人工快滲系統(tǒng)在中小城鎮(zhèn)污水處理中的應(yīng)用

王玉寶

（廣州市水務(wù)規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣州 510640）

人工快滲系統(tǒng)（Constructed Rapid Infiltration System，簡稱CRI系統(tǒng)）是借助人工介質(zhì)或特殊填料對污水中的有機物進行生態(tài)降解，以快速達到凈化水質(zhì)效果的一種污水處理系統(tǒng)，具有非常強的實用性和適用性。其核心是采用滲透性能較好的天然河砂、陶粒、煤矸石等為主要滲濾介質(zhì)，代替天然土層，從而大大提高了水力負荷。

1　CRI系統(tǒng)去污作用機制

人工快滲系統(tǒng)的核心構(gòu)件是快速滲慮池，主要由兩個及以上的砂石填料濾池組成，在干濕交替的作用機制下，對污水中的有機微生物進行降解[1]。落干期濾池基本為好氧環(huán)境，而淹水期濾池基本為厭氧環(huán)境，因此其運作過程也是一個好氧與厭氧交替行進的過程，這樣能夠最大程度地確保微生物降解效用的發(fā)揮。例如，落干期會在好氧條件下發(fā)生氨化和硝化反應(yīng)，而在淹水期厭氧環(huán)境下則會發(fā)生反硝化反應(yīng)，這樣一來就完成了對氮的降解。另外，在干濕交替的作用機制下，懸浮固體在物理過濾中得以去除，重金屬經(jīng)過吸附和沉淀得以去除，病原體經(jīng)過吸附、干燥、吞噬等得以去除，有機物通過揮發(fā)、物理或化學(xué)降解得以去除等。

1.1　CRI的氮降解流程

氮的去除主要是在干濕交替作用機制下，通過硝化和反硝化作用達成的。土壤顆粒表面基本呈負電狀態(tài)，因此其對NH4+會形成較強的吸附性，在落干期濾池的好氧環(huán)境中經(jīng)過充分硝化反應(yīng)和在淹水期厭氧環(huán)境下經(jīng)過充分的反硝化反應(yīng)后，NH4+最后會被轉(zhuǎn)化為總氮，最終實現(xiàn)降解效果[2]。在上述過程中，硝化反應(yīng)屬于限制步驟，其所需時間要遠大于反硝化反應(yīng)時間。也就是說，濕干比重小于1，CRI的復(fù)氧效果是決定氨氮硝化作用大小的關(guān)鍵因子，兩者之間呈明顯正相關(guān)[3]。因此，CRI系統(tǒng)要想實現(xiàn)高效運作，就必須確保復(fù)氧效果的最佳化。

1.2　有機物降解流程

COD（化學(xué)需氧量）的去除流程與一級活塞流作用流程大體一致。

式中，Ce為某指標出水濃度；C0為某指標進水濃度；kT為一級反應(yīng)常數(shù)；t為水力停留時間。

在對有機物的降解中，CRI系統(tǒng)的有效率高達85%，而對氨氮、SS（懸浮物）和LAS（陰離子表面活性劑）的降解有效率則高達90%，完全符合《城市污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中的一級A標準或景觀回用水標準。

2　CRI工藝處理城鎮(zhèn)生活污水的實踐

2.1　主河道水質(zhì)凈化工程——湖北省十堰市神定河下游

工程總設(shè)計規(guī)模為20萬t/d，一期規(guī)模5萬t/d，采用高密度沉淀作為前處理工藝，人工快滲污水處理系統(tǒng)作為主體工藝，本項目進水水質(zhì)按地表水Ⅴ類水考慮，出水水質(zhì)主要指標達到地表水Ⅲ類水體水質(zhì)標準，工藝流程如圖1所示。

運行后的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，COD去除率在85%～90%，氨氮去除率在85%～95%，運行效果明顯，氨氮監(jiān)測結(jié)果如圖2所示。

圖1　神定河主河道水質(zhì)凈化工程工藝流程

圖2　氨氮監(jiān)測結(jié)果（一）

2.2　江河湖庫水環(huán)境修復(fù)——鳳凰二溝水質(zhì)凈化工程

工程通過人工快滲+人工濕地工藝對鳳凰河二溝污水進行綜合治理。該工程出水水質(zhì)優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標準，能夠達到地表水IV類水質(zhì)標準，凈化效果非常明顯，工藝流程如圖3所示。

建成運行后3年連續(xù)的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，COD去除率在85%～95%，氨氮去除率在90%～98%，出水效果穩(wěn)定良好，氨氮監(jiān)測結(jié)果如圖4所示。

圖3　成都鳳凰河二溝污水處理工程工藝流程

圖4　氨氮監(jiān)測結(jié)果（二）

2.3　農(nóng)村集中居住區(qū)分散式污水處理——河北藁城農(nóng)村環(huán)境污染整治工程

河北藁城市共建14處以人工快滲技術(shù)作為主體工藝的生活污水處理工程（已建8座，在建6座），出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》 （GB18918-2002）一級排放A標準，工藝流程如圖5所示。

建成運行后2年連續(xù)的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，COD去除率在85%～95%，氨氮去除率在90%～95%，出水效果穩(wěn)定，有效解決了當(dāng)?shù)剞r(nóng)村污水處理問題，氨氮監(jiān)測結(jié)果如圖6所示。

圖5　河北藁城農(nóng)村環(huán)境污染整治工程工藝流程

圖6　氨氮監(jiān)測結(jié)果（三）

2.4　污水處理廠提標擴容——天津薊縣污水處理廠

一期規(guī)模30 000m3/d，于2007年投入運行，尾水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級B標準。2015年，該污水處理廠開始提標擴容改造，處理規(guī)模增加到60 000 m3/d，在充分挖潛原有污水處理設(shè)施能力的基礎(chǔ)上，增加“高密度沉淀池+人工快滲池”作為三級處理設(shè)施，出水水質(zhì)提升到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）IV類標準，工藝流程如圖7所示。

建成運行后1年連續(xù)的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，出水COD濃度在18～25 mg/L，氨氮濃度在0.5～0.9 mg/L，出水效果穩(wěn)定，有效地實現(xiàn)了污水廠的提標改造目標，氨氮監(jiān)測結(jié)果如圖8所示。

圖7　深度處理工藝流程

圖8　氨氮監(jiān)測結(jié)果（四）

3　結(jié)論

人工快滲系統(tǒng)是一種新的污水處理系統(tǒng)，不需二次沉淀池、曝氣和反沖洗，系統(tǒng)水力負荷高，機動靈活，具有操作簡單、運行成本低、水處理效果好的優(yōu)點。隨著工藝技術(shù)的逐漸成熟，CRI污水處理工藝可適用于污水收集難度大、分散處理需求高和用地相對寬松的中小城鎮(zhèn)及農(nóng)村小型污水處理廠，能夠有效解決因交通限制、規(guī)模限制和管理限制等造成污水處理困難的問題。