滲濾污水治理技術適用性的簡述

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本文作者：吳濟華文筑秀作者單位：中國市政工程西南設計研究總院

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

污水中的有機氮通過微生物的氨化作用轉化為NH4+-N，氨氮的硝化作用分兩步進行：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進一步氧化為NO3--N的過程。在缺氧條件下，通過反硝化細菌將硝酸鹽作為最終電子受體，通過生物異化還原轉化成分子態氮（N2）從水中逸出，獲得脫氮。CRI系統在布水期氨氮首先被滲濾介質吸附，主要集中在0~50cm的介質中，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，吸附態氨氮被硝化，硝化反應多集中在0～50cm滲濾介質中，其中0～5cm硝化反應最強，生成的硝態氮不易被滲濾介質吸附，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。快滲池上部反硝化菌、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，但系統內反硝化菌、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系統的脫氮率低，難以達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標排放標準。

CRI系統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。一般認為CRI系統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生交換而被吸附在滲濾介質表面。加上CRI系統在污水生物處理過程中，有機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系統生物除磷的去除率不高，達不到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標排放標準要求。

人工快速滲濾的處理效果

上世紀60年代，日本學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。美國、俄羅斯相繼進行研究并建設工程。我國在“七五”、“八五”期間也重視此項技術，曾進行研究和建設實驗基地，沈陽工業大學學生宿舍生活污水地下滲濾作為當時的示范工程（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造。人工快速滲濾技術（CRI）由中國農業大學白瑛教授于“七五”期間進行過試驗性研究，此后中國地質大學進行了較深入全面的研究。2001年中國地質大學、北京大學深圳研究生院和深港產學研環境技術中心在深圳建成了第一個人工快速滲濾處理系統示范工程———深圳茅河人工快速滲濾處理工程，規模為150m3/d。由于CRI處理技術具有基建投資低、運行費用少、維護管理方便等特點，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，完全能達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標排放標準。但大量試驗表明：CRI處理系統中反硝化條件較差、總氮去除能力低，一般去除率只能達到10％～35％；CRI的總磷去除效率稍高，一般能達到30％～55％，T-N、T-P卻不能達到一級A標。因此，僅靠CRI技術處理正常進水水質范圍的城鎮污水是不能全面達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標排放標準，否則應輔加相應的除磷脫氮技術措施。

人工快速滲濾處理系統中構筑物的組合問題

由前述知：CRI技術既有較多優特點，也存在脫氮除磷效果較低、滲濾池易于堵塞等問題。所以，在設計工程采用CRI技術處理污水時，應該從以下幾方面來完善并提高人工快速滲濾系統的處理效果：

（1）首先應全面了解進廠（站）污水的水質檢測資料，同時應明確處理出水的排放標準要求，即《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中的那級標準。因為，不同的進水水質與不同的排放標準等級，CRI處理系統的構筑物組成也會不同。

（2）預處理構筑物的組成

①當處理雨水類時，預處理可由格柵、調節沉砂池組合完成。②當處理總磷含量較低的污水時，預處理構筑物由格柵、調節沉淀池組成。③當處理總磷含量較高的污水時，預處理構筑物可由格柵、調節池、提升泵房、絮凝沉淀池(即輔加化學除磷達標排放)組成。④當進水中含動植物油類、總磷較高時，預處理構筑物由格柵、調節池、提升泵房，隔油池(根據工程情況，隔油池也可置于調節池前)、絮凝沉淀池(即輔加化學除磷達標排放)組成。⑤當處理含CODCr較高的污水時(例：當混有部分工業廢水時)，預處理構筑物組成中應增加水解酸化池或厭氧池。中小城鎮污水來水量的時變化系數大，預處理構筑物組成中污水的調節功能不能缺少，污水調節池是保證CRI系統正常運行的前提條件，但它可以與某些處理構筑物組合在一起。

（3）強化總氮去除率

處理污水中總氮含量高，且出水排放標準要求達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中一級A標時，僅靠CRI處理技術是不能達標的，處理系統中必須增加生物塘等處理構筑物。作為人工快速滲濾系統，提高其脫氮功能尚須進一步試驗探索，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技術失去它優越性。對于僅達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中一級B標的地區(例如，貴州省、廣西自治區等大部分地區)，以及對于一般的城鎮污水情況下，宜通過滲濾介質、水力負荷周期(濕干比)的整合，使總氮達到一級B標要求的可能性是比較大的。所以，對于一些排放標準要求為一級B標的地區、進水濃度比較低的中小城鎮污水處理廠(站)，采用CRI技術有其獨到的優越性。

人工快速滲濾處理污水系統的污泥處理

CRI污水處理技術的一個優點是系統中基本上不產生剩余污泥，但是系統的預處理部分要產生格柵渣和沉淀（砂）污泥，需要進行處理。CRI系統的污泥處理方式值得探討，該工藝本身以投資低為優勢，所以我們認為污泥處理也應符合整體標準，因地制宜的采用干化場方式為宜；對規模較大、產泥較多的工程項目可考慮上機械脫水方式(如板框機等)。事實上，一些的工程均建有板框機脫水的污泥處理機房。但投運后基本上未使用，機房成了倉庫，脫水機閑置。污泥的處置應根據泥質的成份分析而定，一般可采取自然厭氧堆肥后作為農田、果樹、花草使用。

人工快速滲濾處理污水系統運行管理潛力

CRI技術的推廣應用遇到主要難題是不能達到水質排放標準，解決這難題：首先是從工程設計入手，這是根本的；其次是通過挖掘運行管理的潛力來局部挽回設計中考慮不足之處，據報導：（1）滲濾介質組合：介質的吸附性，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，調整淹水與落干的時間和比值，可以獲得較高的處理水質；據有的試驗表明：濕干比與TN的去除率呈負相關關系，濕干比越小，干化時間越長，越有利于氮的去除。（3）上層滲濾介質翻曬：根據進水水質(含動植物油類、雜質)、氣候條件等摸索滲濾池上層介質的翻曬規律(翻曬周期、翻曬時間)，它既是保持滲濾池的滲透能力，又要保護介質生物膜質的活性，歸根結締它是促進處理水質提高的關鍵因素之一。

人工快速滲濾處理污水系統組成部分的設計探討

（1）預處理部分：據統計目前建設的工程，預處理構筑物的設計標準偏低，例如調節池、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)維護人員的勞動強度，而且影響沉砂池、沉淀池的處理效能。對于CRI系統的人工維護重點應放在滲濾池表層介質的翻曬上，故建議在預處理構筑物中設計時應增加配套的水力排泥(砂)系統或機械排泥(砂)設備。

（2）滲濾池部分

①關于滲濾池的個數：當CRI系統的處理規模確定，并計算滲濾池的總面積、水力負荷、濕干比與投配速率后，應該保證在任何時候至少有一個滲濾池接納污水，也就是“連續投配污水所需要的滲濾池的最少數目是負荷周期的函數。”這樣，使選擇的提升泵功率低、運行成本少，機電設備能連續穩定運行、維護檢修量也相對較少。②關于滲濾池的布水系統：從參觀成都市的三個工程來看，配水支管間距約3m，觀察布水后的現象：45°夾角拋物線布水，滲濾池上表層出現一排排小凹坑，而且小凹坑均現出5～6mm的“小卵石”，這種布水形式有可能影響到布水的均勻性。建議調整配水支管間距及布水角度作些試驗，以獲取更佳的布水效果。③關于集水系統的控制：由于試驗研究的趨向性結論是：縮短淹水、落干的時間，增加每天污水的投配次數。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，在布水開始時關閉出水閥，以利在最短的時間內使水位升到滲濾介質以上，開啟出水閥后應盡量保證布水期內滲濾池介質處于淹沒狀態。這樣才能避免布水時出現水流局部短路現象，保證全池面積均勻布水。