（市政工程专业论文）两段式蚯蚓强化快速渗滤工艺技术研究.pdf

摘要 摘要 本课题基于我国经济、社会的实际发展状况，研究一种具有效率优势、经 济优势、生态优势的就地污水处理新工艺两段式蚯蚓强化快速渗滤工艺。 课题通过小试试验，分析不同滤料对污水中各种污染物质的去除能力，以确定 适合本工艺的滤料组合；研究蚯蚓在系统中存在的可行性及其发挥的作用；重 点分析工艺处理污水、污泥的具体效果、影响因素，以及工艺在提高污水处理 能力，解决堵塞问题等方面所发挥的优势。本课题的主要研究结论如下： ( 1 ) 本工艺适合以煤渣、陶粒为主体滤料。煤渣对去除有机物、n h 4 + - n 等 污染物质十分有效。陶粒有利于硝化作用及蚯蚓的生存、生长，它具有很多的 微孔，适合微生物生长，能给蚯蚓提供丰富的食料生物膜污泥。钢渣对t p 有良好的去除效果，但钢渣分层装填时容易板结，影响试验装置的正常使用， 宜与煤渣混合装填，避免板结。 ( 2 ) 蚯蚓的存在能够提高系统通气、复氧效率，对硝化作用有利。蚯蚓与微 生物协同共生，能强化系统对有机物的分解效率，提高出水稳定性，使系统抵 抗水力负荷提高等不利因素的缓冲能力增强。蚯蚓在正常的生命活动中，不断 翻动、吞食、消化滤料中的生物污泥，在一定程度上缓解堵塞，但不能彻底解 决堵塞问题。随着运行时间的延长及水力负荷的提高，普通一体式蚯蚓强化快 速渗滤系统仍然会出现堵塞现象。 ( 3 ) 两段式蚯蚓强化快速渗滤工艺将陶粒柱与煤渣柱分开，并借助蚯蚓对滤 料中生物污泥的翻动、吞食及消化作用，减量并稳定污泥，最终能够解决系统 的堵塞问题。陶粒柱中投加蚯蚓，主要用于去除污水中的悬浮物质，降低污水 中污染物质的浓度，利用蚯蚓对生物污泥的消减作用，在处理污水的同时，同 步处理污泥。煤渣柱进一步去除污水中的各类污染物质，最终使出水达到排放 要求。 ( 4 ) 陶粒柱对有机物的去除效果与装填高度呈正相关，与水力负荷呈显著负 相关。陶粒柱高度宜为5 0 c m ，可采用较高的水力负荷，但不宜大于6 m d 。同 一水力负荷下，投加蚯蚓陶粒柱对有机物的去除效果优于未投加蚯蚓陶粒柱。 ( 5 ) 投加蚯蚓的陶粒柱，穿透污泥的v s s s s 值较低( 6 5 左右) ，而未投加 摘要 蚯蚓的陶粒柱，v s s s s 值较高( i - 7 l ) 。蚯蚓对生物污泥的翻动、吞食、消 化作用能有效防止堵塞。而未投加蚯蚓的4 拌、5 群、础，滤料表层大量生长的生 物膜污泥逐渐积累，且相互交联，不易穿透陶粒层，最终造成堵塞。 ( 6 ) 煤渣柱的运行效果与水力负荷、进水方式、煤渣高度以及钢渣、煤渣的 装填比例等因素有关。煤渣柱对有机物、n h 4 + - n 的去除效果与钢渣、煤渣的装 填比例呈显著负相关，宜采用1 ：5 的装填比例。水力负荷提高对煤渣柱有机物 的去除效果不利，但影响程度较小。煤渣柱的n h 4 + - n 去除效果与水力负荷呈 显著负相关。连续进水及增加煤渣高度均能显著提高有机物及n h 4 + - n 的去除 效果。 ( 7 ) 在水力负荷为4 m d ，平均b o d 5 负荷率为2 7 2g b o d s m 2 d 的条件下， 两段式蚯蚓强化快速渗滤工艺对污水的整体处理效果良好。陶粒柱c o d 、b o d 5 平均去除率分别为6 0 5 5 、7 0 1 l ，出水可达n - - 级排放标准。煤渣柱进一步 去除有机物，其中3 号柱出水c o d 、b o d 5 指标可达一级a 排放标准。陶粒柱 对n h 4 + - n 的平均去除率可达6 0 0 8 ，煤渣柱进一步去除n h 4 + - n ，使最终去除 率可达8 7 以上，出水n h 4 + - n 可达一级a 排放标准。系统对t n 的去除效果 不够理想，反硝化是脱氮的限速步骤。系统最终出水s s 稳定低于1 0 m g l ，达 到一级a 排放标准。煤渣柱对t p 的去除能力随运行时间延长及水力负荷提高 而明显下降。 ( 8 ) 陶粒柱的污泥减量化、稳定化效果良好。经初步计算，进泥量为 1 6 9 7 9 d ，溢流口出泥量为2 5 0 9 d ，沉泥斗沉泥量为3 1 4 9 d ，消减量为1 1 3 3 9 d ， 污泥减量率可达6 6 7 6 。陶粒柱的污泥有机物质分解率( v s s 减量率) 可达 7 2 ，沉泥斗中污泥v s s s s 平均值为4 8 3 8 ，与蚓粪的v s s s s 值( 约3 8 ) 相近，显著低于进水的6 8 8 6 。 ( 9 ) 4 个多月的试验运行表明，两段式蚯蚓强化快速渗滤工艺能在较高的水 力负荷( 4 m d ) 下长期、稳定运行，有效解决堵塞问题，在保证出水水质的前 提下，提高污水处理能力。 关键词：两段式蚯蚓强化快速渗滤，蚯蚓，陶粒，煤渣，堵塞问题 i i 目录 a b s t r a c t b a s e do nt h ea c t u a ls i t u a t i o no fo a r c o u n t r y , t h i sr e s e a r c hf o c l l s e do nan e w s e w a g et r e a t m e n ts y s t e m ( t w o s t a g ee a r t h w o r mr a p i di n f i l t r a t i o nt r e a t m e n t s y s t e m ) w h i c hh a ss o m ea d v a n t a g e si ne f f i c i c i l c y , e c o n o m ya n de c o l o g y t h e c o n t e n so ft h i ss t u d yi n c l u d e ：f i l t e rm e d i u m s p o l l u t a n t sr e m o v e m e n ta n di t ss u i t a b l e c o m b i n a t i o n s ；t h ef e a s i b i l i t ya n dt h ef u n c t i o no fe a r t h w o r m si nt h es y s t e m ；t h e s y s t e m st r e a t m e n tp e r f o r m a n c eb o t hf o rs e w a g ea n ds l u d g e ；f a c t o r st h a ta f f e c tt h e t r e a t m e n te f f i c i e n c i e s ；t h es y s t e m ss u p e d o r i t yt oi n c r e a s et h et r e a t m e n tc a p a c i t ya n d t oa v o i dt h es y s t e mb e i n gc l o g g e d m a i nc o n c l u s i o n so ft h i sr e a r c hw e r ea s f o l l o w i n g ： ( 1 ) c e r a m s i t e sa n dc i n d e r sw e r es u i t a b l et ob et h em a i nf i l t e rm e d i u m si nt h e e a r t h w o r mr a p i di n f i l t r a t i o ns y s t e m c i n d e r sw e r eg o o da tr e m o v e m e n to ft h e o r g a n i c s u b s t a n c e sa n dn i - 1 4 + - n c e r a m s i t e sc o u l di n c r e a s et h ef u n c t i o no f n i t r i f i c a t i o na n db eg o o dt oe a r t h w o r m s g r o w t ha n dr e p r o d u c t i o n ，a n dc e r a m s i t e s h a v eal o to fm i c r o p o r o u sw h i c ha r es u i t a b l et om i c r o o r g a n i s m t h eb i o f i l ms l u d g e p r o v i d e da b u n d a n t f o o d st oe a r t h w o r m s t h es t e e l s l a g sa b i l i t y t or e m o v e p h o s p h o r u sw a sv e r yg o o d , b u ts t e e ls l a g sf o r m e dac l o ge a s i l yw h e nl o a d e d s e p a r a t e l y , w h i c hw o u l dc a u s ed a m a g et ot h ee q u i p m e n t s s t e e ls l a g ss h o u l db e m i x e dw i t hc i n d e r s ( 2 ) e a r t h w o r m si n c r e a s e dt h ee f f i c i e n c i e so fv e n t i l a t i o na n da e r a t i o n w h i c h w a sg o o dt on i t r i f i c a t i o n e a r t h w o r m sh e l p e dt h es y s t e ma t t a i nr e m a r k a b l et r e a t m e n t p e r f o r m a n c ef o ro r g a n i cs u b s t a n c e sr t m n i n gi nah i g hh y d r a u l i cl o a d i n gr a t e t h e e f f e c t i v es l u d g et r e a t m e n tb ye a r t h w o r m sc o u l dd e c r e a s et h ed e g r e eo fc l o gp r o b l e m i nac e r t a i ne x t e n t ，b u tt h ei n t e g r a t e de a r t h w o r mr a p i di n f i l t r a t i o ns y s t e mw o u l ds t i l l b ec l o g g e dw i t i lt h ei n c r e a s eo f t h e h y d r a u l i cl o a d i n gr a t ea n dt h er u n n i n gt i m e ( 3 ) t w o s t a g ee a r t h w o r mr a p i di n f i l t r a t i o nt r e a t m e n ts y s t e mc o u l dt o t a l l y r e s o l v et h ec l o gp r o b l e mb ys e p a r a t i n gt h ec e r a m s i t eu n i ta n dt h ec i n d e ru n i t ，a sw e l l a sb yt h ee a r t h w o r m s s l u d g et r e a t m e n t e a r t h w o r m sw e r ea d d e di n t ot h ec e r a m s i t e u n i tt h a tw a sm a i n l yu s e dt ot r e a ts s ，o r g a n i cs u b s t a n c e sa n ds l u d g ei nt h es y s t e m 1 1 i 目录 t h ec i n d e ru n i tc o n t i n u e dr e m o v i n gv a r i o u sp o l l a n t si no r d e rt om a k es u r et h e e f f l u e n tr e a c ht h ed i s c h a r g es t a n d a r d ( 4 ) t h et r e a t m e n te f f i c i e n c yo fc e r a m s i t eu n i td e c r e a s e dw h e nc e r a m s i t e sw e r e r e d u c e d ，a n di t i n c r e a s e dw h e nc e r a m s i t e sw e r ea d d e d t h ep r o p e rh e i g h to f c e r a m s i t eu n i tw a sa b o u t5 0 c m , a n di t sh y d r a u l i cl o a d i n gr a t es h o u l db el e s st h a n 6 m d 1 1 1 et r e a t m e n tp e r f o r m a n c eo fc e r a m s i t eu n i tw i t he a r t h w o r m sw a sb e t t e rt h a n t h eo n ew i t h o u te a r t h w o r m sa tt h es a m eh y d r a u l i cl o a d i n gr a t e ( 5 ) t h ev s s s sv a l u eo ft h ec e r a m s i t eu n i tw i t he a r t h w o r m sw a sa b o u t6 5 ， a n dt h eo n ew i t h o u te a r t h w o r m sw a sm o r et h a n7 1 e a r t h w o r m s s l u d g et r e a t m e n t c o u l dh e l pt or e s o l v et h ec l o gp r o b l e m , w h i l et h ec e r a m s i t eu n t i tw i t h o u te a r t h w o r m s w a sc l o g g e dw i t l lt h ei n c r e a s eo f t h e s l u d g e ( 6 ) t h ec i n d e ru n i t st r e a t m e n tp e r f o r m a n c ew a sr e l a t i v et ot h eh y d r a u l i c l o a d i n gr a t e ，t h ew a yo fi n f l o w , t h eh e i g h to fc i n d e ru n i t ，t h el o a d i n gr a t eo f c i n d e r s a n ds t e e ls l a g s 1 1 1 ec i n d e ru n i t st r e a t m e n tp e r f o r m a n c ef o ro r g a n i cs u b s t a n c e sa n d n h ，- ns h o w e das i g n i f i c a n tn e g a t i v ec o r r e l a t i o nw i t ht h el o a d i n gr a t eo fc i n d e r s a n ds t e e ls l a g s a n dt h er a t es h o u l db el ：5 h y d r a u l i co v e r l o a d i n gw a ss o m e h o w n e g a t i v et oo r g a n i cs u b s t a n c e sr e m o v e m e n te f f i c i e n c yo fc i n d e ru n i t t h ec i n d e r u n i t st r e a t m e n tp e r f o r m a n c ef o rn i - 1 4 + - ns h o w e das i g n i f i c a n tn e g a t i v ec o r r e l a t i o n w i t ht h eh y r d r a u l i el o a d i n gr a t e b o t ht h ew a yo fc o n t i n u o u si n f l o wa n di n c r e a s i n g h e i g h tw e r eb e n e f l c tt ot h et r e a t m e n tp e r f o r m a n c ef o ro r g a n i cs u b s t a n c e s a n d n h a + - n ( 7 ) w h e nt h eh y d r a u l i cl o a d i n gr a t ew a s4m d 。a n dt h ea v e r a g eb o d 5l o a d i n g r a t ew a s2 7 2 9 b o d s m 2 d ，t w o - s t a g ee a r t h w o r mr a p i di n f i l t r a t i o nt r e a t m e n ts y s t e m h a dw o n d e r f u lt r e a t m e n tp e r f o r m a n c ef o rs e w a g e c e r a m s i t eu n i t sa v e r a g er e m o v a l r a t ef o rc o da n db o d 5w e r e6 0 5 5 a n d7 0 1 1 r e s p e c t i v e l y , a n di t so u t f l o w c o u l da c h i e v e2 e dd i s c h a r g es t a n d a r d c i n d e ru n i tf u e t h e rr e m o v e do r g a n i c s u b s t a n c e s t h e nt h eo u t f l o wo f3 撑c o u l da c h i e v e1 s td i s c h a r g es t a n d a r d c e r a m s i t e u n i t sa v e r a g er e m o v a lr a t ef o rn h 4 + - nw a s6 0 0 8 t h er a t eo fc i n d e ru n i tw a s b e y o n d8 7 ，a n di t so u t f l o wc o u l da c h i e v eis td i s c h a r g es t a n d a r d t h et r e a t m e n t p e r f o r m a n c ef o rt nw a si n c o m p e t e n tb e c a u s eo ft h ew e a kd e n i t r i f i c a t i o n t h es s c o n c e n t r a t i o no fo u t f l o ww a sb e l o wl o m g l ，w h i c hc o u l da c h i e v e1 s td i s c h a r g e i v 目录 s t a n d a r d t h et r e a t m e n tp e r f o r m a n c ef o rt ps h o w e dan e g a t i v ec o r r e l a t i o nw i t ht h e r u n n i n gt i m ea n dt h eh y d r a u l i cl o a d i n gr a t e ( 8 ) c e r a m s i t eu n i th a dg o o ds l u d g er e d u c t i o na n ds t a b i l i z a t i o np e r f o r m a n c e s a c c o r d i n gt ot h ep r e l i m i n a r yr e s u l t s ，t h ea m o u n to ft h ei n f l o ws l u d g e ，t h eo u t f l o w s l u d g ea n dt h es e d i m e n t a t i o ns l u d g ew e r e1 6 9 7 9 d ，2 5 0 9 da n d3 1 4 9 d ，s ot h e r e d u c t i o na m o u n tw a s11 3 3 9 d ，a n dt h es l u d g er e d u c t i o nr a t ew a s6 6 7 6 t h e a v e r a g eo r g a n i s md e c o m p o s i t i o nr a t ew a su pt o7 2 t h ea v e r a g ev s s s sv a l u eo f s e d i m e n t a t i o ns l u d g ew a s4 8 3 8 ，w h i c hw a sc l o s et ot h ev s s s so fe a r t h w o r m s e x c r e t a ( a b o u t3 8 ) ，w a sm u c hl o w e rt h a nt h ev s s s so ft h ei n f l o ws l u d g e ( a b o u t 6 8 8 6 、 ( 9 ) a f t e rm o r et h a n4m o n t h s t w o s t a g ee a r t h w o r mr a p i di n f i l t r a t i o nt r e a t m e n t s y s t e mc o u l dk e e pal o n g t e r ma n ds t a b l eo p e r a t i o n a ta h i g h e rh y d r a u l i cl o a d i n gr a t e a n dt h es y s t e mc o u l dr e s o l v et h ec l o gp r o b l e m ，a n di n c r e a s et h es e w a g et r e a t m e n t c a p a c i t yu n d e rt h ep r e c o n d i t i o no fe x c e l l e n tt r e a t m e n tp e r f o r m a n c e k e yw o r d s ：t w o - s t a g ee a r t h w o r mr a p i di n f i l t r a t i o n ，e a r t h w o r m s ，c e r a m s i t e s ，c i n d e r s ， c l o gp r o b l e m v 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：差山泛苎、 伊9 年乏月日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月日年 月日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名：娄峨、 枷侔孑月日 第1 章绪论 1 1 课题背景 1 1 1 我国水污染现状 第1 章绪论 随着工业化进程加快和城市化水平不断提高，水资源的过度开发和污染物 质的大量排放，导致了全球水资源严重缺乏和水环境不断恶化。水污染问题已 成为当今世界普遍面临的环境问题之一。 由于处于经济飞速发展阶段，目前我国水污染问题较为严重，污、废水排 放量逐年持续增加。2 0 0 6 年全国环境统计公报显示，2 0 0 6 年全国废水排放总量 为5 3 7 0 亿吨，比上年增长2 4 ；化学需氧量排放量为1 4 2 8 ，2 万吨，比上年增 长1 0 。我国近年废水及主要污染物排放量比较见表1 1 。 表1 1 我国近年废水及主要污染物排放量 泌 废承a。教薰(艺吨) c o d - t 披鼙( 万吨)簸氪排赦量( 万吨) , q - l + 娃乍活合计 + 牡i ：活舟i fl 惶l ：灞 2 0 0 11 3 292 0 2 ，62 3 0 31 4 0 ，l86 0 7 57 9 7 31 2 5 24 1 38 3 9 2 0 0 2，| 3 9 ，52 0 722 3 231 3 6 6 95 8 - 1 o 7 8 29 1 2 8 84 2 1 8 6 7 2 0 0 3 t 6 0o2 1 2 42 4 7 61 3 3 365 1 1 98 2 1 71 2 9 74 0 d8 9 3 2 0 0 1, i 8 212 2 1 12 6 1 31 3 3 9 25 0 978 2 9 51 3 3o4 229 08 2 0 0 55 2 4 52 4 3l 2 8 14 1 4 1 1 25 5 4 8 8 5 9 4 1 4 9 85 2 59 7 3 2 0 0 65 3 7o2 3 952 9 751 1 2 821 4 1 34 2 19 92 注；上表来源于国家环保总局公布的2 0 0 6 年全国环境统计公报。 近年来，随着城市化、工业化的加速，我国，尤其是工业发达的城市地区 有更多的水污染问题凸现出来。最为典型的有2 0 0 6 年底松花江发生重大水污染 事件；2 0 0 7 年5 月太湖由于水体富营养化严重，蓝藻大规模爆发( 图1 2 ) 造 成百万无锡市民生活饮用水困难，再次敲响了太湖生态环境恶化的警钟。 第1 章绪论 图1 1 太湖蓝藻大规模爆发 针对上述情况，我国政府加大了对水环境污染监管和治理的力度。十届人 大四次会议批准国民经济和社会发展第十一五个五年规划纲要，确定“十一 五”期间全国主要污染物排放总量减少1 0 。2 0 0 6 年8 月，国务院批复“十 一五”期间全国主要污染物质排放总量控制计划，到2 0 1 0 年，全国主要污染 物排放总量要比2 0 0 5 年减少1 0 ，化学需氧量由1 4 1 4 万吨减少到1 2 7 3 万吨。 各省( 自治区、直辖市) 排放总量控制指标均不得突破。 1 1 2 非点源分散型污水处理面临的问题与对策 为保障人民群众的身心健康，保证资源环境的可持续发展，我国政府已经 花费了巨大的资金建设城市水污染治理工程，但水环境污染问题并没有得到明 显改善。以太湖流域为例，多年来国家为治理太湖已经投入上百亿资金，但是 仍然没有让太湖流域近4 0 0 0 万居民看到记忆中的太湖水，这里面有很多错综复 杂的因素。现阶段，我国的水污染治理工程都集中建设在经济较为发达，市政 排水管网较为完善的城市地区，而经济较为落后、排水管网不完善的偏远地区、 小城镇或者农村地区产生的污水大多被直接排放或经化粪池简单处理后排放， 由此形成了大量的非点源污染对整个水环境造成严重影响。而且随着产业转移 加快，一些污染严重、技术含量低的工业企业转移到了监管相对薄弱的农村， 大量工业污染直接沿着河网排放，使我国对工业污染的控制更加困难。另一方 面，随着城市化进程的加快，很多农村地区改旱厕为水厕，这些分散排放的生 活污染源，成为当地河流、湖泊中污染物质的重要来源，最终造成水体富营养 化程度加剧。太湖蓝藻爆发就是其中最典型的例子之一l i 5 j 。 非点源分散型污染源的处理面临以下诸多问题： 2 第1 章绪论 ( 1 ) 单个污染源的污水量少，位置分散 经济相对落后的偏远地区、小城镇及农村地区，人口分布不集中，一般以 组团式分布，每一组团对应于一个乡镇。镇与镇之间距离较远，单个污染源一 般水量较小，位置分散，距离城区主干污水收集系统较远。若采用污水集中处 理模式，需要大量建设市政排水系统，工程难度大，造价高，这项投资将比整 个污水处理厂的总投资高出一个数量级。此外管道修复费用也非常昂贵。 ( 2 ) 小型污水处理厂运营困难 落后地区污水处理设施的建设严重滞后于污水量的增长，有时还会出现已 建好的污水处理厂“有厂无网、有厂无水”的现象。由于大多数小城镇、农村 地区的经济发展水平相对偏低( 人均收入仅为中心城区的1 2 ) ，污水处理厂建 设资金和运行经费短缺，已建成的城镇污水厂容易由于运行费用太高而无法正 常运转。 ( 3 ) 缺乏适宜的污水处理工艺 小城镇及农村地区与大城市相比，不仅经济实力较弱，而且技术和管理水 平较低，因此选择污水处理工艺时，必须考虑当地资源情况，因地制宜，选择 工程造价低，运行能耗低，管理简单的工艺。实际上，目前我国小城镇己建成 的污水厂，在设计时并未根据小城镇的特点选择适宜的处理工艺，从而造成许 多污水厂在建成后，往往由于多种原因而不能正常运行。 ( 4 ) 污泥的处理与处置成为普遍性难题 随着我国污水处理事业的发展，污水处理过程中产生的污泥量正在日益增 加。据统计，目前我国城市污水处理厂每年排放干污泥约2 0 万吨，以湿污泥计 约3 8 0 万5 5 0 万吨，并以每年2 0 的速度递增。虽然城镇污水处理厂产生的 污泥体积仅约为处理水体积的o 3 o 5 6 1 左右，但污泥处理设施的投资却占到 总投资的3 0 4 0 ，甚至超过5 0 。因此，无论从污染物净化的完善程度， 还是从废水处理技术开发中的重要性及投资比例来看，污泥处理都占有十分重 要的地位。 由此可见，在选择适合我国小城镇、农村地区实际发展状况的污水处理工 艺时，必须体现因地制宜，协调发展的生态型特色，满足以下要求： ( 1 ) 治理设施( 包括收集系统在内) 流程少，基建、运行费用省，能耗低， 适合当地经济发展水平和已有设施的实际状况。 ( 2 ) 处理工艺应具有较强的冲击负荷适应能力，适应水质、水量波动，运行 第1 章绪论 效果稳定。 ( 3 ) 处理工艺简单易行，运行、管理方便，能利用当地的技术和管理力量正 常运行。 ( 4 ) 处理工艺相对独立，适宜就近分散处理，且组合灵活，能根据各地区不 同的污水排放要求，进行简单调整运行参数或者处理单元优化组合，最终保证 处理水达标排放。 ( 5 ) 能因地制宜，充分利用当地自然条件，如利用天然荒地、洼地等。 ( 6 ) 污泥产量少，稳定程度高，无需后续复杂的污泥处置工序。 1 2 生态型就地污水处理工艺 1 2 1 人工快速渗滤系统 土地处理系统是一种污水处理的生态工程技术，其原理是通过农田、林地、 苇地等土壤植物系统的生物、化学、物理等固定与降解作用，净化污水中 的污染物，并对污水及氮、磷等资源加以利用。根据处理目标、处理对象的不 同，土地处理系统可分为快速渗滤、慢速渗滤、地表漫流、地下渗滤、湿地系 统五种类型 7 1 1 】。 土地处理系统作为一种投资少、运行费用低、管理操作简便以及污水处理 与农业灌溉相结合的现代污水处理技术在许多国家得到了运用和发展，如美国、 澳大利亚、加拿大等【1 2 ：3 。但同时它也存在着处理能力低、需要土地面积广、 对土壤质地要求较高、易引发土壤退化等众多缺点，限制了其广泛推广应用的 可能性。 中国地质大学( 北京) 钟佐粲教授等人提出了采用渗透性能较好的天然砂等 代替天然土层的人工快速渗滤污水处理系统( 简称c r t 系统) 1 4 , 1 5 】，它是在传 统系统基础上发展起来的一种崭新污水土地处理系统。其核心是采用渗透性 能较好的天然河砂、陶粒、煤矸石等为主要渗滤介质代替天然土层，从而大大 提高了水力负荷( 1 3 m d ，宜在1 5 m d 左右) ，并解决了传统土地处理对土壤性 质，地质条件有选择性的地区限制问题。目前国内已有大量的c r i 系统试验研 究和示范工程，如河北涿州现场试验、北京官厅水库现场试验、深圳茅洲河现 4 第1 章绪论 场试验、东莞华兴污水处理工程、深圳丰泽湖山庄污水处理工程、深圳白花洞 村污水处理工程和深圳观澜高尔夫污水处理工程等。 但是，c r i 系统仍然存在很多问题：该系统虽然在一定程度上提高了水力负 荷，提高了污水处理能力，但同时系统的出水水质也随之变差，并且系统易堵 塞，增加了日常运行过程中维护管理的困难，其运行稳定性低于传统土地处理 工艺。从目前研究的情况来看，如何平衡水力负荷、出水水质和系统堵塞三者 的关系是该系统发展的关键所在。 1 2 2 人工湿地系统 湿地( w e t l a n d ) 是分布于陆生生态系统和水生生态系统之间具有独特水文、 土壤、植被和生物特征的生态系统【1 6 l 。目前，最广为接受的是湿地公约( r a m s a r ) 中的定义，即湿地系指天然的或人工的，长久或暂时性的沼泽地、泥炭地或水 域地带，带有或静止或流动，或为淡水、半咸水、咸水水体者，包括低潮时水 深不超过6 m 的海域i l ”。它具有“自然之肾”的美称，在调节气候、涵养水源、 蓄洪防旱、控制土壤侵蚀，促淤造陆、净化环境、维持生物多样性和生态平衡 等方面具有十分重要的作用。 人工湿地是根据天然湿地生态系统的物理、化学和生物共同作用净化污水 的原理，通过人工建造和管理控制来强化其净化能力的污水处理技术 1 9 , 2 0 1 。在 设计和建造过程中，可以选择和搭配进、出水方式、填料及植物等方面来优化 人工湿地系统中的物理、化学和生物作用，进而强化其水质净化效果2 1 , 2 2 1 。由 于其生态效应、景观效应、经济效应显著，人工湿地系统在国内外城市污水处 理中受到越来越多的重视田j 。 人工湿地具有出水水质好，运行成本低，管理方便，抗有机负荷冲击能力 强，应用灵活等优点，适合在一些地形、地质条件适宜的小城镇、农村地区推 广应用。但是它占地面积大，设计运行不当易滋生蚊蝇，传播疾病，有不良气 味，影响环境美观、卫生。 1 2 3 蚯蚓生物滤池 蚯蚓生物滤池( e a r t h w o r mb i o f i l t e r ) ，是在污水生物反应器中引入蚯蚓等物 种，延长和扩展了反应器中原有食物链的一种新型生物滤池口抛刀1 ( 图) 。系统 第1 章绪论 中微生物以污水中的胶体态和溶解性有机物为食料。蚯蚓则生长在滤料表层 0 5 - 2 0 e m 之间，以污水中悬浮物和生物污泥为食料，蚯蚓在觅食过程中，不断 地翻动滤料及上层滤床截留污泥，从而提高滤床复氧效率，并避免堵塞。并且 蚯蚓肠道对微生物的群体结构及生物活性具有调节作用，提高生长快的微生物 种群的繁殖速度及其呼吸代谢活性【2 8 1 ，在一定程度上强化微生物降解有机物的 作用。所以，该工艺通过微生物和蚯蚓的协同共生作用，最终使污水得以净化， 并形成以蚯蚓粪为主的少量稳定污泥，同步实现污泥的减量化与稳定化。 布水器 k x j l 姒x x j 、? 父x j 泛x k x7x 弹性绢 荔藏嚣 、蚯 石英砂滤料 陶粒 图1 2 蚯蚓生物滤池中试装置 蚯蚓生物滤池是上世纪末在法国和智利发展起来的，世界上第一座用于污 水处理的蚯蚓生物滤池于1 9 9 5 年由法国农业科学院土壤动物生态学家m a r c e l b o u c h e 建立。随后，同济大学于1 9 9 7 年引进这项技术，在上海曲阳水质净化 厂进行了实际运行研究，并在继承国外技术及国内试验的基础上，自主创新开 发出新式蚯蚓生物滤池处理工艺。 同济大学在曲阳厂的试验结果表明，蚯蚓生态滤池的c o d 去除率高达8 3 8 8 ，b o d 5 去除率高达9 1 9 6 ，s s 去除率高达8 5 9 - 2 ，氨氮去除率也达到 5 5 6 5 。可见该系统处理生活污水具有一定的优越性1 2 9 j ，其有机物去除效率 与活性污泥法相当，并且氨氮去除率大幅度超过了活性污泥法。表1 2 列出了蚯 蚓生物滤池与曲阳厂活性污泥法工艺在处理效果方面的比较。 6 第1 章绪论 表1 2 蚯蚓生态滤池和活性污泥法污水处理效率的比较 生态滤池8 1 89 1 9 61 0 2 5 8 5 9 21 2 2 55 5 6 5 活冀! j ! 亍泥 1 0 3 09 0 9 52 0 3 08 0 9 02 4 4 5 1 0 2 0 弦 在上述试验中，污水经过简单的沉淀预处理后，直接进入蚯蚓生态滤池进 行最后的生物处理，其流程非常简单、易行，且能耗很低。但同时也具有以下 几方面局限性： ( 1 ) 污水在收集过程中，在管道系统中停留了较长时间，使其部分发生了厌 氧反应，产生的毒性对蚯蚓的生长不利。 ( 2 ) 处理能力不高，系统水力负荷最高约为2 0 m d ，占地面积仍然较大。 ( 3 ) 进水中固体悬浮物质不能在蚯蚓滤床中有效降解，易造成滤池堵塞，平 均2 个月就须人工清洗滤池一次，管理维护较为麻烦。 针对上述问题，同济大学自主创新研究出“厌氧水解一高负荷生物滤池和 蚯蚓生态滤池”组合工艺( 图1 3 ) ，进一步提高了水力负荷( 最高可达6 0 m d ) ， 改善了出水水质，除n 心一n 、t p 、t n 等指标达到城市污水处理厂污染物排放 标准( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 二级排放标准外，其余指标均可达一级标准。 图1 3 厌氧水解一高负荷生物滤池和蚯蚓生态滤池组合处理工艺 虽然从总体上看，该系统对比常规生物处理工艺仍具有“三低二少一高” 7 第1 章绪论 的技术特色，即工程造价低、运行费用低、管理要求低、占地面积少、二次污 染少以及资源化程度高，更适合作为我国中小城镇等欠发达地区的污水处理工 艺。但是由于组合工艺增加了水解酸化池和高负荷生物滤池两个单元，使得系 统处理流程趋于复杂，基建费用及运行能耗都有所升高，并且增加了维护管理 上的技术难度。从而限制了此工艺应用于我国广大非点源分散型水污染处理的 普遍适用性，如一些经济落后，管理技术人员匮乏的偏远地区，农村地区等等。 1 3 蚯蚓强化快速渗滤系统 1 3 1 研究目标及意义 本课题基于我国经济、社会的基本国情，主要针对非点源分散型污染源广 泛存在及治理困难的问题，研究一种具有效率优势、经济优势、生态优势的就 地污水处理工艺，以缓解或者在一定程度上解决现阶段我国水污染治理中所面 临的难题( 如1 1 i 及1 1 2 所述) 。 本课题在污水就地处理技术当前发展现状的基础上，以系统处理流程少、 基建费用及运行能耗低、管理维护简单、占地面积省、污泥产量少、生态资源 化程度高为目标，研究更符合我国非点源分散型水污染特点的污水处理工艺， 减少工艺应用、推广上的局限性，从而在扩展并发展我国污水处理技术的同时， 提高我国广大偏远地区、小城镇及农村地区的污水处理率，缓解我国整体水环 境污染问题，具有较为重要的理论意义与实际应用价值。 1 3 2 关键技术及创新点 课题所研究的工艺蚯蚓强化快速渗滤系统，是介于污水土地处理技术 与生物滤池工艺之间的一种新型污水处理工艺，它继承传统土地处理成本低廉， 基建投资省，运行费用低，运行管理简便，节约能源等众多优点，并在此基础 上通过人工强化措施，加入生物滤池的技术元素，从而解决原系统所具有的地 域限制性、处理能力低和运行中的堵塞问题。 从本质上讲，蚯蚓强化快速渗滤系统是1 2 小节中所提到的人工快速渗滤 系统和蚯蚓生物滤池的复合体。本系统的关键技术及创新点主要