污水人工快速滲濾處理技術(shù)

1、污水人工快速滲濾處理技術(shù) 快速滲濾系統(tǒng)(Rapid Infiltration System,簡稱RI系統(tǒng))是污水土地處理系統(tǒng)的一種。傳統(tǒng)的RI系統(tǒng)占地面積大，水力負(fù)荷低，最高的日水力負(fù)荷也僅0.03m，這是由于傳統(tǒng)的RI系統(tǒng)主要是利用天然的砂土地進(jìn)行滲濾，場地土層不均一而使得水力負(fù)荷無法提高1。為此，中國地質(zhì)大學(xué)(北京)近年來致力于人工快速滲濾系統(tǒng)(Constructed Rapid Infiltration System, 簡稱CRI系統(tǒng))的研究，到目前已成功地從試驗(yàn)研究轉(zhuǎn)向?qū)嶋H工程應(yīng)用，并首先在我國南方地區(qū)開始推廣應(yīng)用，這一技術(shù)目前國外尚未見有研究報(bào)導(dǎo)，屬于國內(nèi)首次開發(fā)。CRI系統(tǒng)的滲濾池

2、為人工填充的具有一定級(jí)配的天然河砂，并摻入一定量的特殊填料，以保證既有較高的水力負(fù)荷，又能滿足出水的處理要求。CRI系統(tǒng)是利用快滲池內(nèi)的人工介質(zhì)和特殊填料進(jìn)行的過濾、吸附以及微生物的降解等多種作用的相互結(jié)合，使廢水中的有機(jī)物進(jìn)行分解去除，從而達(dá)到水質(zhì)凈化目的的一種生態(tài)學(xué)處理方法，它適用于河流污水資源化和生活污水處理。CRI系統(tǒng)不僅具有操作簡單、運(yùn)行管理方便、低能耗、低投資和低運(yùn)行管理費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也有水力負(fù)荷高和出水水質(zhì)好等特點(diǎn)2。 1CRI系統(tǒng)工藝流程 CRI系統(tǒng)的工藝流程如下圖所示： 預(yù)沉池的功能主要是降低污水中的SS，以便提高滲池的滲濾速度，防止堵塞。污水通過滲池的過程中產(chǎn)生綜合的物理

3、、化學(xué)和生物反應(yīng)使污染物得以去除，其中主要是生物化學(xué)反應(yīng)，使有機(jī)污染物通過生物降解而去除。地下集水系統(tǒng)的功能是收集凈化水，凈化水進(jìn)入清水池貯存供回用?？焖贊B濾法的主體是快速滲濾池，該系統(tǒng)由至少兩個(gè)裝填有一定厚度砂石填料濾池組成，采用干濕交替的運(yùn)轉(zhuǎn)方式，通過濾池內(nèi)的好氧、厭氧及兼氧性微生物降解污染物。落干期滲池大部分為好氧環(huán)境，淹水期滲池為厭氧環(huán)境，所以滲池內(nèi)經(jīng)常是好氧和厭氧相互交替，有利于微生物發(fā)揮綜合處理作用，去除有機(jī)物。就氮的去除而言，落干時(shí)產(chǎn)生銨化和硝化作用，淹水期產(chǎn)生反硝化作用，氮通過上述轉(zhuǎn)化過程而被去除；懸浮固體經(jīng)過過濾去除；重金屬經(jīng)吸附和沉淀去除；磷經(jīng)吸附和與滲池內(nèi)的特殊填料形成羥

4、基磷酸鈣沉淀而去除；病原體經(jīng)過濾、吸附、干燥、輻射和吞噬而去除；有機(jī)物經(jīng)揮發(fā)、生物和化學(xué)降解等作用而分別被去除3。2CRI系統(tǒng)處理效果 河北涿洲的現(xiàn)場小型試驗(yàn)證明，CRI系統(tǒng)的日水力負(fù)荷可達(dá)2m以上，出水質(zhì)量達(dá)到或優(yōu)于二級(jí)處理出水標(biāo)準(zhǔn)，CODcr一般在50mg/L以下，最低小于20mg/L，BOD5一般在20mg/L以下4；深圳三棵竹和東莞華興電器有限公司的現(xiàn)場試驗(yàn)和實(shí)際工程的應(yīng)用證明，對于河流污水日水力負(fù)荷可達(dá)1.5m3/(m2d)以上，對于生活污水日水力負(fù)荷可達(dá)1m3/(m2d)以上，出水質(zhì)量達(dá)到或優(yōu)于二級(jí)處理出水標(biāo)準(zhǔn)，CODcr一般在40mg/L以下，最低小于20mg/L，BOD5一般在

5、10mg/L以下5；對茅洲河水的研究結(jié)果表明，在1.5 m/d的水力負(fù)荷條件下，CRI系統(tǒng)對SS、CODcr、BOD5、NH3-N、和TP的平均去除率分別為89.51%、77.82%、85.33%、98.28%和60.19%，處理出水中SS、CODcr、BOD5、NH3-N和TP的平均濃度分別為2.5 mg/L、15.7 mg/L、2.89 mg/L、0.32 mg/L、和0.86 mg/L，處理出水SS、CODcr、BOD5、NH3-N和TPS均達(dá)到了污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-1996)、城鎮(zhèn)二級(jí)污水處理廠一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)、生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(CJ25.1-89)和再生水回用于景觀水體的水

6、質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)的類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可以作為飲用水源水6。3CRI系統(tǒng)的優(yōu)勢(1) 建設(shè)成本低，運(yùn)行費(fèi)用更低 CRI系統(tǒng)中占建設(shè)成本最大的投資為填料，主要為河沙。一般地，每噸水處理建設(shè)成本約為8001000元人民幣；如果能做到污水自流，不需要提升，則運(yùn)行成本低于0.2元人民幣/噸。(2) 抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)，系統(tǒng)穩(wěn)定性好 CRI系統(tǒng)1m3的體積可以處理2噸以上河流污水，是一般傳統(tǒng)人工濕地系統(tǒng)處理效率的6倍，COD負(fù)荷范圍可以在100900mg/L，系統(tǒng)仍能穩(wěn)定運(yùn)行。(3) 應(yīng)急處理和深度處理可以有機(jī)結(jié)合，出水效果好，不造成投資浪費(fèi)CRI系統(tǒng)中通過調(diào)整水力負(fù)荷，可以處理不同的水量，水力負(fù)荷在

7、一定范圍內(nèi)變化，對出水效果影響較小。水力負(fù)荷的大小，與選擇濾料的級(jí)配有關(guān)，因此通過不同級(jí)配的濾料選擇，可以調(diào)整不同的水力負(fù)荷，達(dá)到不同的處理效果。對于深度處理，降低水力負(fù)荷，出水優(yōu)于二級(jí)處理，而且除磷效果佳，也有一定除氮功能，只要部分更換濾料即可達(dá)到深度處理，其它設(shè)施可以不作任何變動(dòng)，不造成投資浪費(fèi)，做到應(yīng)急與深度處理有機(jī)結(jié)合7。(4) 不造成二次污染，不對污泥作任何處理 CRI系統(tǒng)不需投加藥劑，主要通過生化作用處理污水，不造成二次污染；污泥在填料中由細(xì)菌消化，不產(chǎn)生污泥。也不需要對系統(tǒng)進(jìn)行反沖洗，主要通過特殊濾料進(jìn)行。(5) 占地面積相對不大 CRI系統(tǒng)濾層最佳深度為2m左右，1m3的體積可

8、以處理2 m3以上污水，10萬m3污水需占地約5萬m2，大大小于傳統(tǒng)人工濕地，與一般的二級(jí)污水處理工藝的占地要求相當(dāng)。4CRI系統(tǒng)的應(yīng)用前景 我國是一個(gè)人均水資源占有量匱乏的國家，地表水體的生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重惡化，許多地區(qū)和城市嚴(yán)重缺水。我國水污染嚴(yán)重和水資源短缺已經(jīng)成為制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，危害生態(tài)環(huán)境，影響人民生活和身體健康的突出問題8。因此因地制宜采用分散和集中相結(jié)合的污水處理技術(shù)，進(jìn)行污水處理無害化、資源化是很有必要的。近年我國政府將投入巨資進(jìn)行河流水污染治理，以深圳市為例，將投入70億資金治理深圳轄區(qū)內(nèi)的7條河流，在近期又將增加25億元進(jìn)行珠江水系專項(xiàng)治理。三峽庫區(qū)水污染治理、北京水系規(guī)劃、上

9、海水環(huán)境治理、南水北調(diào)工程水環(huán)境綜合整治等計(jì)劃都在實(shí)施中，CRI系統(tǒng)憑借其經(jīng)濟(jì)有效的處理優(yōu)勢，在河流水污染治理領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。此外，我國村鎮(zhèn)級(jí)生活污水治理問題也成為我國環(huán)境保護(hù)的重要內(nèi)容，我國農(nóng)村人口眾多，經(jīng)濟(jì)綜合實(shí)力差，低建設(shè)成本、易于管理的污水處理技術(shù)，是村鎮(zhèn)污水處理的主要模式，CRI系統(tǒng)正好順應(yīng)了我國村鎮(zhèn)污水處理的基本國情，必將在該領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。因此，CRI技術(shù)在河流污水資源化和城鎮(zhèn)生活污水處理方面具有重要的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。污水消毒標(biāo)準(zhǔn)及紫外線消毒技術(shù)應(yīng)用1 城市污水消毒的必要性 2002年11月，某些國家及地區(qū)爆發(fā)了非典型性肺炎，這一疫情的元兇-冠狀病毒的廣泛傳

10、播和頑強(qiáng)存活的能力，使人們意識(shí)到消毒的重要性，尤其是污水處理廠的尾水消毒，成為防止疫情擴(kuò)散的重要防線。 2003年5月4日，國家環(huán)境保護(hù)總局要求城鎮(zhèn)污水處理廠出水應(yīng)結(jié)合實(shí)際采取加氯或紫外線、臭氧等消毒滅菌處理，出水水質(zhì)糞大腸菌群數(shù)小于 10000個(gè)L。由此可見污水處理廠尾水消毒的必要性和緊迫性。 為了保護(hù)人類的生命健康，保護(hù)好水環(huán)境，世界許多國家和地區(qū)(北美、歐盟、日本、韓國、臺(tái)灣等)都要求對城市污水在排放前進(jìn)行消毒處理。我國國家環(huán)境保護(hù)總局和國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局于 2002年12月24日頒布的城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB l8918-2002)中首次將微生物指標(biāo)列為基本控制指標(biāo)，要

11、求城市污水必須進(jìn)行消毒處理，從而使污水處理標(biāo)準(zhǔn)的病理指標(biāo)與國際接軌。 2 城市污水消毒標(biāo)準(zhǔn) 許多國家和地區(qū)在對城市污水要求消毒的同時(shí)，也制定了相應(yīng)的消毒指標(biāo)。美國的污水排放標(biāo)準(zhǔn)一般是由國家環(huán)保局(EPA)制定出指導(dǎo)性原則，再由各州制定出自己的排放標(biāo)準(zhǔn)，向本州的污水處理廠發(fā)放國家污染物清除系統(tǒng)(NPDES)排放許可證，證上規(guī)定各個(gè)污水處理廠的詳細(xì)排放指標(biāo)。該許可證及監(jiān)測數(shù)據(jù)最后匯總到美國環(huán)保局監(jiān)控管理，不能達(dá)標(biāo)的污水處理廠將被課以罰金。該執(zhí)行管理體系是世界上最為嚴(yán)格的，從而保證了標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格實(shí)施和執(zhí)行。目前美國大部分州對經(jīng)過二級(jí)生化處理后的污水出水的消毒指標(biāo)為糞大腸菌群不超過200個(gè)100 mL，

12、極個(gè)別州的標(biāo)準(zhǔn)為糞大腸菌群不超過400個(gè)100 mL或1000個(gè)100 mL。在污水再生處理方面，美國大部分州采用于美國加州的消毒標(biāo)準(zhǔn)，即加利福尼亞第22號(hào)條例，該標(biāo)準(zhǔn)對非限制性使用的回用水的消毒標(biāo)準(zhǔn)為總大腸菌群不超過22個(gè)100 mL。加拿大的污水排放消毒指標(biāo)與美國類似。歐盟國家的污水排放標(biāo)準(zhǔn)主要受浴場水指導(dǎo)準(zhǔn)則(Bathing Water Directives)約束，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)為受納水體中的總大腸菌群不超過10000個(gè)100 mL，且糞大腸菌群不超過2 000個(gè)100mL，目前歐盟正在對這一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修改，預(yù)計(jì)新標(biāo)準(zhǔn)中的糞大腸菌群數(shù)將修訂為不超過1000個(gè)100mL。 我國的城鎮(zhèn)污水處理廠污染

13、物排放標(biāo)準(zhǔn) (GBl8918-2002)將糞大腸菌群列為基本控制項(xiàng)目。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定執(zhí)行二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和一級(jí)B類標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠糞大腸菌群最高允許排放濃度不超過 10000個(gè)L(即1000個(gè)100 mL)，執(zhí)行一級(jí)A類標(biāo)準(zhǔn)的不超過1000個(gè)L(即100個(gè)100 mL)。 部分國家和地區(qū)所采取的標(biāo)準(zhǔn)歸納見表1。 3 紫外線污水消毒技術(shù)的歷史和現(xiàn)狀 給排水消毒方法可分為兩大類，即化學(xué)消毒法和物理消毒法?；瘜W(xué)消毒法有加氯消毒和臭氧消毒等；物理消毒法有紫外線消毒等?；瘜W(xué)消毒法一般都會(huì)產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物，而紫外線消毒是唯一不會(huì)產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物的方法，不會(huì)造成二次污染問題。 表1 部分國家和地區(qū)尾水消毒指標(biāo) 國家或地區(qū)

14、指標(biāo)值* 標(biāo) 準(zhǔn)美國國家環(huán)保局(EPA)200個(gè)100mL二級(jí)生化處理后的出水美國 加利福尼亞第22號(hào)條例總大腸菌群數(shù) 21個(gè)lOOmL 非限制性使用的回用水 歐盟 2000個(gè)100mL浴場水指導(dǎo)準(zhǔn)則 (Bathing Water Directives)SPAN 日本指針總大腸菌群數(shù) 1000個(gè)mL水污染環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，漁業(yè)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 中國(GBl89182002)10000個(gè)幾 1000個(gè)/L10000個(gè)L二級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)A類一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)B類 中國(GB89781996) 5000個(gè)L1000個(gè)L500/L1000個(gè)/L500個(gè)L100個(gè)L醫(yī)院、獸醫(yī)院及醫(yī)療機(jī)構(gòu)含病 原體污水；三級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 醫(yī)

15、院、獸醫(yī)院及醫(yī)療機(jī)構(gòu)含病原體污水；二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)醫(yī)院、獸醫(yī)院及醫(yī)療機(jī)構(gòu)含病 原體污水；一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)傳染病、結(jié)核病醫(yī)院；三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)傳染病、結(jié)核病醫(yī)院；二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)傳染病、結(jié)核病醫(yī)院；一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)上海市地方標(biāo)準(zhǔn) (DB311991997)3000個(gè)L 10000個(gè)L黃浦江上游水源保護(hù)區(qū) 黃浦江上游準(zhǔn)水源保護(hù)區(qū)中國再生水用作冷卻水 的水質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)(GB503352002) 2000個(gè)L 再生水用作冷卻水中國城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)(GBl89202002)總大腸菌群數(shù) 3個(gè)/L城市污水再生用作雜用水 中國城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)(GBl89212002) 10000個(gè)L2000個(gè)L500個(gè)/L不得檢出觀

16、賞性景觀環(huán)境用水 河道、湖泊類 觀賞性景觀環(huán)境用水 水景類娛樂性景觀環(huán)境用水 河道、湖泊類娛樂性景觀環(huán)境用水 水景類 注：* 除注明外均為糞大腸菌群數(shù)。 早在1878年人類就發(fā)現(xiàn)了太陽光中的紫外線具有殺菌消毒作用。1901年和1906年人類先后發(fā)明了水銀光弧這一人造紫外光源和傳遞紫外光性能較好的石英材質(zhì)燈管，法國馬賽一家自來水廠很快在1910年首次使用紫外線消毒工藝。人類對紫外線消毒技術(shù)在城市污水處理中的應(yīng)用則始于20世紀(jì)60年代中葉，并于70年代到80年代初對紫外線消毒在城市污水處理中的應(yīng)用進(jìn)行了大量早期的研究，這主要是由于當(dāng)時(shí)人們已認(rèn)識(shí)到被廣泛使用的加氯消毒工藝中的余氯對受納水體中的魚類等

17、生物有毒，而且發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)了氯消毒等化學(xué)消毒方法會(huì)產(chǎn)生如三鹵甲烷(THMs)等致癌、致基因畸變的副產(chǎn)物。這些發(fā)現(xiàn)促使人類尋求一種更好的消毒方法。 加拿大安大略省水資源委員會(huì)于1965年和 1969年對紫外線消毒技術(shù)應(yīng)用于城市污水處理以及對受納水體的影響進(jìn)行了研究和評估(1)。其他加拿大研究人員對紫外線消毒的效果、技術(shù)可行性、影響效果的水質(zhì)因素、對受納水體中魚類的影響、消毒副產(chǎn)物以及與加氯消毒技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較進(jìn)行了大量先驅(qū)性的研究工作(27)。這些研究結(jié)果表明，紫外線污水消毒技術(shù)可行，可達(dá)到和加氯相同甚至更好的消毒效果，對受納水體中生物無毒副作用，不產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物。以上研究為推動(dòng)紫外線消毒在城市污水處

18、理中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 1982年加拿大某公司發(fā)明了世界上第一套明渠式安裝的紫外線消毒系統(tǒng)2000，并引進(jìn)了模塊化紫外線消毒系統(tǒng)概念，即紫外線系統(tǒng)可由若干獨(dú)立的紫外燈模塊組成，且水流靠重力流動(dòng)，不需要泵、管道以及閥門。系統(tǒng)維護(hù)可對單個(gè)模塊進(jìn)行，且紫外燈模塊可輕易地從明渠中直接取出進(jìn)行維護(hù)檢修，維護(hù)時(shí)系統(tǒng)無需停機(jī)，可繼續(xù)運(yùn)行消毒，因而無需備用設(shè)備，如果需要對明渠進(jìn)行清理也很方便。模塊化明渠式消毒裝置大大降低了紫外線污水消毒的成本并使得系統(tǒng)維護(hù)簡單方便。同時(shí)，當(dāng)污水處理廠在擴(kuò)建或改造時(shí)，只需適當(dāng)增加紫外燈模塊的數(shù)量，而無需添購整套系統(tǒng)，可以節(jié)省設(shè)備投資，使用起來非常靈活。這一發(fā)明得到了污水處理廠的

19、歡迎，大大推動(dòng)了紫外線消毒技術(shù)在城市污水消毒處理中的應(yīng)用。目前在世界各地已經(jīng)有3000多家城市污水處理廠安裝使用了紫外線污水消毒系統(tǒng)，其中95以上的系統(tǒng)采用了明渠式模塊化紫外線系統(tǒng)的創(chuàng)意。這些污水消毒系統(tǒng)規(guī)模小的每天處理幾千m3，大的每天處理上百萬m3。 在亞洲，1999年香港石湖墟污水處理廠投入運(yùn)行，該廠規(guī)模24萬m3d，消毒后糞大腸桿菌小于 1000個(gè)100mL。20002003年間，陸續(xù)有深圳市龍崗大工業(yè)區(qū)污水處理廠(56萬m3d)、上海長橋污水處理廠(22萬m3d)、上海松江北區(qū)污水處理廠 (8萬m3d)、無錫新區(qū)污水處理廠(3萬m3d)、蘇州新區(qū)第二污水處理廠(4萬m3d)和上海龍華

20、污水處理廠(105萬m3d)等采用紫外線消毒系統(tǒng)。 4 應(yīng)用實(shí)例 紫外線污水消毒技術(shù)如今已被廣泛應(yīng)用于各類城市污水的消毒處理中，包括低質(zhì)污水、常規(guī)二級(jí)生化處理后的污水、合流管道溢流廢水和再生水的消毒。低質(zhì)污水的消毒，即只經(jīng)過一級(jí)處理或一級(jí)強(qiáng)化處理的污水，其特點(diǎn)是高TSS(50150nagL)和低紫外穿透率(525)，這類污水如果使用化學(xué)消毒工藝，將會(huì)產(chǎn)生大量的三致副產(chǎn)物。目前美國夏威夷沙島污水處理廠是世界上最大的采用紫外線對低質(zhì)污水消毒的城市污水處理廠，處理規(guī)模為56萬 m3d，采用了明渠式中壓燈消毒系統(tǒng)。常規(guī)二級(jí)生化處理后的污水消毒，是紫外線污水消毒應(yīng)用最為普遍的領(lǐng)域。這類污水TSS一般在1030 mgl 紫外穿透率在4070。目前正在建造的美國 Valley Creek污水處理廠建成后可消毒227萬m3d 污水，將成為世界上最大的紫外線污水消毒系統(tǒng)，該系統(tǒng)為明渠式中壓燈消毒系統(tǒng)。合流管道溢流污水用紫外線消毒，不僅消毒效果好，而且比加氯消毒在劑量控制上更為可靠和容易。這類污水的特點(diǎn)是水質(zhì)可以在短時(shí)間內(nèi)有很大幅度的變化，例如TSS可在10100 mgL間，紫外穿透率可在570間變化。美國Village Creek污水處理廠采用了紫外線消毒技術(shù)每天可對136萬m3 CSO污水進(jìn)行消毒。該紫外線消毒系統(tǒng)是目前世界