人工快渗污水处理工艺特点及在中小城镇污水处理中的应用

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　　摘要　人工快渗污水处理系统工艺(CRI)是在为解决我国污水收集较难、需要分散处理的中小城镇及农村小型污水处理厂的工艺选择的问题而产生的新型工艺，具有操作简单、运行成本低、水处理效果好、没有生化活性污泥产生的优点，适合在偏僻地区的农村污水处理厂使用的工艺。一般城镇污水经过处理可以稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GBl8918一Z002)一级A标准。
　　关键词　人工快渗污水处理工艺(CRI)；中小城镇；应用
　　
　　1　总论
　　
　　1，1当前我国市政污水处理事业主要现状
　　当前，我国的水环境保护面临着三大矛盾：我国环境问题日益严重与增长方式转变缓慢的矛盾突出，协调经济与环境关系的难度越来越大；人民群众改善环境的迫切性与环境治理长期性的矛盾突出，环境问题成为引发社会矛盾的焦点问题；污染形势日益严峻与环保要求越来越高的矛盾突出。
　　虽然大城市对污水处理工作做得比较好，但是决定我国环境质量整体提高的矛盾是水污染强度日益增大水处理的普及程度低，我国中小城镇及农村污水处理基础设施不到位，污水收集普遍采用合流制管网收集，2006年有96％的农村没有污水处理设施，基本处于空白。中小城镇的污水由于各种原因未经处理任意排放已经对城市饮用水安全和村镇居民生存环境构成了严重的威胁，因此包括中小城镇污水处理工作在内的城镇环保工作非常重要，国家“十一五”规划纲要中明确要求2010年污水处理率不低于70％。
　　
　　长期以来困扰我国环境保护发展的一个重要的瓶颈因素是水环境保护成本较高，污水处理工作作为水环境保护的关键环节，通常污水处理厂建设后往往因为较高的污水处理运行费用较高地方财政难以支付而导致许多污水处理厂陷于停产状态，我国污水处理设备运行状况是1／3运行正常、1/3不正常、1／3处于闲置状态，污水处理厂的实际运转率不超过50％，我国污水的实际处理率远远低于污水处理设施的设计能力，不能充分发挥其全部功能，不仅浪费了大量的基础建设资金而且起不到应有的效果，加之我国小城镇污水管道建设不能满足城市化发展的需求，由于这些小城镇和大城市经济发展水平、排水体制、基础资料、融资渠道等有很大的不同，因此不可能也不应该把大城市的污水治理工艺、技术装备等搬用到中小城镇的污水处理厂中去，不能通过建设大型污水处理厂集中收集并处理污水，所以不能发挥出预期的功能。
　　
　　这些因素就决定了应用于中小城镇的污水处理技术必须经济、高效、节能、简便易行。决定污水处理各种因素的关键是污水处理工艺的选择。因此，研究和开发的新工艺改造和替代传统工艺成为我国目前急需解决的问题。同时，发展具有独立自主知识产权的、处理效果好且高效率低能耗的污水处理技术，是我国当前污水治理领域的一项主要任务。
　　1，2适宜小城镇及农村使用的污水处理工艺应具备的特点
　　结合我国小城镇及农村的实际情况，走简易、高效率、低能耗的技术路线才是适合我国的基本国情的必然途径。目前我国乃至世界范围内在高效率低能耗污水处理技术方面的研究已取得了不少进展。也开发出了一些经济实用高效低能耗的污水处理技术。高效低能耗是针对传统污水处理方法的工艺流程存在的问题而提出来的，总体上应具有以下特征：
　　1，2，1基建投资省。
　　我国农村地区，污水处理设施建设成本是制约中小城镇及农村污水处理发展的关键因素，所以必须投资省以减少地方经济负担。
　　1，2，2运行费用低。
　　运行费用是污水处理厂能否正常运行的重要因素，是评判一套工艺优劣的主要指标之一，在污水处理厂全部投入中包括建设和25年的运行中，运行费用总和是初期基础建设投入的数倍，因此运行费用成为污水处理厂内否正常运行的一项关键因素。
　　
　　1，2，3抗冲击负荷强。
　　因为小城镇及农村污水水量水质昼夜、季节波动较大，而且长时期以来排人市政管网(排污河道)的工业废水处理效果并不理想，特别是中小城镇普遍采用合流制排水系统，末端的污水处理厂雨季可能会长期收到高浓度的冲击负荷的影响。
　　1，2，4管理简单、运行稳定、维修方便。
　　这一点对于中小城镇及农村尤为重要，因为农村地区往往管理水平低、技术力量比较薄弱，污水处理工人平均素质往往远低于城市大型污水处理厂，对于水处理工艺设备构筑物的使用理论技术均不充足，往往造成污水处理厂运行参数控制有误或设备不能得到有效维护而导致运转不正常。
　　
　　1，2，5产生污泥、废气少，对环境影响小。
　　目前随着我国对环境影响评价环境规划等一系列的规章制度出台逐渐对市政污水处理厂的要求也越来越高，通过近年来出台的一系列法律法规政策也一再要求污水处理厂的副产品包括污泥、废气的安全处理，二级生化污水处理厂通常产生大量的剩余污泥，如果直接填埋处理不当则会对当地的地下水造成非常严重的威胁，产生严重的地下水污染事故，这种二次污染治理难度更大，甚至是在数十年内无法恢复。
　　
　　
　　2　CRI工艺发展背景与特点
　　
　　2，1 CRI工艺发展背景
　　为解决我国中小城镇及农村污水处理中存在的污水集中收集难，污水处理厂建设成本高，处理成本高，管理复杂，技术力量薄弱，产生污泥多且会有二次污染等诸多问题，通过多年努力研发出的人工快渗污水处理系统工艺(Constructed Rapid Infiltration System，简称CRI工艺)，特别是针对这些问题而研发的新型污水处理技术，尽可能地提高污水处理水质效果、节省基础建设投资、简化工艺流程、降低污水处理成本和管理维护成本，非常适合广大农村地区，特别是冰冻期较短的南方地区的使用。
　　
　　CRI工艺源于原始土地处理法中的快渗工艺,Rapid In―fihration，简称RI工艺，是通过人工回填砂质填料而替代天然土地，并且添加了多种为改善微环境的矿物质填料(以钙系矿物为主)，从而改善了微生物生长条件，同时使污水处理负荷比原始的RI工艺提高了10～100倍，不仅保留原RI工艺管理方便、运行费用低、没有污泥产生的特点，而且还具有防止地下水污染、操作环境卫生等优点。目前已经在生活污水和河流污水处理上取得了广泛的应用。
　　快渗池采用间歇式的进水方式，每日对快渗池布水四次，间隔周期一般6小时。人工快渗工艺基本流程图如下：
　　其基本原理是采用间歇式运行方式，将经过一级处理后的污水直接布满快渗池，污水竖直向下渗入快渗池填料，经过人工配制的砂质填料，填料上生长的微生物首先对水中的污染物进行截流吸附，当填料中的污水水逐步下降，填料层能产生负压，使空气进入填料层-，微生物与空气相结接触，吸收其中的氧气通过生化反应后，从而降解水中的污染物。通过较低水力负荷，增强了各种污染物的处理能力，所以可以做到没有污泥产生。当运行一段时间后，会发生临时性的堵塞，只要通过对快渗池表层30cm填料层的翻晒，一般需要一天的时间，就可以使人工快渗池的渗透性恢复，而且恢复后不会影响

水处理效果。
　　2，2 CRI工艺特点
　　通过多年研究和实践工程的广泛应用表明CRI工艺具有以下特点：
　　2，2，1出水效果稳定
　　CRI工艺处理出水水质可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GBl8918―2002中一级A标准，对氨氮、COD、SS、BOD等，有非常高的去除效率。CRI系统继承了土地处理工艺中抵抗冲击负荷效果好，出水水质稳定。
　　2，2，2建设成本低、管理方便、运行费用低
　　CRI工艺流程简单，不采用曝气、不用污泥回流、不用处理污泥，污水经过一级处理沉淀后就可以直接进入快渗池进行二级生化处理，二级生化处理中没有任何污泥产生，所以避免了建设污泥处理设施的成本，通常污水处理厂采用传统工艺的污水处理设施建设中有40～50％用于污泥处理设施的处理，人工快渗工艺只有少量的初沉池污泥(泥沙)产生，所以既不用建设过多的污泥处理设施，通常只要简单干化即可完成对污泥的处理，因此人工快渗工艺建设成本较低、管理方便，最终构成了吨水处理成本较低，一般污水处理厂吨水建设成本在900～1000元／吨。
　　2，2，3绿色环保的污水处理工艺
　　系统除了初沉池有少量泥沙外，二级生化系统没有任何污泥产生，从根本上彻底杜绝了二次污染问题，对周边环境影响较小，表现在污水自由水面与空气接触时间较短(<6小时／天)，不用曝气，避免了臭气扩散对周边大气环境的污染，而且没有任何噪音产生。与人工湿地相比，没有任何植物，因此无需修剪收割，也没有蚊蝇蛙鸣的扰民问题。
　　2，2，4易分割模块化施工规模弹性大
　　主要的构筑物一快渗池形状可以自由灵活调整，适应各种地块形状，采用土地处理工艺使其水力负荷可以在一定范围内灵活控制；抗水量冲击负荷能力强，可以应变突然的水质波动，而且长期停水后依然可以迅速恢复使用功能，无需重新培养微生物。
　　
　　3　应用实例――大林镇污水处理站
　　
　　3，1项目概况
　　四川双流县大林镇位于四川成都市南郊50公里处的龙泉山脉东南端。全镇幅员面积56平方公里，总人口2.7万。辖3个场镇居委会和20个行政村，是双流县有名的农业大镇。该镇为当地风景旅游区，更是新农村建设“全国环境优美乡镇”的重点乡镇。
　　污水处理站进水处理对象为大林镇石庙村生产生活废水，服务人口2500人。采用人工快渗污水处理系统工艺(CRI)处理规模为350t／d，污水主要为生活污水，包括居民排水、商业设施(如农家乐)排水、绿色农业排水、公共设施排水及部分养猪废水，含动植物油脂较多。由于是新农村建设项目，管网设施比较完善，污水收集率较高，该污水水质主要以有机污染物为主。
　　设计出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GBl8918―2002)一级A标准：
　　工艺流程采用人工快渗污水处理系统工艺，考虑到农家乐污水排放油脂类较多，其余污水水质比较单纯，采用简单工艺流程，具体流程如下：
　　本项目污水处理设施净占地450平方米，总投资为49.23万元，自2007年8月开工，10月底竣工，11月通水，12月调试结束并环保验收合格。
　　3，2工艺参数
　　3，2，1格栅池
　　格栅用以截留废水中较大颗粒的悬浮物、漂浮物、纤维物质和固体颗粒物，保证后续处理构筑物的正常运行，减轻后续处理单元的处理负荷，采用人工格栅。
　　工艺参数：B=0.5m b=10mm
　　3，2，2隔油池
　　由于考虑本项目农家乐较多，污水含油量大，因此采用两级隔油池设计，以减轻油污对快渗池运行的影响。
　　工艺参数：V＝3m
　　3，2，3调节沉淀池
　　用于汇集来自生活污水收集管网的生活污水，调节水量。安装污水提升泵，污水经一次提升，后续处理工艺污水均为重力自流。调节池采用便携式污泥泵排泥，视具体运行情况定期排泥。
　　工艺参数：设计最小水力停留时间=2.0h；面积负荷=0.6m／h
　　3，2，4配水泵池
　　用于调节供水量，满足储存一次快渗池布水所需要的水量。内装液位自动控制开关，与快渗池电动阀通过自控系统可以实现联动白控。
　　工艺参数：Vo=22m
　　3，2，5人工快渗池
　　人工快渗是本处理设施中的主体工艺单元，主要是利用快渗池的物理、化学和生物反应去除水中的COD、SS、氨氮、总磷等。
　　工艺参数：
　　渗池数量及尺寸；4座，由配水池配水
　　水力负荷：1.23／(m2・d)
　　COD负荷<250gCOD／(m2・d)
　　氨氮负荷<25g氨氮／(m2・d)
　　3，2，6污泥干化池
　　贮放来自调节沉淀池排泥与砂滤池的反冲洗污泥，并具有干化作用；干化后的污泥外运填埋处理，滤液回流到格栅池。地上钢筋混凝土式，分2格。
　　有效使用面积；6m2
　　3，3运行情况参数
　　格栅平均每天清理垃圾一次，沉淀池平均每周排泥两次，快渗池间歇式运行每个快渗池平均每6小时布水一次，每天配水池自动布水24次。全厂操作可以实现自动控制，运行工人仅一人，每天工作一班，日常主要是清理垃圾以及清理调节池干化池的污泥。
　　全厂污水处理直接运行成本仅0.27元／t。
　　2008年4月18日委托成都市城市排水监测站进行水质检测，进出水情况如下：
　　
　　4　结论
　　
　　人工快渗污水处理系统工艺(CRI)是在为解决我国污水收集较难、需要分散处理的中小城镇及农村小型污水处理厂的工艺选择的问题而产生的新型工艺，非常适合一般中小城镇及新农村小型水处理厂应用，最大限度的解决了由于地域偏远、规模小、管理水平低、运行复杂费用高、污泥处置易引发二次污染等造成的污水处理困难的问题。
　　CRI工艺具有操作简单、运行成本低、水处理效果好、没有生化活性污泥产生的优点，适合在偏僻地区的中小城镇及农村污水处理厂使用的工艺。目前已经有三十多个污水处理厂站设施采用该工艺技术，一般城镇污水经处理可以稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918―2002)一级A标准。

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