污水人工快速渗滤处理技术

1、污水人工快速渗滤处理技术 快速渗滤系统(Rapid Infiltration System,简称RI系统)是污水土地处理系统的一种。传统的RI系统占地面积大，水力负荷低，最高的日水力负荷也仅0.03m，这是由于传统的RI系统主要是利用天然的砂土地进行渗滤，场地土层不均一而使得水力负荷无法提高1。为此，中国地质大学(北京)近年来致力于人工快速渗滤系统(Constructed Rapid Infiltration System, 简称CRI系统)的研究，到目前已成功地从试验研究转向实际工程应用，并首先在我国南方地区开始推广应用，这一技术目前国外尚未见有研究报导，属于国内首次开发。CRI系统的渗滤池

2、为人工填充的具有一定级配的天然河砂，并掺入一定量的特殊填料，以保证既有较高的水力负荷，又能满足出水的处理要求。CRI系统是利用快渗池内的人工介质和特殊填料进行的过滤、吸附以及微生物的降解等多种作用的相互结合，使废水中的有机物进行分解去除，从而达到水质净化目的的一种生态学处理方法，它适用于河流污水资源化和生活污水处理。CRI系统不仅具有操作简单、运行管理方便、低能耗、低投资和低运行管理费用等优点，同时也有水力负荷高和出水水质好等特点2。 1CRI系统工艺流程 CRI系统的工艺流程如下图所示： 预沉池的功能主要是降低污水中的SS，以便提高渗池的渗滤速度，防止堵塞。污水通过渗池的过程中产生综合的物理

3、、化学和生物反应使污染物得以去除，其中主要是生物化学反应，使有机污染物通过生物降解而去除。地下集水系统的功能是收集净化水，净化水进入清水池贮存供回用。快速渗滤法的主体是快速渗滤池，该系统由至少两个装填有一定厚度砂石填料滤池组成，采用干湿交替的运转方式，通过滤池内的好氧、厌氧及兼氧性微生物降解污染物。落干期渗池大部分为好氧环境，淹水期渗池为厌氧环境，所以渗池内经常是好氧和厌氧相互交替，有利于微生物发挥综合处理作用，去除有机物。就氮的去除而言，落干时产生铵化和硝化作用，淹水期产生反硝化作用，氮通过上述转化过程而被去除；悬浮固体经过过滤去除；重金属经吸附和沉淀去除；磷经吸附和与渗池内的特殊填料形成羟

4、基磷酸钙沉淀而去除；病原体经过滤、吸附、干燥、辐射和吞噬而去除；有机物经挥发、生物和化学降解等作用而分别被去除3。2CRI系统处理效果 河北涿洲的现场小型试验证明，CRI系统的日水力负荷可达2m以上，出水质量达到或优于二级处理出水标准，CODcr一般在50mg/L以下，最低小于20mg/L，BOD5一般在20mg/L以下4；深圳三棵竹和东莞华兴电器有限公司的现场试验和实际工程的应用证明，对于河流污水日水力负荷可达1.5m3/(m2d)以上，对于生活污水日水力负荷可达1m3/(m2d)以上，出水质量达到或优于二级处理出水标准，CODcr一般在40mg/L以下，最低小于20mg/L，BOD5一般在

5、10mg/L以下5；对茅洲河水的研究结果表明，在1.5 m/d的水力负荷条件下，CRI系统对SS、CODcr、BOD5、NH3-N、和TP的平均去除率分别为89.51%、77.82%、85.33%、98.28%和60.19%，处理出水中SS、CODcr、BOD5、NH3-N和TP的平均浓度分别为2.5 mg/L、15.7 mg/L、2.89 mg/L、0.32 mg/L、和0.86 mg/L，处理出水SS、CODcr、BOD5、NH3-N和TPS均达到了污水综合排放标准(GB8978-1996)、城镇二级污水处理厂一级排放标准、生活杂用水水质标准(CJ25.1-89)和再生水回用于景观水体的水

6、质标准(GB3838-2002)的类水质标准，可以作为饮用水源水6。3CRI系统的优势(1) 建设成本低，运行费用更低 CRI系统中占建设成本最大的投资为填料，主要为河沙。一般地，每吨水处理建设成本约为8001000元人民币；如果能做到污水自流，不需要提升，则运行成本低于0.2元人民币/吨。(2) 抗冲击负荷强，系统稳定性好 CRI系统1m3的体积可以处理2吨以上河流污水，是一般传统人工湿地系统处理效率的6倍，COD负荷范围可以在100900mg/L，系统仍能稳定运行。(3) 应急处理和深度处理可以有机结合，出水效果好，不造成投资浪费CRI系统中通过调整水力负荷，可以处理不同的水量，水力负荷在

7、一定范围内变化，对出水效果影响较小。水力负荷的大小，与选择滤料的级配有关，因此通过不同级配的滤料选择，可以调整不同的水力负荷，达到不同的处理效果。对于深度处理，降低水力负荷，出水优于二级处理，而且除磷效果佳，也有一定除氮功能，只要部分更换滤料即可达到深度处理，其它设施可以不作任何变动，不造成投资浪费，做到应急与深度处理有机结合7。(4) 不造成二次污染，不对污泥作任何处理 CRI系统不需投加药剂，主要通过生化作用处理污水，不造成二次污染；污泥在填料中由细菌消化，不产生污泥。也不需要对系统进行反冲洗，主要通过特殊滤料进行。(5) 占地面积相对不大 CRI系统滤层最佳深度为2m左右，1m3的体积可

8、以处理2 m3以上污水，10万m3污水需占地约5万m2，大大小于传统人工湿地，与一般的二级污水处理工艺的占地要求相当。4CRI系统的应用前景 我国是一个人均水资源占有量匮乏的国家，地表水体的生态环境严重恶化，许多地区和城市严重缺水。我国水污染严重和水资源短缺已经成为制约我国经济发展，危害生态环境，影响人民生活和身体健康的突出问题8。因此因地制宜采用分散和集中相结合的污水处理技术，进行污水处理无害化、资源化是很有必要的。近年我国政府将投入巨资进行河流水污染治理，以深圳市为例，将投入70亿资金治理深圳辖区内的7条河流，在近期又将增加25亿元进行珠江水系专项治理。三峡库区水污染治理、北京水系规划、上

9、海水环境治理、南水北调工程水环境综合整治等计划都在实施中，CRI系统凭借其经济有效的处理优势，在河流水污染治理领域有广泛的应用前景。此外，我国村镇级生活污水治理问题也成为我国环境保护的重要内容，我国农村人口众多，经济综合实力差，低建设成本、易于管理的污水处理技术，是村镇污水处理的主要模式，CRI系统正好顺应了我国村镇污水处理的基本国情，必将在该领域发挥重要作用。因此，CRI技术在河流污水资源化和城镇生活污水处理方面具有重要的经济效益、环境效益和社会效益。污水消毒标准及紫外线消毒技术应用1 城市污水消毒的必要性 2002年11月，某些国家及地区爆发了非典型性肺炎，这一疫情的元凶-冠状病毒的广泛传

10、播和顽强存活的能力，使人们意识到消毒的重要性，尤其是污水处理厂的尾水消毒，成为防止疫情扩散的重要防线。 2003年5月4日，国家环境保护总局要求城镇污水处理厂出水应结合实际采取加氯或紫外线、臭氧等消毒灭菌处理，出水水质粪大肠菌群数小于 10000个L。由此可见污水处理厂尾水消毒的必要性和紧迫性。 为了保护人类的生命健康，保护好水环境，世界许多国家和地区(北美、欧盟、日本、韩国、台湾等)都要求对城市污水在排放前进行消毒处理。我国国家环境保护总局和国家质量监督检验检疫总局于 2002年12月24日颁布的城镇污水处理厂污染物排放标准(GB l8918-2002)中首次将微生物指标列为基本控制指标，要

11、求城市污水必须进行消毒处理，从而使污水处理标准的病理指标与国际接轨。 2 城市污水消毒标准 许多国家和地区在对城市污水要求消毒的同时，也制定了相应的消毒指标。美国的污水排放标准一般是由国家环保局(EPA)制定出指导性原则，再由各州制定出自己的排放标准，向本州的污水处理厂发放国家污染物清除系统(NPDES)排放许可证，证上规定各个污水处理厂的详细排放指标。该许可证及监测数据最后汇总到美国环保局监控管理，不能达标的污水处理厂将被课以罚金。该执行管理体系是世界上最为严格的，从而保证了标准的严格实施和执行。目前美国大部分州对经过二级生化处理后的污水出水的消毒指标为粪大肠菌群不超过200个100 mL，

12、极个别州的标准为粪大肠菌群不超过400个100 mL或1000个100 mL。在污水再生处理方面，美国大部分州采用于美国加州的消毒标准，即加利福尼亚第22号条例，该标准对非限制性使用的回用水的消毒标准为总大肠菌群不超过22个100 mL。加拿大的污水排放消毒指标与美国类似。欧盟国家的污水排放标准主要受浴场水指导准则(Bathing Water Directives)约束，现行标准为受纳水体中的总大肠菌群不超过10000个100 mL，且粪大肠菌群不超过2 000个100mL，目前欧盟正在对这一标准进行修改，预计新标准中的粪大肠菌群数将修订为不超过1000个100mL。 我国的城镇污水处理厂污染

13、物排放标准 (GBl8918-2002)将粪大肠菌群列为基本控制项目。该标准规定执行二级标准和一级B类标准的污水处理厂粪大肠菌群最高允许排放浓度不超过 10000个L(即1000个100 mL)，执行一级A类标准的不超过1000个L(即100个100 mL)。 部分国家和地区所采取的标准归纳见表1。 3 紫外线污水消毒技术的历史和现状 给排水消毒方法可分为两大类，即化学消毒法和物理消毒法。化学消毒法有加氯消毒和臭氧消毒等；物理消毒法有紫外线消毒等。化学消毒法一般都会产生消毒副产物，而紫外线消毒是唯一不会产生消毒副产物的方法，不会造成二次污染问题。 表1 部分国家和地区尾水消毒指标 国家或地区

14、指标值* 标 准美国国家环保局(EPA)200个100mL二级生化处理后的出水美国 加利福尼亚第22号条例总大肠菌群数 21个lOOmL 非限制性使用的回用水 欧盟 2000个100mL浴场水指导准则 (Bathing Water Directives)SPAN 日本指针总大肠菌群数 1000个mL水污染环境质量标准二级标准，渔业一级标准 中国(GBl89182002)10000个几 1000个/L10000个L二级标准 一级标准A类一级标准B类 中国(GB89781996) 5000个L1000个L500/L1000个/L500个L100个L医院、兽医院及医疗机构含病 原体污水；三级标准 医

15、院、兽医院及医疗机构含病原体污水；二级标准医院、兽医院及医疗机构含病 原体污水；一级标准传染病、结核病医院；三级标准传染病、结核病医院；二级标准传染病、结核病医院；一级标准上海市地方标准 (DB311991997)3000个L 10000个L黄浦江上游水源保护区 黄浦江上游准水源保护区中国再生水用作冷却水 的水质控制标准(GB503352002) 2000个L 再生水用作冷却水中国城市污水再生利用 城市杂用水水质(GBl89202002)总大肠菌群数 3个/L城市污水再生用作杂用水 中国城市污水再生利用景观环境用水水质(GBl89212002) 10000个L2000个L500个/L不得检出观

16、赏性景观环境用水 河道、湖泊类 观赏性景观环境用水 水景类娱乐性景观环境用水 河道、湖泊类娱乐性景观环境用水 水景类 注：* 除注明外均为粪大肠菌群数。 早在1878年人类就发现了太阳光中的紫外线具有杀菌消毒作用。1901年和1906年人类先后发明了水银光弧这一人造紫外光源和传递紫外光性能较好的石英材质灯管，法国马赛一家自来水厂很快在1910年首次使用紫外线消毒工艺。人类对紫外线消毒技术在城市污水处理中的应用则始于20世纪60年代中叶，并于70年代到80年代初对紫外线消毒在城市污水处理中的应用进行了大量早期的研究，这主要是由于当时人们已认识到被广泛使用的加氯消毒工艺中的余氯对受纳水体中的鱼类等

17、生物有毒，而且发现并确认了氯消毒等化学消毒方法会产生如三卤甲烷(THMs)等致癌、致基因畸变的副产物。这些发现促使人类寻求一种更好的消毒方法。 加拿大安大略省水资源委员会于1965年和 1969年对紫外线消毒技术应用于城市污水处理以及对受纳水体的影响进行了研究和评估(1)。其他加拿大研究人员对紫外线消毒的效果、技术可行性、影响效果的水质因素、对受纳水体中鱼类的影响、消毒副产物以及与加氯消毒技术经济比较进行了大量先驱性的研究工作(27)。这些研究结果表明，紫外线污水消毒技术可行，可达到和加氯相同甚至更好的消毒效果，对受纳水体中生物无毒副作用，不产生消毒副产物。以上研究为推动紫外线消毒在城市污水处

18、理中的应用奠定了基础。 1982年加拿大某公司发明了世界上第一套明渠式安装的紫外线消毒系统2000，并引进了模块化紫外线消毒系统概念，即紫外线系统可由若干独立的紫外灯模块组成，且水流靠重力流动，不需要泵、管道以及阀门。系统维护可对单个模块进行，且紫外灯模块可轻易地从明渠中直接取出进行维护检修，维护时系统无需停机，可继续运行消毒，因而无需备用设备，如果需要对明渠进行清理也很方便。模块化明渠式消毒装置大大降低了紫外线污水消毒的成本并使得系统维护简单方便。同时，当污水处理厂在扩建或改造时，只需适当增加紫外灯模块的数量，而无需添购整套系统，可以节省设备投资，使用起来非常灵活。这一发明得到了污水处理厂的

19、欢迎，大大推动了紫外线消毒技术在城市污水消毒处理中的应用。目前在世界各地已经有3000多家城市污水处理厂安装使用了紫外线污水消毒系统，其中95以上的系统采用了明渠式模块化紫外线系统的创意。这些污水消毒系统规模小的每天处理几千m3，大的每天处理上百万m3。 在亚洲，1999年香港石湖墟污水处理厂投入运行，该厂规模24万m3d，消毒后粪大肠杆菌小于 1000个100mL。20002003年间，陆续有深圳市龙岗大工业区污水处理厂(56万m3d)、上海长桥污水处理厂(22万m3d)、上海松江北区污水处理厂 (8万m3d)、无锡新区污水处理厂(3万m3d)、苏州新区第二污水处理厂(4万m3d)和上海龙华

20、污水处理厂(105万m3d)等采用紫外线消毒系统。 4 应用实例 紫外线污水消毒技术如今已被广泛应用于各类城市污水的消毒处理中，包括低质污水、常规二级生化处理后的污水、合流管道溢流废水和再生水的消毒。低质污水的消毒，即只经过一级处理或一级强化处理的污水，其特点是高TSS(50150nagL)和低紫外穿透率(525)，这类污水如果使用化学消毒工艺，将会产生大量的三致副产物。目前美国夏威夷沙岛污水处理厂是世界上最大的采用紫外线对低质污水消毒的城市污水处理厂，处理规模为56万 m3d，采用了明渠式中压灯消毒系统。常规二级生化处理后的污水消毒，是紫外线污水消毒应用最为普遍的领域。这类污水TSS一般在1030 mgl 紫外穿透率在4070。目前正在建造的美国 Valley Creek污水处理厂建成后可消毒227万m3d 污水，将成为世界上最大的紫外线污水消毒系统，该系统为明渠式中压灯消毒系统。合流管道溢流污水用紫外线消毒，不仅消毒效果好，而且比加氯消毒在剂量控制上更为可靠和容易。这类污水的特点是水质可以在短时间内有很大幅度的变化，例如TSS可在10100 mgL间，紫外穿透率可在570间变化。美国Village Creek污水处理厂采用了紫外线消毒技术每天可对136万m3 CSO污水进行消毒。该紫外线消毒系统是目前世界