一種污水生態(tài)處理技術(shù)080321

./一種污水生態(tài)處理方法——人工快滲處理技術(shù)理論與應(yīng)用AnEcologicalWastewaterTreatmentSystem——ConstructedRapidInfiltration：TheoryandPractice摘要:人工快滲〔簡稱CRI〕系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的污水快速滲濾土地處理〔簡稱RI〕系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,CRI克服了傳統(tǒng)RI系統(tǒng)水力負荷低、單位面積處理能力小等缺點,保留了其設(shè)備簡單、投資少、能耗低和出水水質(zhì)好等優(yōu)點。CRI系統(tǒng)在很大程度上借鑒了RI系統(tǒng)和人工構(gòu)造濕地系統(tǒng),并取長補短,逐步發(fā)展成為具有自身特色的新型污水處理技術(shù)。CRI系統(tǒng)的技術(shù)核心是采用滲透性較好的天然河沙、陶粒、煤矸石等為主要滲濾介質(zhì)代替天然土層,從而大大提高水力負荷。目前已建的人工快滲池〔傳統(tǒng)CRI〕的結(jié)構(gòu)基本相同,自上而下分為布水區(qū)、滲濾層、集水層三部分,布水區(qū)通過開孔管均勻地將污水配到快滲池的表面,滲透層采用天然河沙作為滲濾介質(zhì),并均勻的混入5%左右的XX石砂,整個滲層為非飽和帶滲層,集水層為粒徑較大的礫石,采用穿孔管集水。改進型快滲池的設(shè)計中設(shè)置了飽水帶滲層,并在飽水帶內(nèi)充填螢石砂,從而提高了對總氮和總磷的去除效果。在飽水帶之上設(shè)置毛細水阻斷層,以防止其影響水力負荷。CRI系統(tǒng)的工作原理是通過有控制地將污水投放于人工構(gòu)筑的滲濾介質(zhì)的表面,使其在向下滲透的過程中經(jīng)歷不同的物理、化學和生物作用,最終達到凈化污水的過程。CRI系統(tǒng)通常采用淹水和落干相交替的工作方式,即定期投放污水,使?jié)B池淹沒,而后停止投放,使?jié)B池暴露于大氣,經(jīng)歷干燥和氧化作用。一方面可以防止由于生物的生長和懸浮物沉淀所造成的滲濾池表層空隙的過度堵塞,有效地恢復(fù)系統(tǒng)的滲透性能,另一方面可在系統(tǒng)內(nèi)部的淺層剖面上交替形成氧化還原環(huán)境,從而使CRI系統(tǒng)具有獨特的凈化污染物的功能。CRI系統(tǒng)作為一種污水生態(tài)處理方法,基本保持了微生物的"天然"生長狀態(tài)〔這里的天然是相對于常規(guī)二級生化處理法而言,人為干擾控制的因素少〕,有機物降解和氮轉(zhuǎn)化等都是在微生物作用下完成的,微生物的多寡直接影響系統(tǒng)的污水處理效率。在CRI系統(tǒng)中,各個微生物類群廣泛地分布于快滲池中,不同類群的微生物的數(shù)量和空間分布存在很大差異。在數(shù)量上,好氧菌占有絕對優(yōu)勢,厭氧菌、放線菌、真菌雖然在不同的沙層中含量有所不同,但處于同一個數(shù)量級。在空間分布上,各種微生物大都呈現(xiàn)出從表層到底層數(shù)量逐漸減少的規(guī)律?？偠灾?CRI系統(tǒng)通過模擬土壤含水層系統(tǒng)所具有的潛在天然凈化機理對污水進行綜合處理,同時在過濾截留、吸附和生物降解的協(xié)同作用下使污染物得以去除,使水質(zhì)得到不同程度的改善,實現(xiàn)污水的無害化和資源化。隨著對CRI技術(shù)研究的逐步深入,CRI系統(tǒng)建設(shè)的日益完善,以與CRI技術(shù)在污水處理和受污染河水治理方面的巨大優(yōu)勢,人工快滲處理系統(tǒng)在工程上得到了越多越多的推廣和應(yīng)用。目前,僅在XX市已經(jīng)投入運行的CRI系統(tǒng)就有十多處,此外還有在XX、XX、XX等地區(qū)推廣的項目。總體來看,系統(tǒng)運行正常穩(wěn)定,出水水質(zhì)良好,具有較強的抗負荷沖擊能力。在出水水質(zhì)指標中,COD、BOD、SS、NH4-N能夠達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》〔GB18918-2002〕中的一級標準中的A標準,并且長期運行水質(zhì)仍然能夠得到保證。綜上所述,作為近年來剛剛產(chǎn)生的一種新型污水生態(tài)處理技術(shù),CRI技術(shù)具有很多優(yōu)點,但目前還處于技術(shù)完善的階段,其中氮磷的有效去除、針對高濃度廢水處理時的復(fù)氧問題、以與在北方地區(qū)的冬季運行等問題還需要得到很好的解決,因此,我們將進一步加強CRI系統(tǒng)研究,不斷完善該技術(shù),改善出水水質(zhì),并不斷拓寬其應(yīng)用X圍,為進一步實現(xiàn)污水資源化、節(jié)約水資源做出貢獻。Abstract:Constructedrapidinfiltration<CRI>systemisabrandwastewatertreatmentsystemthathasbeendevelopedfromthetraditionalrapidinfiltration<RI>system.TheCRIsystemnotonlysurmountstheshortcomingofhavingalowhydraulicloading<HL>ofthetraditionalRIsystem,butalsoreservestheadvantagesofsimple,low-costconstructing,lowenergyconsumingandhavingagoodeffluentquality.Duringthedevelopmentcourse,RIsystemandconstructedwetlandsystemweremainlyusedforreferences.Bylearningfromtheiradvantagesandoffsettingtheirweaknesses,theCRIsystem,anewwastewatertreatmenttechniquewithitsspecialcharacteristicswasdevelopedstepbystep.TheConstructedrapidinfiltrationsystemisdesignedtotreatdomesticwastewaterandpollutedriverwaterbyadoptingalluvialsand,sinteredaggregate,coalgangueandthelike.TheeffectsofoperationpatternandworkmanshipuponthepollutantremovaleffectofCRIarestudiedatahighhydraulicloadingcondition.Theworkingmethodologyoffloodinganddryingisdevelopedfromtherapidinfiltrationsystem.Therefore,thehydraulicloadingcycleisanimportantparameterinCRI’sdesign.Furthermore,thesaturatedlayerprovidesanaerobicconditionfordenitrifyingbacteriawithalong-termwaterloggingstatus.Itincreasestheremovalrateoftotalnitrogen.Fluoritesandfilledinthesaturatedlayerincreasestheremovalrateoftotalphosphorus.Asanecologicaltreatingtechnique,theCRIsystemprovides"natural"environmentforthegrowthofmicroorganism.Allkindsofmicroorganismdistributewidelyintheinfiltrationtank,however,theamountandspacedistributearedifferent.Theaerobicbacteriahaveabsoluteadvantageinamount;amountsofeachkindofmicroorganismallshowtheruleoftheamountdecreasinggraduallywiththedepth.ConstructedrapidinfiltrationsystemshavebeenbuiltinShenzhen,whicharerunningnormallyandstablywithhighoutletwaterqualityandhighcapabilityifbearingshockload.Outletqualityindexes,suchasCOD,BOD,SS,NH4-NcanreachtheAcriterion,standardIinContaminationEmissionStandardforCivilSewageTreatmentWorks,andcanbeensuredinlong-termrunning.AlthoughCRItechniquehasalotofadvantages,asanewlydevelopingtechnique,itstillneedsfurtherstudy.Problemslikerunninginwinter,effectiveremovalofTNandTP,treatmentofhighconcentrationwastewaterareneedtobesolved.Itissuggestedthatsystemicstudybestrengthened,techniquesbeconsummated,outletwaterqualitybeimproved,andapplicationextensionbedeveloped.Thenitwillcontributemoreinutilizationofsewageresourceandeconomizationofwaterresource.1原理與方法1.1CRI的基本特征人工快滲系統(tǒng)〔CRI〕是一種新型的污水生態(tài)處理方法,是在污水快速滲濾〔RI〕系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,該系統(tǒng)的快滲池內(nèi)填充一定顆粒級配的天然介質(zhì),并攙入一定量的特殊填料,采用干濕交替的運行方式,既保證有較高的水力負荷〔1.0～2.0m/d〕,又能滿足出水的處理目標。CRI的工藝原理為：在快滲池中填充一定量的粒徑比較小的濾料,在正常運行過程中,濾料表面生長生物膜。當污水流經(jīng)時,由于濾料呈壓實狀態(tài),利用濾料粒徑較小的特點,濾料中粘土性礦物和有機質(zhì)的吸附作用以與生物膜的生物微絮凝作用,截流和吸附污水中的懸浮物和溶解性物質(zhì)；同時濾料的高比表面積帶來的高濃度生物膜的降解能力對污水中污染物快速凈化。CRI對有機污染物的去除主要為過濾截流、吸附和生物降解作用共同完成。過濾截流和吸附作用在CRI系統(tǒng)中主要起調(diào)節(jié)機制,而有機污染物的真正去除主要靠生物降解。一般來說,CRI系統(tǒng)具有以下幾方面主要特征：〔1〕滲濾介質(zhì)一般選擇既具有一定的滲透性,又具有一定陽離子交換容量的粉沙、細沙、中沙或礫石等天然沙礫石；〔2〕濾層厚度一般為1～2m；〔3〕水力途徑一般是垂直流,污水自上而下自流通過滲濾介質(zhì)；〔4〕快滲池之后不需再設(shè)二次沉淀池；〔5〕一般不需曝氣和反沖洗；〔6〕由于采用人工建造,機動靈活,不受場地條件限制,不會因滲漏而造成對地下水環(huán)境的影響；〔7〕采用人工介質(zhì)回填,系統(tǒng)水力負荷高〔一般大于1m/d〕,占地面積較??；〔8〕滲濾介質(zhì)的可選性,使得系統(tǒng)可以根據(jù)不同進水濃度和出水水質(zhì)要求調(diào)整設(shè)計參數(shù),機動靈活。1.2設(shè)計運行參數(shù)一、滲濾介質(zhì)CRI系統(tǒng)采用人工回填介質(zhì),快速滲濾池是CRI系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu),池中的濾料是CRI系統(tǒng)的核心,因此選用合適的滲濾介質(zhì)是CRI系統(tǒng)成功的關(guān)鍵。目前,CRI系統(tǒng)所采用的滲濾介質(zhì)是有一定粒度級配的河流沖擊沙,再加上一定比例的人工XX石砂,滲濾介質(zhì)一般就地取材,其粒徑和其他性能在CRI系統(tǒng)的各項工程和試驗中有所差異。河流沖擊沙相對于人工石英砂而言,對COD和BOD有較高的去除率,且出水穩(wěn)定、耐負荷沖擊能力強,這與沖擊沙含有一定的粘土礦物和有機質(zhì),吸附能力強有關(guān)。因此,在選擇CRI系統(tǒng)滲濾介質(zhì)時,不僅要考慮介質(zhì)的大小、滲透性能,還要考慮介質(zhì)的物理化學性狀,如吸附性能等。二、濾層厚度一般而言,系統(tǒng)的滲濾層厚度越大,系統(tǒng)的納污能力越強,同時污水在系統(tǒng)中的水力停留時間也就越長。因此系統(tǒng)的出水水質(zhì)就會越好。但同時,濾層的厚度增加,工程投資費用也就會增加,因此,設(shè)計合理的濾層厚度并達到滿意的出水水質(zhì),是工程設(shè)計中需要把握的關(guān)鍵。目前,在運行中的CRI工程中,滲濾介質(zhì)的厚度一般在1～2m之間,厚度的大小根據(jù)進水水質(zhì)的變化而作適當調(diào)整。一般,對于生活污水,厚度為1.5m,對于受污染的河水,厚度為1m。在工程中,濾層下面還有一層集水層,一般采用粒徑較大的礫石,厚度在0.3~0.5m之間。三、水力負荷水力負荷即土地處理系統(tǒng)對污水的處理量,一般采用單位面積上單位時間內(nèi)施加污水的深度表示。在保證出水水質(zhì)的前提下,追求較高的水力負荷,是CRI的主要目標。目前,在CRI工程設(shè)計中,水力負荷的典型值是：對于河流污水采用1.5m/d,對于生活污水采用1.0m/d。CRI系統(tǒng)的水力負荷值比RI的水力負荷上限高出3～5倍。水力負荷與滲透系數(shù)是緊密相關(guān)的,滲透系數(shù)是CRI系統(tǒng)水力負荷的設(shè)計依據(jù)之一,CRI為了能夠有較高的水力負荷,采用的滲濾介質(zhì)應(yīng)有較高的滲透系數(shù)。目前,在CRI工程中采用的介質(zhì)的滲透系數(shù)一般在20~25m/d之間。水力負荷值主要依據(jù)經(jīng)驗來確定,因此,今后需要研究一種科學的設(shè)計方法來設(shè)計水力負荷。四、水力負荷周期和干濕比水力負荷周期是指系統(tǒng)一次淹水和一次落干構(gòu)成的循環(huán)。一般把濕、干延續(xù)的時間之比稱為濕干比,一旦確定了配水之間和濕干比,也就確定了水力負荷周期。適宜的配水周期與濕干比的確定,是快濾運行的技術(shù)關(guān)鍵,決定或影響著快濾系統(tǒng)的水力負荷和處理效果。目前,CRI工程大多采用短水力負荷周期的方式布水,典型的方式是每天投配四次,每隔6小時投配一次的方式。1.3污染物去除機理一、有機污染物去除機理CRI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,可以很快的被截留并被微生物利用,可溶性有機物則通過沙層生物膜的吸附、吸收以與生物代謝降解過程而被分解去除。過濾截留、沉淀和吸附作用在CRI系統(tǒng)中主要起調(diào)解作用,有機污染物的真正去除主要靠生物降解。有機物在淹水期積累,在落干期被氧化分解是CRI系統(tǒng)的重要特征。在CRI系統(tǒng)中,當污水流經(jīng)快滲池時,水中絕大部分顆粒狀有機物由于滲濾介質(zhì)顆粒以與生物膜和生物絮體的截留、沉淀和吸附作用而與污水分離,在淹水期,部分顆粒狀和大分子物質(zhì)被逐漸水解為溶解性的、可被微生物直接利用的有機物,并與進水中的溶解性、小分子有機物一起被微生物降解,在落干期,積累的有機物可以在較長時間內(nèi)逐漸水解和被微生物吸收利用,使CRI系統(tǒng)的納污能力得以恢復(fù)。在CRI系統(tǒng)中,快滲池上部介質(zhì)處于厭氧-好氧交替環(huán)境,生物膜的組成比較復(fù)雜,生物量也相對較大,其中主要包括專性好氧菌、專性厭氧菌和兼性菌等,對于專性厭氧菌來說,其對生存環(huán)境的要求要比好氧菌嚴格得多。而在CRI系統(tǒng)中,落干期要長于淹水期,也就是說厭氧—好氧交替帶中好氧時間要長于厭氧時間,從而限制了交替帶厭氧菌的發(fā)育。因此,發(fā)生在厭氧—好氧交替帶的好氧生物降解是CRI系統(tǒng)去除有機物的主要機制。二、氮類污染物去除機理污水中的有機氮通過微生物的氨化作用轉(zhuǎn)化為NH4+-N,氨化作用在好氧、厭氧和兼性厭氧的環(huán)境下均可發(fā)生,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,通過氨化作用,亞硝酸菌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。氨化作用和硝化作用只是改變氮的形態(tài),真正的脫氮作用并沒有發(fā)生,微生物的反硝化作用可以把硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化成氣態(tài)氮,因而可以被看成是氮元素以氣態(tài)的形式被永久地從系統(tǒng)中去除,其中反硝化作用所需的碳源從污水中的有機物或微生物細胞組分中得到。在落干期,快滲池內(nèi)發(fā)生的主要過程是吸附態(tài)氨氮的硝化,還存在的反應(yīng)是吸附態(tài)氨氮與有機氮之間的相互轉(zhuǎn)化。綜述所述,在快滲池內(nèi)發(fā)生的氮類污染物的各種轉(zhuǎn)化中,氨氮和硝氮是兩個最重要的中間產(chǎn)物,而氨氮的硝化反應(yīng)和氨氮的吸附反應(yīng)是兩個最重要的轉(zhuǎn)化過程。三、磷的去除機理CRI系統(tǒng)對污水中磷的去除主要是通過填料的過濾、離子交換、吸附、共沉淀等作用和微生物的分解作用共同完成的。污水中的有機磷與溶解性較差的無機磷酸鹽都不能直接被快滲系統(tǒng)的微生物吸收利用,必須經(jīng)過磷細菌的代謝活動將有機磷化合物轉(zhuǎn)變成磷酸鹽,將溶解性差的磷化合物溶解,才能被快滲系統(tǒng)中的微生物或填料吸附利用,從而將磷從廢水中去除,一般認為磷的轉(zhuǎn)化由解磷菌和聚磷菌兩大類微生物所共同作用完成,解磷菌代謝產(chǎn)生的酸可以分解不溶性的磷,聚磷菌則富集磷。一般認為CRI系統(tǒng)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(fā)生交換而被吸附在基質(zhì)表面。2實踐與經(jīng)驗2.1工程實踐自20xx開始,CRI系統(tǒng)首先在XX市寶安區(qū)茅州河進行CRI系統(tǒng)的中試研究,該研究獲得了兩項重大突破：一是確定了CRI系統(tǒng)的水力負荷值,二是確定了CRI系統(tǒng)最佳的淹水和落干的水力負荷周期,其成果為后續(xù)污水資源化實用工程的工藝設(shè)計提供了科學依據(jù)。隨后,20xx11月在XX省XX市華興電器XX建成了第一個實用工程,開始了CRI系統(tǒng)在生活污水處理領(lǐng)域的實際應(yīng)用,它為CRI系統(tǒng)的推廣應(yīng)用積累了實際運行的經(jīng)驗。此后,對CRI系統(tǒng)進行了更為深入的研究,探索CRI系統(tǒng)對各種污染物的去除機理,拓寬了該系統(tǒng)的實際應(yīng)用X圍,目前已建成的工程包括：XX華興電器廠、XX白花洞、XX綠色高爾夫、XXXX塑膠廠、XX天基等,此外,針對受污染河水的治理工程包括XX觀瀾高爾夫牛湖河、布吉河、牛城河等CRI工程。一、CRI系統(tǒng)治理生活污水的工程應(yīng)用以XX市寶安區(qū)白花村CRI工程為例。白花村生活污水的總排放量為1100m3/d,考慮15%的余量,因此污水處理的規(guī)模為1270m3/d,則此工程處理水量為1300t/d。進水水質(zhì)參考中等程度污染情況生活污水水質(zhì),即其污染物的濃度為：SS50～350mg/L,CODCr150～500mg/L,BOD5100～250mg/L,石油類為80mg/L,可生化性能較好。生活污水在進入CRI系統(tǒng)前,需要經(jīng)過預(yù)處理,預(yù)處理包括格柵、隔油、預(yù)沉和過濾,工藝流程見圖1。隔油池化糞池隔油池化糞池預(yù)沉池格柵池砂濾池配水池清水池一次提升出水進水預(yù)沉調(diào)節(jié)池污水停留時間為3.0h,全部置于地下,其主要作用是降低水中的SS,減輕快滲系統(tǒng)的污染物負荷,減少CRI系統(tǒng)的堵塞,保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。設(shè)計快滲池3座,水力負荷為1.08m/d。該工程選用兩種滲濾介質(zhì),過濾池中的滲濾介質(zhì)為XX石砂,基本上為等粒,粒徑為0.9mm。3個快滲池中的滲濾介質(zhì)均為河流沖積砂,并均勻混入10%左右的XX石砂。河流沖積砂的滲透系數(shù)為59.54m/d,不均勻系數(shù)為5.52。白花村生活污水處理工程于20xx3月16日正式運行。從20xx2月至20xx11月,工程連續(xù)運行11個月,并于7～10月間進行了連續(xù)的水質(zhì)監(jiān)測分析。其出水中主要監(jiān)測指標均可以達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》<GB18918-2002>中的一級標準中的A標準。從系統(tǒng)運行情況和水質(zhì)分析結(jié)果可知,CRI系統(tǒng)對生活污水中的CODCr、SS、NH3-N去除效果良好,而對TP的去除效果還有待于進一步提高。二、CRI系統(tǒng)治理河流污水的工程應(yīng)用以XX觀瀾高爾夫牛湖河CRI工程為例。牛湖河水污染治理工程分兩期進行,其中一期工程處理規(guī)模為5000m3/d,實際處理水量為5000～8000m3/d。根據(jù)《XX市寶安區(qū)20xx枯水期地面水水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果》中的監(jiān)測數(shù)據(jù),以與20xx4月6日現(xiàn)場采樣,牛湖河的水質(zhì)情況為：SS40～120mg/L,CODCr50～200mg/L,BOD520～100mg/L,氨氮13～20mg/L,TP2～4mg/L。工藝流程設(shè)計如圖2。格柵池格柵池沉砂/沉淀池快速滲濾系統(tǒng)集水池沉沙/污泥池脫水機房河水下游河道提升泥餅外運圖2牛湖河CRI工程工藝流程沉砂/沉淀池設(shè)計停留時間約為4.47h,共設(shè)置4個尺寸一致的快滲池,其中濾層厚1.5m、集水層厚0.4m、保護高0.3m。設(shè)計水力負荷為1.67m/d<根據(jù)經(jīng)驗設(shè)計>。池中濾料選用河流沖積砂加10%XX石砂。河流沖積砂的有效粒徑<d10>和不均勻系數(shù)<Cu>分別為0.324mm和4.71,滲透系數(shù)65.57m/d。XX石砂的粒徑為0.6～0.8mm,不均勻系數(shù)1.8。牛湖河工程于20xx4月系統(tǒng)進入正式運行,集水池的運行完全由自控裝置控制運行。單個快滲池的運行方式：按短水力負荷周期運行,水力負荷周期大致為3.5h,淹水期為0.5h,落干期為3h,濕干比為1:6。從20xx3月至11月末,工程運行8個多月,在此期間,快滲池大致每隔3個月就需要對表層約15cm厚的滲濾介質(zhì)進行翻耙,并且晾曬2d,然后投入運行,即可使快滲池的滲濾介質(zhì)的能力得到恢復(fù)。該項目執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》<GB3838-2002>中的V類標準,總磷的指標適當放寬到<GB18918-2002>中的一級標準中的A標準。以上結(jié)果表明,CRI系統(tǒng)處理河流污水,其對CODCr、BOD5、SS、NH3-N均能達到處理要求,對TP的去除效果稍差,超標率達38.5%,但是其平均去除率可以達到65.5%,這比傳統(tǒng)的二級生物處理法<除專門除磷工藝以外>對磷的去除率為30%～50%高得多。因此CRI系統(tǒng)在對河流污水的治理中還是具有很大優(yōu)勢的。2.2處理效果實踐證明,CRI技術(shù)對處理城市生活污水和受污染的地表水都具有明顯得效果,對COD和BOD的去除率達到85%以上,對氨氮的去除率一般在90%以上,對SS和LAS的去除率達到90%以上,達到了《城市污水處理廠污染物排放標準》〔GB18918-2002〕中的一級標準中的A標準。TN和TP的去除效果較差,去除率一般在20%~40%之間。一、預(yù)處理系統(tǒng)對污染物的去除在CRI系統(tǒng)設(shè)計中,選擇恰當?shù)念A(yù)處理系統(tǒng)是十分必要的,CRI系統(tǒng)最常見的預(yù)處理工藝是砂濾和平流沉淀。其主要作用包括以下三個方面?！?〕有效降低進水的SS濃度,防止后續(xù)快滲池堵塞,提高系統(tǒng)的水力負荷。實踐表明,經(jīng)過砂濾池SS濃度降低了30%左右,經(jīng)過平流沉淀池SS濃度降低了10%左右,這一措施有效緩解了SS在快滲池中的積累,避免造成快滲池堵塞,從而保證系統(tǒng)在較高的水力負荷條件下穩(wěn)定運行；〔2〕降低快滲池的污染物負荷,改善系統(tǒng)的出水水質(zhì),經(jīng)過預(yù)處理系統(tǒng),各種污染物的濃度得到有效的降低,保證了快滲池的出水水質(zhì)。實踐表明,砂濾池對COD、BOD的去除率約為30%,氨氮去除率在20%左右,總氮去除率在15%左右。平流沉淀池的預(yù)處理效果稍差一些?！?〕提高系統(tǒng)的總污染物去除效率。前處理系統(tǒng)大大降低了污染物進入快滲池的濃度,保證快滲池的正常運行。前處理系統(tǒng)與快滲池是相輔相成的,共同作用使得污染物質(zhì)有序、高效的去除。此外,最新研究結(jié)果表明,混凝沉淀工藝作為CRI系統(tǒng)的預(yù)處理方式在技術(shù)搭配上是十分理想的,混凝沉淀對SS的去除率達到80%,對TP的去除率達到了約55%,有效彌補了快滲池對磷去除低下的不足,混凝沉淀對污染物的大幅度削減,不僅有效保證整個系統(tǒng)的正常運行,還可大為提高快滲池的水力負荷,從而降低CRI系統(tǒng)的占地面積。但是混凝沉淀工藝也存在幾方面的不足：①系統(tǒng)運行、維護、管理復(fù)雜,影響系統(tǒng)的處理水平；②混凝劑的投加增加了單位制水成本；③混凝沉淀系統(tǒng)產(chǎn)生了大量污泥,而污泥的處置不僅增加成本、不便于管理,而且增加了二次污染的風險。二、快滲池對COD、BOD的去除已有的工程實踐結(jié)果表明,CRI系統(tǒng)的快滲池對COD和BOD的去除率在80%~90%之間,快滲池對COD和BOD有著良好的去除能力,且出水水質(zhì)比較穩(wěn)定,就單項指標而言,COD、BOD達到了《城市污水處理廠污染物排放標準》〔GB18918-2002〕中的一級標準中的A標準。在人工快速滲濾系統(tǒng)中,有機物的去除首先是通過滲濾介質(zhì)與其表面的微生物的過濾吸附作用而截留在系統(tǒng)內(nèi),并通過微生物的作用,特別是落干期好氧微生物的降解作用而獲得最終去除的,從快滲池對COD和BOD的穩(wěn)定,高效的去除率來看,滲濾池內(nèi)的微生物發(fā)育良好,有著比較高的生物活性。三、快滲池對氮類污染物的去除實踐表明,快滲池對氨氮有很高的去除能力,去除率一般在90%以上。就單項指標而言,NH4-H達到了《城市污水處理廠污染物排放標準》〔GB18918-2002〕中的一級標準中的A標準。但快滲池對總氮的處理能力有限,去除率基本在20%~40%之間,出水總氮水平在20mg~30mg之間,不能達到《城市污水處理廠污染物排放標準》〔GB18918-2002〕中的一級標準中的A標準。在快速滲濾中,氨氮一般先通過介質(zhì)吸附,在硝化細菌的作用下被氧化成硝氮而得到去除。滲濾介質(zhì)表面和微生物表面帶有負電荷,銨離子很容易被吸附,土壤微生物通過硝化作用將氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮,滲濾介質(zhì)和微生物又可恢復(fù)對銨離子的吸附功能。在快滲池中,硝化作用是很強的,這一點從進水硝氮的變化就可以看出?？鞚B池對總氮的去除率比較低,主要原因在于CRI系統(tǒng)采用淹水和落干相交替的運行方式,一次淹水和一次落干組成一個水力負荷周期,在落干期系統(tǒng)發(fā)生復(fù)氧。落干期間,濾層表面和濾層內(nèi)的水向下滲流,當濾層內(nèi)的水向下流走后,濾層內(nèi)的一部分孔隙被騰空,且形成負壓,空氣便擴散〔或?qū)α鳌尺M入被騰空的空隙,CRI系統(tǒng)自然復(fù)氧。研究結(jié)果表明,濾層表面以下1m深度內(nèi),Eh變化明顯,落干期約為+400mv,淹水期為-400mv。也就是說,空氣中的氧可擴散至滲池表面以下1m深度內(nèi)。由于快滲池沙層內(nèi)淹水時間較短,屬于厭氧菌的反硝化菌不能有效的將硝氮轉(zhuǎn)化為氮氣,使得出水中硝氮含氮量比較高,從而總氮濃度比較高。每次出水中的硝氮基本上由上一次布水時介質(zhì)吸附的氨氮轉(zhuǎn)化而來。由于硝氮帶有負電荷,不會被介質(zhì)吸附截留,加上硝氮在水中的溶解度又很大,所以,硝氮很快地從介質(zhì)中溶解到水相中,隨著水流進行快速遷移。這樣,在快滲池出水中,硝氮的起始濃度是很高的。隨著介質(zhì)中硝氮量的減少,出水中硝氮濃度也逐漸變低。因此,對于RI、CRI等采用干濕交替運行的系統(tǒng)來說,采用常規(guī)的總氮去除的評判方法是不太適宜的。由于在CRI系統(tǒng)中,污水的入滲速率比較大,硝氮的遷移率也很快,導(dǎo)致出水中硝氮濃度的變化是非常大的。所以,在某一時刻取樣監(jiān)測得到的總氮值是不能代表系統(tǒng)出水的總氮值得。從理論上講,要準確評估CRI系統(tǒng)的總氮去除能力和反硝化能力,需要知道出水總氮的平均值。并據(jù)此評價CRI系統(tǒng)的總氮去除效果。四、快滲池對SS的去除實踐結(jié)果表明,快滲池對SS的去除率在80%以上,說明CRI系統(tǒng)對SS具有很好的去除效果,出水SS基本在10ml/L以下,達到了《城市污水處理廠污染物排放標準》〔GB18918-2002〕中的一級標準中的A標準。五、快滲池對TP的去除快滲池對TP的去除率不高,在40%左右,出水中TP的濃度甚至超過2mg/L,不能達到《城市污水處理廠污染物排放標準》〔GB18918-2002〕中的一級標準中的A標準。傳統(tǒng)的土地處理系統(tǒng)對磷的凈化功能主要依靠天然土壤對磷的吸附作用,研究表明,污水中磷99%以上可以被土壤吸附并貯存在土壤中。不過不同的土地處理工藝,對磷的去除機理有所差異,如人工濕地對磷的去除主要是通過植物的吸收、填料床介質(zhì)與磷的物理化學作用以與微生物的積累共同完成的。關(guān)于磷的去除機制,一般說主要有植物吸收、滲濾介質(zhì)的吸附、化學沉淀,微生物積累等。對于CRI系統(tǒng)而言,由于沒有種植作物,其除磷機制主要是滲濾介質(zhì)的吸附、化學沉淀、微生物積累。但是在CRI系統(tǒng)中,介質(zhì)的吸附和化學沉淀對磷的去除效果與傳統(tǒng)的污水土地處理工藝相比是有差異的,為保證較高的水力負荷,CRI系統(tǒng)所用的滲濾介質(zhì)往往是粗砂,其中粘粒較少,介質(zhì)的陽離子交換容量較小,因此對磷的吸附效果較差。同時由于介質(zhì)的滲透性好,水力負荷高,水在系統(tǒng)中停留時間短,因此通過介質(zhì)中含有鐵、鋁、鈣等礦物與水中的磷酸根離子反應(yīng)而生成沉淀處理磷的效果也比較差,此外借助微生物對磷的正常同化吸收和聚磷菌的過量累積,在CRI系統(tǒng)中對磷的去除所作的貢獻也是有限的。所以從磷的去除機理上分析,CRI系統(tǒng)對磷的去除效果比較差。因此,要提高人工快滲系統(tǒng)對磷的去除率,一方面考慮增加快滲池本身的除磷能力,開發(fā)新型填料,另一方面提高前處理系統(tǒng)對磷的去除效果,減少進入快滲池的磷的含量,維持系統(tǒng)的正常運行。3存在問題與解決措施3.1氮磷的有效去除從氮磷的去除機理上分析,CRI系統(tǒng)對TN、TP的去除效果比較差。為了有效去除氮磷,采用混凝沉淀工藝進行預(yù)處理。實踐結(jié)果表明,混凝沉淀工藝有效彌補了快滲池除磷率較低的不足,同時對COD、SS等污染物的大幅度削減,有效地保障了整個系統(tǒng)的正常運行,大大提高了快滲池的水力負荷,并降低了人工快滲系統(tǒng)的占地面積。但是混凝沉淀工藝也存在系統(tǒng)運行管理復(fù)雜、增加成本、產(chǎn)生大量污泥等幾方面的不足。此外,通過在快滲池底部增設(shè)飽水層,提供處于長期淹水狀態(tài)的厭氧條件,為反硝化菌提供發(fā)育環(huán)境,在飽水層內(nèi),反硝化細菌將硝態(tài)氮還原為氣態(tài)氮,從而降低硝氮和總氮的濃度,使得系統(tǒng)對總氮的去除效果有所提高。但由于缺乏有機碳源,飽水層的設(shè)計仍然不能大幅度提高總氮的處理效果。這需要在今后研究中不斷完善。3.2對處理污水具有選擇性由于滲濾介質(zhì)具有一定的吸附容量,微生物的降解能力也有一定限度,對生存環(huán)境有一定要求,所以CRI系統(tǒng)在對污水處理的過程中具有一定的選擇性。一般來說,CRI系統(tǒng)比較適用于BOD5/COD>0.3的生活污水、河流污水以與某些食品工業(yè)廢水,而一些重金屬含量偏高的特殊工業(yè)廢水、不易生物降解的污水、礦化度過高的污水、酸堿度過高以與含有毒有害物質(zhì)的污水都不適于CRI系統(tǒng)。也有一些研究者指出只要微生物的培養(yǎng)、馴化得當也可以用于處理某些特殊行業(yè)廢水,如造紙污水等。但要注意解決系統(tǒng)使用終止后的場地處理問題,避免發(fā)生二次污染。3.3受氣候的影響由于CRI系統(tǒng)基本處于室外自然環(huán)境下,所以氣候的變化<如氣溫、降水等>必然影響到CRI的穩(wěn)定運行。夏季氣溫高,微生物活性大,系統(tǒng)處理效果好；冬季氣溫低,微生物活性大大降低,系統(tǒng)處理能力降低。而降水會改變污水在系統(tǒng)中的流速,降低水力停留時間,從而使出水水質(zhì)變差。因此,在進行CRI系統(tǒng)設(shè)計時要充分考慮當?shù)貧夂蛱卣?進行合理設(shè)計,以減小氣候?qū)ο到y(tǒng)的影響。4結(jié)論與展望4.1主要結(jié)論一、CRI系統(tǒng)的工藝優(yōu)勢〔1〕人工快速滲濾系統(tǒng)工程簡單,基建投資少,成本低廉CRI系統(tǒng)工藝簡單,不需投加化學藥品,沒有復(fù)雜的機械設(shè)備,其基建大都是土石方工程,所以工程周期短,易于施工,基建費用低。一般來說,CRI系統(tǒng)的投資只有常規(guī)處理的1/3～1/2?！?〕人工快速滲濾系統(tǒng)管理簡單方便,節(jié)約能源,運行費用低。由于CRI系統(tǒng)構(gòu)造簡單,如果能夠合理利用地形,動力只需一次提升,隨后依靠重力自流,能源消耗低,而且整個CRI系統(tǒng)運行過程中沒有藥劑消耗,其運行維護非常方便,可以節(jié)省人力物力。有資料顯示,我國處理能力為5～10萬m3/d的二級污水處理廠,一般需要100～150人編制,而相同規(guī)模的CRI系統(tǒng)只需1/10左右的人員編制即可。二、CRI系統(tǒng)的水質(zhì)保證目前XX市已建成的CRI系統(tǒng)均正常運行,出水水質(zhì)良好,快滲池對COD、BOD的去除率在85%以上,對氨氮的去除率一般在90%以上,對SS的去除率在95%以上,對TP的去除率在30%~60%之間,對TN的去除率在20%~40%之間。人工快速滲濾系統(tǒng)運行穩(wěn)定,處理效果優(yōu)良,快滲池對污染物的去除源于機械截留、吸附以與生物降解。近年來我國一些CRI系統(tǒng)運行結(jié)果表明：設(shè)計合理,運行和維護良好的CRI系統(tǒng),其出水水質(zhì)達到或優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》<GB18918-2002>中一級標準的A標準