污水人工快速滲濾處理技術

摘要：快速滲濾系統（Rapid Infiltration System,簡稱RI系統）是污水土地處理系統的一種。傳統的RI系統占地面積大，水力負荷低，最高的日水力負荷也僅0.03m，這是由于傳統的RI系統主要是利用天然的砂土地進行滲濾，場地土層不均一而使得水力負荷無法提高[1]。為此，中國地質大學（北京）近年來致力于人工快速滲濾系統（Constructed Rapid Infiltration System, 簡稱CRI系統）的研究，到目前已成功地從試驗研究轉向實際工程應用，并首先在我國南方地區開始推廣應用，這一技術目前國外尚未見有研究報導，屬于國內首次開發。

關鍵詞：污水 人工快速滲濾處理 CRI系統

快速滲濾系統(Rapid Infiltration System,簡稱RI系統)是污水土地處理系統的一種。傳統的RI系統占地面積大，水力負荷低，最高的日水力負荷也僅0.03m，這是由于傳統的RI系統主要是利用天然的砂土地進行滲濾，場地土層不均一而使得水力負荷無法提高^[1]。為此，中國地質大學(北京)近年來致力于人工快速滲濾系統(Constructed Rapid Infiltration System, 簡稱CRI系統)的研究，到目前已成功地從試驗研究轉向實際工程應用，并首先在我國南方地區開始推廣應用，這一技術目前國外尚未見有研究報導，屬于國內首次開發。CRI系統的滲濾池為人工填充的具有一定級配的天然河砂，并摻入一定量的特殊填料，以保證既有較高的水力負荷，又能滿足出水的處理要求。CRI系統是利用快滲池內的人工介質和特殊填料進行的過濾、吸附以及微生物的降解等多種作用的相互結合，使廢水中的有機物進行分解去除，從而達到水質凈化目的的一種生態學處理方法，它適用于河流污水資源化和生活污水處理。CRI系統不僅具有操作簡單、運行管理方便、低能耗、低投資和低運行管理費用等優點，同時也有水力負荷高和出水水質好等特點^[2]。

1．CRI系統工藝流程

CRI系統的工藝流程如下圖所示：

預沉池的功能主要是降低污水中的SS，以便提高滲池的滲濾速度，防止堵塞。污水通過滲池的過程中產生綜合的物理、化學和生物反應使污染物得以去除，其中主要是生物化學反應，使有機污染物通過生物降解而去除。地下集水系統的功能是收集凈化水，凈化水進入清水池貯存供回用?？焖贊B濾法的主體是快速滲濾池，該系統由至少兩個裝填有一定厚度砂石填料濾池組成，采用干濕交替的運轉方式，通過濾池內的好氧、厭氧及兼氧性微生物降解污染物。落干期滲池大部分為好氧環境，淹水期滲池為厭氧環境，所以滲池內經常是好氧和厭氧相互交替，有利于微生物發揮綜合處理作用，去除有機物。就氮的去除而言，落干時產生銨化和硝化作用，淹水期產生反硝化作用，氮通過上述轉化過程而被去除；懸浮固體經過過濾去除；重金屬經吸附和沉淀去除；磷經吸附和與滲池內的特殊填料形成羥基磷酸鈣沉淀而去除；病原體經過濾、吸附、干燥、輻射和吞噬而去除；有機物經揮發、生物和化學降解等作用而分別被去除^[3]。

2．CRI系統處理效果

河北涿洲的現場小型試驗證明，CRI系統的日水力負荷可達2m以上，出水質量達到或優于二級處理出水標準，COD_cr一般在50mg/L以下，最低小于20mg/L，BOD₅一般在20mg/L以下^[4]；深圳三棵竹和東莞華興電器有限公司的現場試驗和實際工程的應用證明，對于河流污水日水力負荷可達1.5m³/(m²•d)以上，對于生活污水日水力負荷可達1m³/(m²•d)以上，出水質量達到或優于二級處理出水標準，COD_cr一般在40mg/L以下，最低小于20mg/L，BOD₅一般在10mg/L以下^[5]；對茅洲河水的研究結果表明，在1.5 m/d的水力負荷條件下，CRI系統對SS、CODcr、BOD₅、NH₃-N、和TP的平均去除率分別為89.51%、77.82%、85.33%、98.28%和60.19%，處理出水中SS、CODcr、BOD₅、NH₃-N和TP的平均濃度分別為2.5 mg/L、15.7 mg/L、2.89 mg/L、0.32 mg/L、和0.86 mg/L，處理出水SS、CODcr、BOD₅、NH₃-N和TPS均達到了污水綜合排放標準(GB8978-1996)、城鎮二級污水處理廠一級排放標準、生活雜用水水質標準(CJ25.1-89)和再生水回用于景觀水體的水質標準(GB3838-2002)的Ⅲ類水質標準，可以作為飲用水源水^[6]。

3．CRI系統的優勢

(1) 建設成本低，運行費用更低

CRI系統中占建設成本最大的投資為填料，主要為河沙。一般地，每噸水處理建設成本約為800~1000元人民幣；如果能做到污水自流，不需要提升，則運行成本低于0.2元人民幣/噸。

(2) 抗沖擊負荷強，系統穩定性好

CRI系統1m³的體積可以處理2噸以上河流污水，是一般傳統人工濕地系統處理效率的6倍，COD負荷范圍可以在100~900mg/L，系統仍能穩定運行。

(3) 應急處理和深度處理可以有機結合，出水效果好，不造成投資浪費

CRI系統中通過調整水力負荷，可以處理不同的水量，水力負荷在一定范圍內變化，對出水效果影響較小。水力負荷的大小，與選擇濾料的級配有關，因此通過不同級配的濾料選擇，可以調整不同的水力負荷，達到不同的處理效果。對于深度處理，降低水力負荷，出水優于二級處理，而且除磷效果佳，也有一定除氮功能，只要部分更換濾料即可達到深度處理，其它設施可以不作任何變動，不造成投資浪費，做到應急與深度處理有機結合^[7]。

(4) 不造成二次污染，不對污泥作任何處理

CRI系統不需投加藥劑，主要通過生化作用處理污水，不造成二次污染；污泥在填料中由細菌消化，不產生污泥。也不需要對系統進行反沖洗，主要通過特殊濾料進行。

(5) 占地面積相對不大

CRI系統濾層最佳深度為2m左右，1m³的體積可以處理2 m³以上污水，10萬m³污水需占地約5萬m²，大大小于傳統人工濕地，與一般的二級污水處理工藝的占地要求相當。

4．CRI系統的應用前景

我國是一個人均水資源占有量匱乏的國家，地表水體的生態環境嚴重惡化，許多地區和城市嚴重缺水。我國水污染嚴重和水資源短缺已經成為制約我國經濟發展，危害生態環境，影響人民生活和身體健康的突出問題^[8]。因此因地制宜采用分散和集中相結合的污水處理技術，進行污水處理無害化、資源化是很有必要的。近年我國政府將投入巨資進行河流水污染治理，以深圳市為例，將投入70億資金治理深圳轄區內的7條河流，在近期又將增加25億元進行珠江水系專項治理。三峽庫區水污染治理、北京水系規劃、上海水環境治理、南水北調工程水環境綜合整治等計劃都在實施中，CRI系統憑借其經濟有效的處理優勢，在河流水污染治理領域有廣泛的應用前景。此外，我國村鎮級生活污水治理問題也成為我國環境保護的重要內容，我國農村人口眾多，經濟綜合實力差，低建設成本、易于管理的污水處理技術，是村鎮污水處理的主要模式，CRI系統正好順應了我國村鎮污水處理的基本國情，必將在該領域發揮重要作用。因此，CRI技術在河流污水資源化和城鎮生活污水處理方面具有重要的經濟效益、環境效益和社會效益。