高負荷地下滲濾污水處理復(fù)合技術(shù)

陳繁榮，葉 凡

(1.中國科學院廣州地球化學研究所，廣州 510640；2.南平綠星環(huán)保工程有限公司，福建 南平 353000)

高負荷地下滲濾污水處理復(fù)合技術(shù)

陳繁榮1，葉 凡2

(1.中國科學院廣州地球化學研究所，廣州 510640；2.南平綠星環(huán)保工程有限公司，福建 南平 353000)

我國的分散點源生活污水排放量高達5000萬t/d，主要來自小城鎮(zhèn)、農(nóng)村等分散的人群聚居地，處理率很低，已成為改善居住環(huán)境和水資源保護的關(guān)鍵。常用于城鎮(zhèn)污水處理廠的生物處理技術(shù)及其衍生技術(shù)用于污水分散處理難以正常運行。高負荷地下滲濾污水處理復(fù)合技術(shù)占地面積較小、運行成本低、處理效果好、運行穩(wěn)定、維護管理簡便、無二次污染，且不受氣候條件影響，技術(shù)成熟，是一項適合我國國情的污水分散處理和回用技術(shù)。

污水分散處理;技術(shù)現(xiàn)狀;高負荷地下滲濾;村鎮(zhèn)污水處理

1 技術(shù)背景

我國的分散點源污染（小城鎮(zhèn)、農(nóng)村、度假村、城郊生活小區(qū)等）嚴重，已成為我國水污染防治的重點領(lǐng)域。根據(jù)中國國情，只有占地面積小、投資少、運行成本低、維護簡便、氣候適應(yīng)性強的污水處理技術(shù)裝置才能推廣使用。然而，類似于污水處理廠的生化處理技術(shù)及其衍生技術(shù)的運行成本很高、管理維護復(fù)雜；人工濕地占地面積大（日處理1t污水占地10m2以上），建設(shè)成本高，在低溫下的處理效果很差甚至失效，夏季則會滋生蚊蟲；傳統(tǒng)地下滲濾系統(tǒng)占地面積很大（日處理1t污水占地約30m2）。為了減少人工濕地和地下滲濾系統(tǒng)的占地面積，部分單位采用了強化預(yù)處理（如預(yù)曝氣），因而使建設(shè)和運行成本大幅度提高，并且運行管理較復(fù)雜；或者造成環(huán)境污染且在低溫下難以應(yīng)用（如多級跌水復(fù)氧），或者處理效果差。

國外的污水分散處理技術(shù)和裝置分為三類：1）高能耗的生化處理技術(shù)裝置（如Bioclere、Walex）；2）占地面積大的生態(tài)處理系統(tǒng)（如人工濕地、地下滲濾）；3）環(huán)境和景觀效果差、建設(shè)成本高的處理系統(tǒng)（如Gappei-shori小型污水凈化槽、BioTrap）。

我國的土地資源珍貴，經(jīng)濟欠發(fā)達、缺少污水處理設(shè)施的運行保障機制、氣候條件變化大，因而急需占地面積少、經(jīng)濟和環(huán)境效益好、維護簡便、適合國情的污水處理技術(shù)。高負荷地下滲濾污水處理復(fù)合技術(shù)（所謂“負荷”是指單位面積的污水處理能力，單位：t/m2·d）的綜合優(yōu)勢明顯，符合國情要求。

2 工藝原理

高負荷地下滲濾污水處理復(fù)合技術(shù)的基本方法和原理是：將污水通過埋在地下的散水管散布到一定面積的人工土中，污水在不同功能結(jié)構(gòu)層濾料中橫向運移和向下滲濾的同時，其中的污染物在濾料中通過截留、吸附及微生物分解和轉(zhuǎn)化而去除，滲濾系統(tǒng)之上的土地可用作花園綠地、草地、停車場等。

高負荷地下滲濾系統(tǒng)日處理1t污水占地面積＜2m2（負荷≥0.5t/m2·d），以好氧為主，僅僅在進水時出現(xiàn)厭氧環(huán)境，其出水的COD、BOD、TSS、氨氮等指標均低于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A類標準限值。高負荷地下滲濾單元的出水進入人工濕地進行反硝化脫氮和深度除磷，經(jīng)過人工濕地處理后，出水的TN和TP也低于一級A類標準限值。此外，該技術(shù)將高負荷地下滲濾單元與人工濕地單元有機結(jié)合，在促進人工濕地反硝化作用的同時，調(diào)節(jié)控制高負荷地下滲濾單元的濕/干比，可有效防止?jié)B濾系統(tǒng)堵塞。

該技術(shù)的基本流程如圖1所示。

圖1 污水處理流程

3 技術(shù)的主要優(yōu)點和經(jīng)濟指標

（1）占地少且不需要專用土地：t水占地面積為2～2.5m2；整個系統(tǒng)為地埋式，地表可用作綠地、草地、停車場、休閑運動場地等。

（2）一次性投資?。簩τ谌仗幚砹砍^100t的系統(tǒng)，污水處理的建設(shè)投資約1500～3000元/t（與系統(tǒng)規(guī)模和場址狀況有關(guān)）。

（3）運行費用低：污水處理成本0.06～0.08元/t。

（4）操作維護簡便易行：無復(fù)雜設(shè)備，幾乎不需要日常管理。

（5）處理效果好，運行穩(wěn)定：可達到或優(yōu)于國家城鎮(zhèn)污水處理廠一級A類排放標準（GB18918-2002）。

（6）不危害周圍環(huán)境和景觀，無二次污染。

（7）受氣候條件影響?。涸诒狈?、冬季均可正常運行。

（8）使用靈活：單個系統(tǒng)的日處理能力從數(shù)噸至數(shù)千噸。

4 技術(shù)可靠性分析

4.1 技術(shù)工藝的先進性

地下滲濾系統(tǒng)在國外的廣泛應(yīng)用已有幾十年的歷史，大量的研究和實踐表明，顆粒有機物的超量積累導致系統(tǒng)堵塞是限制其污水負荷能力的主要原因，然而，近年來的研究顯示，在污水負荷較大的情況下傳統(tǒng)系統(tǒng)的處理效果也不理想。研發(fā)人員通過資料調(diào)研、理論分析和實驗研究，查明了導致系統(tǒng)堵塞和影響污水處理效果的主要原因，提出了多種解決方案，并且在多年的研發(fā)中進行了方案遴選、技術(shù)優(yōu)化與集成。該技術(shù)通過濾料物理性質(zhì)和化學性質(zhì)調(diào)控、系統(tǒng)自檢反饋與防堵、高效可控通風供氧、高效微生物等技術(shù)創(chuàng)新，使系統(tǒng)在不同氣候條件下長期穩(wěn)定運行。有關(guān)成果獲中國發(fā)明專利授權(quán)3項，實用新型專利1項。

4.2 中試系統(tǒng)運行情況和研究結(jié)果

2005年6月在中科院廣州地球化學研究所生活小區(qū)建成了一個中試系統(tǒng)，一直正常運行。其滲濾面積為20m2，污水處理量約8t/d，系統(tǒng)出水TSS、COD、BOD、氨氮、總磷等指標低于國家城鎮(zhèn)污水處理廠一級A類排放標準（GB18918-2002）限值，系統(tǒng)運行4年，穩(wěn)定正常。2008年7月，對該試驗系統(tǒng)進行了局部分層剝離開挖，即使在散水孔周圍也未發(fā)現(xiàn)有機物累積發(fā)黑的現(xiàn)象，這表明在所運行的污水負荷條件下，系統(tǒng)不會堵塞。與2005年的技術(shù)相比，現(xiàn)有技術(shù)的防堵性能更強，其污染物負荷能力提高了70%以上。

4.3 高負荷地下滲濾系統(tǒng)污染物負荷能力估算

在地下滲濾系統(tǒng)中，有機物含量的變化包括有機物的不斷加入、分解和新生有機物的形成。設(shè)隨污水進入的懸浮有機物的量為S（g/d）；系統(tǒng)對COD的去除量為X（g/d）；每氧化1g固體有機物需氧氣α（g）；每去除1g COD產(chǎn)生的細菌生物量（生物產(chǎn)率）為R（g/gCOD）；微生物對污泥的分解比率為K（d-1）。若第i天系統(tǒng)中殘留污泥的總量用Wi表示，則有：

其中：W+= S + R·X + K·R·αWn-1

系統(tǒng)運行n天后的殘留污泥量為：

當W+=W-時，則土壤中殘留有機質(zhì)的量不再變化（污泥平衡），

即：（K-K·R·α）WR = S+R·X

理論上，如果達到污泥平衡時滲濾系統(tǒng)沒有被堵塞，則該系統(tǒng)永遠不會因有機物的累積而堵塞。通過可控條件下的模擬實驗結(jié)果擬合出上述方程中的有關(guān)參數(shù)，并對各主要參數(shù)進行了模型敏感性分析。結(jié)果表明，當污水的COD為250～300mg/L, 懸浮有機物的濃度為70～80mg/L，滲濾系統(tǒng)的污水負荷能力可以達到每平方米1.1t/d（超強系統(tǒng)可達到1.4t/d），并不會被堵塞。

為保險起見，工程應(yīng)用中的污水負荷小于理論負荷能力的50%。此外，該技術(shù)將地下滲濾單元與人工濕地單元有機結(jié)合和集成，可進一步保障地下滲濾系統(tǒng)永不堵塞，同時，人工濕地的硝化和反硝化等凈化功能將得到更好發(fā)揮。

4.4 檢測效果（見下表）

技術(shù)應(yīng)用檢測情況表

4.5 環(huán)境變化與污染物去除率的關(guān)系

隨著環(huán)境溫度及污染物濃度的變化，處理效果基本保持相對穩(wěn)定（見圖2）。

5 技術(shù)示范和應(yīng)用

該技術(shù)從2009年推廣以來，已建成污水處理站60余個，顯示了該技術(shù)多方面的綜合優(yōu)勢和很強的市場競爭力。

該技術(shù)已應(yīng)用于江蘇省的江陰市（周莊鎮(zhèn)、徐霞客鎮(zhèn)、申港鎮(zhèn)、顧山鎮(zhèn)）及江蘇省的靖江市（季市鎮(zhèn)、西來鎮(zhèn)等）所轄自然村，建有100m3/d左右大小不等的多個污水處理站。江蘇省江陰市環(huán)保局和靖江市建設(shè)局對所建項目分別作出如下評價：采用高負荷地下滲濾污水治理技術(shù)建成的生活污水處理項目，具有占地小、建設(shè)成本及運行成本低、操作維護簡便、出水水質(zhì)能穩(wěn)定達標等優(yōu)點。

圖2 處理效果

6 結(jié)語

高負荷地下滲濾污水處理復(fù)合技術(shù)是一項經(jīng)濟和環(huán)境綜合效益最佳的生活污水生態(tài)處理技術(shù)。該技術(shù)與生物處理技術(shù)相比，具有運行成本很低、管理維護簡便等優(yōu)點，與常規(guī)生態(tài)處理技術(shù)（如人工濕地、地下滲濾）相比，占地面積大幅度減少、投資小、可在低溫條件下正常運行（自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)溫度）、不滋生蚊蟲。適合于城市小區(qū)、小城鎮(zhèn)、度假村和農(nóng)村等人群聚居地生活污水的現(xiàn)場處理和回用。

經(jīng)過9年研發(fā)，5年多的中試和60余項工程的設(shè)計、建設(shè)和運行，該技術(shù)的成熟度高，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，使用壽命長，是一項適合我國國情的污水分散處理和回用技術(shù)。

Compound Technology for Sewage Treatment of High Load Underground Leaking Sewage

CHEN Fan-rong, YE Fan

X701.3

A

1006-5377（2011）09-0048-03