高负荷地下渗滤污水处理复合技术陈繁荣

48中国环保产业2011.9交流平台CommunicationPlatform高负荷地下渗滤污水处理复合技术陈繁荣1，叶凡2(1.中国科学院广州地球化学研究所，广州510640；2.南平绿星环保工程有限公司，福建南平353000)摘要:我国的分散点源生活污水排放量高达5000万t/d，主要来自小城镇、农村等分散的人群聚居地，处理率很低，已成为改善居住环境和水资源保护的关键。常用于城镇污水处理厂的生物处理技术及其衍生技术用于污水分散处理难以正常运行。高负荷地下渗滤污水处理复合技术占地面积较小、运行成本低、处理效果好、运行稳定、维护管理简便、无二次污染，且不受气候条件影响，技术成熟，是一项适合我国国情的污水分散处理和回用技术。关键词:污水分散处理;技术现状;高负荷地下渗滤;村镇污水处理中图分类号:X701.3文献标志码:A文章编号:1006-5377（2011）09-0048-031技术背景我国的分散点源污染（小城镇、农村、度假村、城郊生活小区等）严重，已成为我国水污染防治的重点领域。根据中国国情，只有占地面积小、投资少、运行成本低、维护简便、气候适应性强的污水处理技术装置才能推广使用。然而，类似于污水处理厂的生化处理技术及其衍生技术的运行成本很高、管理维护复杂；人工湿地占地面积大（日处理1t污水占地10m2以上），建设成本高，在低温下的处理效果很差甚至失效，夏季则会滋生蚊虫；传统地下渗滤系统占地面积很大（日处理1t污水占地约30m2）。为了减少人工湿地和地下渗滤系统的占地面积，部分单位采用了强化预处理（如预曝气），因而使建设和运行成本大幅度提高，并且运行管理较复杂；或者造成环境污染且在低温下难以应用（如多级跌水复氧），或者处理效果差。国外的污水分散处理技术和装置分为三类：1）高能耗的生化处理技术装置（如Bioclere、Walex）；2）占地面积大的生态处理系统（如人工湿地、地下渗滤）；3）环境和景观效果差、建设成本高的处理系统（如Gappei-shori小型污水净化槽、BioTrap）。我国的土地资源珍贵，经济欠发达、缺少污水处理设施的运行保障机制、气候条件变化大，因而急需占地面积少、经济和环境效益好、维护简便、适合国情的污水处理技术。高负荷地下渗滤污水处理复合技术（所谓“负荷”是指单位面积的污水处理能力，单位：t/m2•d）的综合优CompoundTechnologyforSewageTreatmentofHighLoadUndergroundLeakingSewageCHENFan-rong,YEFan49CHINAENVIRONMENTALPROTECTIONINDUSTRY2011.9交流平台CommunicationPlatform势明显，符合国情要求。2工艺原理高负荷地下渗滤污水处理复合技术的基本方法和原理是：将污水通过埋在地下的散水管散布到一定面积的人工土中，污水在不同功能结构层滤料中横向运移和向下渗滤的同时，其中的污染物在滤料中通过截留、吸附及微生物分解和转化而去除，渗滤系统之上的土地可用作花园绿地、草地、停车场等。高负荷地下渗滤系统日处理1t污水占地面积＜2m2（负荷≥0.5t/m2•d），以好氧为主，仅仅在进水时出现厌氧环境，其出水的COD、BOD、TSS、氨氮等指标均低于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A类标准限值。高负荷地下渗滤单元的出水进入人工湿地进行反硝化脱氮和深度除磷，经过人工湿地处理后，出水的TN和TP也低于一级A类标准限值。此外，该技术将高负荷地下渗滤单元与人工湿地单元有机结合，在促进人工湿地反硝化作用的同时，调节控制高负荷地下渗滤单元的湿/干比，可有效防止渗滤系统堵塞。该技术的基本流程如图1所示。（7）受气候条件影响小：在北方、冬季均可正常运行。（8）使用灵活：单个系统的日处理能力从数吨至数千吨。4技术可靠性分析4.1技术工艺的先进性地下渗滤系统在国外的广泛应用已有几十年的历史，大量的研究和实践表明，颗粒有机物的超量积累导致系统堵塞是限制其污水负荷能力的主要原因，然而，近年来的研究显示，在污水负荷较大的情况下传统系统的处理效果也不理想。研发人员通过资料调研、理论分析和实验研究，查明了导致系统堵塞和影响污水处理效果的主要原因，提出了多种解决方案，并且在多年的研发中进行了方案遴选、技术优化与集成。该技术通过滤料物理性质和化学性质调控、系统自检反馈与防堵、高效可控通风供氧、高效微生物等技术创新，使系统在不同气候条件下长期稳定运行。有关成果获中国发明专利授权3项，实用新型专利1项。4.2中试系统运行情况和研究结果2005年6月在中科院广州地球化学研究所生活小区建成了一个中试系统，一直正常运行。其渗滤面积为20m2，污水处理量约8t/d，系统出水TSS、COD、BOD、氨氮、总磷等指标低于国家城镇污水处理厂一级A类排放标准（GB18918-2002）限值，系统运行4年，稳定正常。2008年7月，对该试验系统进行了局部分层剥离开挖，即使在散水孔周围也未发现有机物累积发黑的现象，这表明在所运行的污水负荷条件下，系统不会堵塞。与2005年的技术相比，现有技术的防堵性能更强，其污染物负荷能力提高了70%以上。4.3高负荷地下渗滤系统污染物负荷能力估算在地下渗滤系统中，有机物含量的变化包括有机物的不断加入、分解和新生有机物的形成。设随污水进入的悬浮有机物的量为S（g/d）；系统对COD的去除量为X（g/d）；每氧化1g固体有机物需氧气α（g）；每去除1gCOD产生的细菌生物量（生物产率）为R（g/gCOD）；微生物对污泥的分解比率为K（d-1）。若第i天系统中残留污泥的总量用Wi表示，则有：　Wn=Wn-1+W+－W-其中：W+=S+R·X+K·R·αWn-1W-=KWn-13技术的主要优点和经济指标（1）占地少且不需要专用土地：t水占地面积为2～2.5m2；整个系统为地埋式，地表可用作绿地、草地、停车场、休闲运动场地等。（2）一次性投资小：对于日处理量超过100t的系统，污水处理的建设投资约1500～3000元/t（与系统规模和场址状况有关）。（3）运行费用低：污水处理成本0.06～0.08元/t。（4）操作维护简便易行：无复杂设备，几乎不需要日常管理。（5）处理效果好，运行稳定：可达到或优于国家城镇污水处理厂一级A类排放标准（GB18918-2002）。（6）不危害周围环境和景观，无二次污染。图1污水处理流程50中国环保产业2011.9交流平台CommunicationPlatform系统运行n天后的残留污泥量为：Wn=（S+R·X）[1-（1+K·R·α-K）n]/（K·R·α-K）当W+=W-时，则土壤中残留有机质的量不再变化（污泥平衡），即：（K-K·R·α）WR=S+R·XWR=（S+R·X）/（K-K·R·α）理论上，如果达到污泥平衡时渗滤系统没有被堵塞，则该系统永远不会因有机物的累积而堵塞。通过可控条件下的模拟实验结果拟合出上述方程中的有关参数，并对各主要参数进行了模型敏感性分析。结果表明，当污水的COD为250～300mg/L,悬浮有机物的浓度为70～80mg/L，渗滤系统的污水负荷能力可以达到每平方米1.1t/d（超强系统可达到1.4t/d），并不会被堵塞。为保险起见，工程应用中的污水负荷小于理论负荷能力的50%。此外，该技术将地下渗滤单元与人工湿地单元有机结合和集成，可进一步保障地下渗滤系统永不堵塞，同时，人工湿地的硝化和反硝化等净化功能将得到更好发挥。4.4检测效果（见下表）所建项目分别作出如下评价：采用高负荷地下渗滤污水治理技术建成的生活污水处理项目，具有占地小、建设成本及运行成本低、操作维护简便、出水水质能稳定达标等优点。6结语高负荷地下渗滤污水处理复合技术是一项经济和环境综合效益最佳的生活污水生态处理技术。该技术与生物处理技术相比，具有运行成本很低、管理维护简便等优点，与常规生态处理技术（如人工湿地、地下渗滤）相比，占地面积大幅度减少、投资小、可在低温条件下正常运行（自动调节系统温度）、不滋生蚊虫。适合于城市小区、小城镇、度假村和农村等人群聚居地生活污水的现场处理和回用。经过9年研发，5年多的中试和60余项工程的设计、建设和运行，该技术的成熟度高，系统运行稳定，使用寿命长，是一项适合我国国情的污水分散处理和回用技术。■技术应用检测情况表项目pHSS（mg/L）COD（mg/L）BOD（mg/L）NH4+-N（mg/L）总磷（mg/L）处理前7.116227033.556.55.19处理后16.9435.53.81.80.20处理后26.9441.64.02.650.61平均值6.9438.553.92.230.41去除率（%）—97.585.788.49692.10501001502002503003506789101112月份0102030405060708090100去除率(%)浓度(mg/L)(a)COD进出水浓度及对应去除率0408012016020067891011月份浓度(mg/L)0102030405060708090100去除率(%)(b)BOD进出水浓度及对应去除率0102030405060708090678910月份浓度(mg/L)0102030405060708090100去除率(%)(c)TN进出水浓度及对应去除率浓度(mg/L)0123456789678910月份0102030405060708090100去除率(%)(d)TP0501001502002503003506789101112月份0102030405060708090100去除率(%)浓度(0501001502002503003506789101112月份0102030405060708090100去除率(%)浓度(0408012016020067891011月份浓度(0102030405060708090100去除率(%)(b)BOD0408012016020067891011月份浓度(0102030405060708090100去除率(%)(b)BOD0102030405060708090678910月份浓度(去除率(%)0102030405060708090678910月份浓度(去除率(%)浓度(0123456789678910月份0102030405060708090100去除率(%)(d)TP0123456789678910月份0102030405060708090100去除率(%)(d)TP进出水浓度及对应去除率图2处理效果处理前浓度处理后浓度去除率4.5环境变化与污染物去除率的关系随着环境温度及污染物浓度的变化，处理效果基本保持相对稳定（见图2）。5技术示范和应用该技术从2009年推广以来，已建成污水处理站60余个，显示了该技术多方面的综合优势和很强的市场竞争力。该技术已应用于江苏省的江阴市（周庄镇、徐霞客镇、申港镇、顾山镇）及江苏省的靖江市（季市镇、西来镇等）所辖自然村，建有100m3/d左右大小不等的多个污水处理站。江苏省江阴市环保局和靖江市建设局对