陳繁榮，葉 凡

(1.中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)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(fù)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(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)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(guó)的分散點(diǎn)源生活污水排放量高達(dá)5000萬(wàn)t/d，主要來(lái)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(hù)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(yùn)行。高負(fù)荷地下滲濾污水處理復(fù)合技術(shù)占地面積較小、運(yùn)行成本低、處理效果好、運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)管理簡(jiǎn)便、無(wú)二次污染，且不受氣候條件影響，技術(shù)成熟，是一項(xiàng)適合我國(guó)國(guó)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(fù)荷地下滲濾;村鎮(zhèn)污水處理

1 技術(shù)背景

我國(guó)的分散點(diǎn)源污染（小城鎮(zhèn)、農(nóng)村、度假村、城郊生活小區(qū)等）嚴(yán)重，已成為我國(guó)水污染防治的重點(diǎn)領(lǐng)域。根據(jù)中國(guó)國(guó)情，只有占地面積小、投資少、運(yùn)行成本低、維護(hù)簡(jiǎn)便、氣候適應(yīng)性強(qiáng)的污水處理技術(shù)裝置才能推廣使用。然而，類(lèi)似于污水處理廠的生化處理技術(shù)及其衍生技術(shù)的運(yùn)行成本很高、管理維護(hù)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(huì)滋生蚊蟲(chóng)；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(qiáng)化預(yù)處理（如預(yù)曝氣），因而使建設(shè)和運(yùn)行成本大幅度提高，并且運(yùn)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(jí)跌水復(fù)氧），或者處理效果差。

國(guó)外的污水分散處理技術(shù)和裝置分為三類(lèi)：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(guó)的土地資源珍貴，經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)、缺少污水處理設(shè)施的運(yùn)行保障機(jī)制、氣候條件變化大，因而急需占地面積少、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益好、維護(hù)簡(jiǎn)便、適合國(guó)情的污水處理技術(shù)。高負(fù)荷地下滲濾污水處理復(fù)合技術(shù)（所謂“負(fù)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(shì)明顯，符合國(guó)情要求。

2 工藝原理

高負(fù)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(guò)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(yùn)移和向下滲濾的同時(shí)，其中的污染物在濾料中通過(guò)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(chē)場(chǎng)等。

高負(fù)荷地下滲濾系統(tǒng)日處理1t污水占地面積＜2m2（負(fù)荷≥0.5t/m2·d），以好氧為主，僅僅在進(jìn)水時(shí)出現(xiàn)厭氧環(huán)境，其出水的COD、BOD、TSS、氨氮等指標(biāo)均低于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)限值。高負(fù)荷地下滲濾單元的出水進(jìn)入人工濕地進(jìn)行反硝化脫氮和深度除磷，經(jīng)過(guò)人工濕地處理后，出水的TN和TP也低于一級(jí)A類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)限值。此外，該技術(shù)將高負(fù)荷地下滲濾單元與人工濕地單元有機(jī)結(jié)合，在促進(jìn)人工濕地反硝化作用的同時(shí)，調(diào)節(jié)控制高負(fù)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(diǎn)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

（1）占地少且不需要專(zhuān)用土地：t水占地面積為2～2.5m2；整個(gè)系統(tǒng)為地埋式，地表可用作綠地、草地、停車(chē)場(chǎng)、休閑運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地等。

（2）一次性投資?。簩?duì)于日處理量超過(guò)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(chǎng)址狀況有關(guān)）。

（3）運(yùn)行費(fèi)用低：污水處理成本0.06～0.08元/t。

（4）操作維護(hù)簡(jiǎn)便易行：無(wú)復(fù)雜設(shè)備，幾乎不需要日常管理。

（5）處理效果好，運(yùn)行穩(wěn)定：可達(dá)到或優(yōu)于國(guó)家城鎮(zhèn)污水處理廠一級(jí)A類(lèi)排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18918-2002）。

（6）不危害周?chē)h(huán)境和景觀，無(wú)二次污染。

（7）受氣候條件影響?。涸诒狈健⒍揪烧＿\(yùn)行。

（8）使用靈活：?jiǎn)蝹€(gè)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(jìn)性

地下滲濾系統(tǒng)在國(guó)外的廣泛應(yīng)用已有幾十年的歷史，大量的研究和實(shí)踐表明，顆粒有機(jī)物的超量積累導(dǎo)致系統(tǒng)堵塞是限制其污水負(fù)荷能力的主要原因，然而，近年來(lái)的研究顯示，在污水負(fù)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(guò)資料調(diào)研、理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，查明了導(dǎo)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(jìn)行了方案遴選、技術(shù)優(yōu)化與集成。該技術(shù)通過(guò)濾料物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)調(diào)控、系統(tǒng)自檢反饋與防堵、高效可控通風(fēng)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(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。有關(guān)成果獲中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)3項(xiàng)，實(shí)用新型專(zhuān)利1項(xiàng)。

4.2 中試系統(tǒng)運(yùn)行情況和研究結(jié)果

2005年6月在中科院廣州地球化學(xué)研究所生活小區(qū)建成了一個(gè)中試系統(tǒng)，一直正常運(yùn)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(biāo)低于國(guó)家城鎮(zhèn)污水處理廠一級(jí)A類(lèi)排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18918-2002）限值，系統(tǒng)運(yùn)行4年，穩(wěn)定正常。2008年7月，對(duì)該試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了局部分層剝離開(kāi)挖，即使在散水孔周?chē)参窗l(fā)現(xiàn)有機(jī)物累積發(fā)黑的現(xiàn)象，這表明在所運(yùn)行的污水負(fù)荷條件下，系統(tǒng)不會(huì)堵塞。與2005年的技術(shù)相比，現(xiàn)有技術(shù)的防堵性能更強(qiáng)，其污染物負(fù)荷能力提高了70%以上。

4.3 高負(fù)荷地下滲濾系統(tǒng)污染物負(fù)荷能力估算

在地下滲濾系統(tǒng)中，有機(jī)物含量的變化包括有機(jī)物的不斷加入、分解和新生有機(jī)物的形成。設(shè)隨污水進(jìn)入的懸浮有機(jī)物的量為S（g/d）；系統(tǒng)對(duì)COD的去除量為X（g/d）；每氧化1g固體有機(jī)物需氧氣α（g）；每去除1g COD產(chǎn)生的細(xì)菌生物量（生物產(chǎn)率）為R（g/gCOD）；微生物對(duì)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(yùn)行n天后的殘留污泥量為：

當(dāng)W+=W-時(shí)，則土壤中殘留有機(jī)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(dá)到污泥平衡時(shí)滲濾系統(tǒng)沒(méi)有被堵塞，則該系統(tǒng)永遠(yuǎn)不會(huì)因有機(jī)物的累積而堵塞。通過(guò)可控條件下的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合出上述方程中的有關(guān)參數(shù)，并對(duì)各主要參數(shù)進(jìn)行了模型敏感性分析。結(jié)果表明，當(dāng)污水的COD為250～300mg/L, 懸浮有機(jī)物的濃度為70～80mg/L，滲濾系統(tǒng)的污水負(fù)荷能力可以達(dá)到每平方米1.1t/d（超強(qiáng)系統(tǒng)可達(dá)到1.4t/d），并不會(huì)被堵塞。

為保險(xiǎn)起見(jiàn)，工程應(yīng)用中的污水負(fù)荷小于理論負(fù)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(jī)結(jié)合和集成，可進(jìn)一步保障地下滲濾系統(tǒng)永不堵塞，同時(shí)，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(cè)效果（見(jiàn)下表）

技術(shù)應(yīng)用檢測(cè)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(duì)穩(wěn)定（見(jiàn)圖2）。

5 技術(shù)示范和應(yīng)用

該技術(shù)從2009年推廣以來(lái)，已建成污水處理站60余個(gè)，顯示了該技術(shù)多方面的綜合優(yōu)勢(shì)和很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(lái)鎮(zhèn)等）所轄自然村，建有100m3/d左右大小不等的多個(gè)污水處理站。江蘇省江陰市環(huán)保局和靖江市建設(shè)局對(duì)所建項(xiàng)目分別作出如下評(píng)價(jià)：采用高負(fù)荷地下滲濾污水治理技術(shù)建成的生活污水處理項(xiàng)目，具有占地小、建設(shè)成本及運(yùn)行成本低、操作維護(hù)簡(jiǎn)便、出水水質(zhì)能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)。

圖2 處理效果

6 結(jié)語(yǔ)

高負(fù)荷地下滲濾污水處理復(fù)合技術(shù)是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)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(yùn)行成本很低、管理維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，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(yùn)行（自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)溫度）、不滋生蚊蟲(chóng)。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(chǎng)處理和回用。

經(jīng)過(guò)9年研發(fā)，5年多的中試和60余項(xiàng)工程的設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行，該技術(shù)的成熟度高，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)，是一項(xiàng)適合我國(guó)國(guó)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