高負荷地下滲濾污水處理復合技術

陳繁榮，葉 凡

(1.中國科學院廣州地球化學研究所，廣州 510640；2.南平綠星環保工程有限公司，福建 南平 353000)

高負荷地下滲濾污水處理復合技術

陳繁榮1，葉 凡2

(1.中國科學院廣州地球化學研究所，廣州 510640；2.南平綠星環保工程有限公司，福建 南平 353000)

我國的分散點源生活污水排放量高達5000萬t/d，主要來自小城鎮、農村等分散的人群聚居地，處理率很低，已成為改善居住環境和水資源保護的關鍵。常用于城鎮污水處理廠的生物處理技術及其衍生技術用于污水分散處理難以正常運行。高負荷地下滲濾污水處理復合技術占地面積較小、運行成本低、處理效果好、運行穩定、維護管理簡便、無二次污染，且不受氣候條件影響，技術成熟，是一項適合我國國情的污水分散處理和回用技術。

污水分散處理;技術現狀;高負荷地下滲濾;村鎮污水處理

1 技術背景

我國的分散點源污染（小城鎮、農村、度假村、城郊生活小區等）嚴重，已成為我國水污染防治的重點領域。根據中國國情，只有占地面積小、投資少、運行成本低、維護簡便、氣候適應性強的污水處理技術裝置才能推廣使用。然而，類似于污水處理廠的生化處理技術及其衍生技術的運行成本很高、管理維護復雜；人工濕地占地面積大（日處理1t污水占地10m2以上），建設成本高，在低溫下的處理效果很差甚至失效，夏季則會滋生蚊蟲；傳統地下滲濾系統占地面積很大（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的占地面積，部分單位采用了強化預處理（如預曝氣），因而使建設和運行成本大幅度提高，并且運行管理較復雜；或者造成環境污染且在低溫下難以應用（如多級跌水復氧），或者處理效果差。

國外的污水分散處理技術和裝置分為三類：1）高能耗的生化處理技術裝置（如Bioclere、Walex）；2）占地面積大的生態處理系統（如人工濕地、地下滲濾）；3）環境和景觀效果差、建設成本高的處理系統（如Gappei-shori小型污水凈化槽、BioTrap）。

我國的土地資源珍貴，經濟欠發達、缺少污水處理設施的運行保障機制、氣候條件變化大，因而急需占地面積少、經濟和環境效益好、維護簡便、適合國情的污水處理技術。高負荷地下滲濾污水處理復合技術（所謂“負荷”是指單位面積的污水處理能力，單位：t/m2·d）的綜合優勢明顯，符合國情要求。

2 工藝原理

高負荷地下滲濾污水處理復合技術的基本方法和原理是：將污水通過埋在地下的散水管散布到一定面積的人工土中，污水在不同功能結構層濾料中橫向運移和向下滲濾的同時，其中的污染物在濾料中通過截留、吸附及微生物分解和轉化而去除，滲濾系統之上的土地可用作花園綠地、草地、停車場等。

高負荷地下滲濾系統日處理1t污水占地面積＜2m2（負荷≥0.5t/m2·d），以好氧為主，僅僅在進水時出現厭氧環境，其出水的COD、BOD、TSS、氨氮等指標均低于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A類標準限值。高負荷地下滲濾單元的出水進入人工濕地進行反硝化脫氮和深度除磷，經過人工濕地處理后，出水的TN和TP也低于一級A類標準限值。此外，該技術將高負荷地下滲濾單元與人工濕地單元有機結合，在促進人工濕地反硝化作用的同時，調節控制高負荷地下滲濾單元的濕/干比，可有效防止滲濾系統堵塞。

該技術的基本流程如圖1所示。

圖1 污水處理流程

3 技術的主要優點和經濟指標

（1）占地少且不需要專用土地：t水占地面積為2～2.5m2；整個系統為地埋式，地表可用作綠地、草地、停車場、休閑運動場地等。

（2）一次性投資小：對于日處理量超過100t的系統，污水處理的建設投資約1500～3000元/t（與系統規模和場址狀況有關）。

（3）運行費用低：污水處理成本0.06～0.08元/t。

（4）操作維護簡便易行：無復雜設備，幾乎不需要日常管理。

（5）處理效果好，運行穩定：可達到或優于國家城鎮污水處理廠一級A類排放標準（GB18918-2002）。

（6）不危害周圍環境和景觀，無二次污染。

（7）受氣候條件影響小：在北方、冬季均可正常運行。

（8）使用靈活：單個系統的日處理能力從數噸至數千噸。

4 技術可靠性分析

4.1 技術工藝的先進性

地下滲濾系統在國外的廣泛應用已有幾十年的歷史，大量的研究和實踐表明，顆粒有機物的超量積累導致系統堵塞是限制其污水負荷能力的主要原因，然而，近年來的研究顯示，在污水負荷較大的情況下傳統系統的處理效果也不理想。研發人員通過資料調研、理論分析和實驗研究，查明了導致系統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，并且在多年的研發中進行了方案遴選、技術優化與集成。該技術通過濾料物理性質和化學性質調控、系統自檢反饋與防堵、高效可控通風供氧、高效微生物等技術創新，使系統在不同氣候條件下長期穩定運行。有關成果獲中國發明專利授權3項，實用新型專利1項。

4.2 中試系統運行情況和研究結果

2005年6月在中科院廣州地球化學研究所生活小區建成了一個中試系統，一直正常運行。其滲濾面積為20m2，污水處理量約8t/d，系統出水TSS、COD、BOD、氨氮、總磷等指標低于國家城鎮污水處理廠一級A類排放標準（GB18918-2002）限值，系統運行4年，穩定正常。2008年7月，對該試驗系統進行了局部分層剝離開挖，即使在散水孔周圍也未發現有機物累積發黑的現象，這表明在所運行的污水負荷條件下，系統不會堵塞。與2005年的技術相比，現有技術的防堵性能更強，其污染物負荷能力提高了70%以上。

4.3 高負荷地下滲濾系統污染物負荷能力估算

在地下滲濾系統中，有機物含量的變化包括有機物的不斷加入、分解和新生有機物的形成。設隨污水進入的懸浮有機物的量為S（g/d）；系統對COD的去除量為X（g/d）；每氧化1g固體有機物需氧氣α（g）；每去除1g COD產生的細菌生物量（生物產率）為R（g/gCOD）；微生物對污泥的分解比率為K（d-1）。若第i天系統中殘留污泥的總量用Wi表示，則有：

其中：W+= S + R·X + K·R·αWn-1

系統運行n天后的殘留污泥量為：

當W+=W-時，則土壤中殘留有機質的量不再變化（污泥平衡），

即：（K-K·R·α）WR = S+R·X

理論上，如果達到污泥平衡時滲濾系統沒有被堵塞，則該系統永遠不會因有機物的累積而堵塞。通過可控條件下的模擬實驗結果擬合出上述方程中的有關參數，并對各主要參數進行了模型敏感性分析。結果表明，當污水的COD為250～300mg/L, 懸浮有機物的濃度為70～80mg/L，滲濾系統的污水負荷能力可以達到每平方米1.1t/d（超強系統可達到1.4t/d），并不會被堵塞。

為保險起見，工程應用中的污水負荷小于理論負荷能力的50%。此外，該技術將地下滲濾單元與人工濕地單元有機結合和集成，可進一步保障地下滲濾系統永不堵塞，同時，人工濕地的硝化和反硝化等凈化功能將得到更好發揮。

4.4 檢測效果（見下表）

技術應用檢測情況表

4.5 環境變化與污染物去除率的關系

隨著環境溫度及污染物濃度的變化，處理效果基本保持相對穩定（見圖2）。

5 技術示范和應用

該技術從2009年推廣以來，已建成污水處理站60余個，顯示了該技術多方面的綜合優勢和很強的市場競爭力。

該技術已應用于江蘇省的江陰市（周莊鎮、徐霞客鎮、申港鎮、顧山鎮）及江蘇省的靖江市（季市鎮、西來鎮等）所轄自然村，建有100m3/d左右大小不等的多個污水處理站。江蘇省江陰市環保局和靖江市建設局對所建項目分別作出如下評價：采用高負荷地下滲濾污水治理技術建成的生活污水處理項目，具有占地小、建設成本及運行成本低、操作維護簡便、出水水質能穩定達標等優點。

圖2 處理效果

6 結語

高負荷地下滲濾污水處理復合技術是一項經濟和環境綜合效益最佳的生活污水生態處理技術。該技術與生物處理技術相比，具有運行成本很低、管理維護簡便等優點，與常規生態處理技術（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行（自動調節系統溫度）、不滋生蚊蟲。適合于城市小區、小城鎮、度假村和農村等人群聚居地生活污水的現場處理和回用。

經過9年研發，5年多的中試和60余項工程的設計、建設和運行，該技術的成熟度高，系統運行穩定，使用壽命長，是一項適合我國國情的污水分散處理和回用技術。

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