保證全池面積均勻布水。