人工快渗工艺处理小城镇污水工程

张 博，雷志斌

(1.重庆市设计院，重庆 400023;2.中冶赛迪工程技术股份有限公司，重庆 400023)

人工快渗(Constructed Rapid Infiltration，CRI)污水处理工艺流程简单，污水经预处理后可直接进入人工快渗池进行二级生化处理，无需曝气，污泥量少并且处理简单，因此其建设成本、运营成本均较低［1］.人工快渗作为一种强化土壤生态系统污水处理工艺，已广泛应用在各种污水处理场合，尤其在以处理生活污水为主的小规模城镇污水方面显示出明显的优势，重庆市小安溪流域和濑溪河流域等几十个小城镇污水处理工程均采用了人工快渗工艺.

1 工程建设概况

1.1 设计水量、水质

本工程位于重庆市大足县某镇，三峡库区沱江支流濑溪河流经此镇，镇区常驻人口1.43 万人，根据镇规划及相关规范计算，近期(2012年)镇污水处理量为1 200 m3/d，远期(2020年)镇污水处理量为2 500 m3/d.

进水水质根据镇区排污口实测数据、设计手册典型生活污水水质以及类比流域内同类污水处理厂的设计进水水质，确定本工程的污水进水水质.出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918－2002)一级B 类排放标准，如表1所示.

表1 设计进出水水质

1.2 污水处理工艺

本工程总占地面积2 945 m2，采用人工快渗为核心的污水处理工艺，其污水处理系统工艺流程见图1.生活污水首先进入格栅去除粗大漂浮物和悬浮物，保证后续处理设施的正常运行.然后进入初沉池及调节池，在此经过沉淀去除部分无机和有机悬浮颗粒物质，并且调节水量.然后经潜污泵提升至砂滤池，进一步去除悬浮物及部分有机物，从而保证了人工快渗池的长期稳定运行.然后经中间水池再进入人工快渗池，污水自上而下经过快渗池的滤料，通过物理、化学、生化等综合作用，去除水中的COD、BOD5、SS、氨氮、总磷等，保证了出水水质.快渗池出水进入清水池进行消毒，最终达标排放.

图1 污水处理工艺流程图

2 人工快渗池结构

2.1 池体结构

本工程设计水量为平均日平均时水量25 m3/h，设计水力负荷:1.0 m3/(m2·d)，快渗池分为4格，单格尺寸L×B×H=25.0 m×12.0 m×2.2 m，采用砖砌结构.

2.2 渗滤填料组成

人工快渗池中的渗滤介质系统则由渗透性良好，且具备一定阳离子交换容量、颗粒直径主要集中在0.25～2 mm 的天然河流冲积砂组成.

本工程人工快渗池中填料组成为:人工快渗池内上层清水层厚为400 mm，中间滤层采用河流冲积砂作为渗滤介质，厚度为1 200 mm，下层集水层采用粒径较大的砾石垫层，厚度为600 mm，采用穿孔管集水.考虑到除磷作用，在滤层内均匀地添加特殊填料，特殊填料所占比例为5%，见图2.

图2 滤料组成分层图

由于人工快渗系统采用干湿交替的运转方式，其池内的滤料不需反冲洗，只需定期对快渗池表层填料进行常规的翻晒保养.

2.3 布水集水及运行方式

中间水池出水总管分4 路进入各人工快渗单池，通过电动阀门控制进水.通过布水系统均匀迅速地使污水布入快渗池，通过集水系统将处理过后的水收集并排入清水池.

布水干管和支管分别采用DN250和DN65 的UPVC 管，支管孔眼总面积与滤池面积之比为0.02%，布水支管的开孔间距为200 mm，开孔孔径为10 mm，两孔垂直偏移45°向上.集水干管和支管分别采种DN250和DN65 的UPVC 管，支管孔眼总面积与滤池面积之比为0.01%，集水支管开孔间距均为300 mm，开孔孔径为10 mm，两孔垂直偏移45°向下.布水及集水管布置见图3.

图3 布水集水管布置图

单池工作周期为6 h，其中0.3 h 进水，1.5 h(含0.3 h 进水)用来排水，4.5 h 落干，湿干比(人工快渗系统的配水与干化时间之比)为1∶3.

3 处理效果与分析

该工程2011年8月底建成并进行调试，人工快渗池运行情况见图4.

图4 人工快渗池运行图

通过对人工快渗工艺进出水监测数据分析，经处理后的生活污水可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B 排放标准.取样口分别置于人工快渗池单元的进出口.

3.1 人工快渗工艺对有机物的去除

人工快渗池采用干湿交替的运转方式，通过过滤、吸附以及微生物降解等多种作用的相互结合，使得废水中的有机物进行分解去除［2］.2 d 内于不同时间在人工快渗池单元的进出口取样7 次，人工快渗工艺对有机物的去除效果见图5.从图5 可见，进水CODcr质量浓度为153～212 mg/L，出水CODcr质量浓度为50～85 mg/L，运行一段时间稳定后出水CODcr质量浓度可以稳定在60 mg/L 以下，说明人工快渗工艺对有机物的去除效果较好，可以达到排放标准.

图5 人工快渗池进出水CODcr值

3.2 人工快渗工艺对NH3—N 的去除

人工快渗池采用干湿交替的运转方式，即各渗滤池淹水和落干相互交替.一次淹水和一次落干为一个水力周期.落干期渗滤池大部分为好氧环境，淹水期渗滤池为厌氧环境，所以渗滤池内存在好氧和厌氧状态.系统落干时有明显的硝化过程，淹水期为反硝化过程，氨氮通过硝化—反硝化的过程得以去除［3－4］.2 d 内于不同时间在人工快渗池单元的进出口取样7 次，人工快渗工艺对氨氮的去除效果见图6.从图6 可见，进水NH3—N 质量浓度为14～22 mg/L，出水NH3—N 质量浓度5.1～9.0 mg/L，说明人工快渗工艺对氨氮的去除效果较好，可以达到排放标准的要求.

图6 人工快渗池进出水NH3—N值

3.3 人工快渗工艺对TP 的去除

人工快渗池在滤料中掺入少量的特殊填料，废水中的磷能与渗滤池内的特殊填料反应形成磷酸盐沉淀而被去除［5－7］.2 d 内于不同时间在人工快渗池单元的进出口取样7 次，人工快渗工艺对总磷的去除效果见图7.从图7 可见，进水TP 质量浓度为1.8～3.1 mg/L，出水TP 质量浓度为0.35～0.60 mg/L，说明人工快渗工艺对总磷的去除效果较好，可以达到排放标准的要求.

图7 人工快渗池进出水TP值

4 效益分析

通过本工程的实施，濑溪河流域的生产、生活污水得到有效收集和治理，本工程作为三峡库区水环境治理的一个组成部分，对长江水质的改善，对三峡库区水环境的保护，将起到积极的作用.各污染物的削减量如下:CODcr约为127.02 t/a，BOD5约为56.94t/a，SS 约为91.98 t/a，NH3—N 约为6.44 t/a，TN 约为6.58 t/a，TP 约为1.32 t/a.

本工程总投资为323.26 万元，总成本费用为85.41 万元/a，单位直接运行成本为0.35 元/t，单位总成本为1.95 元/t.

5 结语

小城镇生活污水经沉淀、砂滤预处理后，采用人工快渗工艺处理，出水可以满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B 类排放标准.人工快渗工艺处理生活污水具有建设和营运成本低、运行稳定、建设周期短、出水效果好的优点，十分适合在小城镇推广应用.

［1］成徐州，吴天宝.土壤渗滤技术研究现状与进展［J］.环境研究科学，1999，12(4):33－36.

［2］何江涛，钟佐燊，汤鸣皋，等.人工构建快速渗滤污水处理系统的试验［J］.中国环境科学，2002，22(3):239－243.

［3］岳 佳，李正皋，何腾兵.人工快速渗滤系统中氮形态和滤料吸附性能研究［J］.贵州农业科学，2009，37(2):40－42.

［4］陈俊敏，刘 方，付永胜.人工快速渗滤系统脱氮机理试验研究［J］.水处理技术，2009，35(2):32－34.

［5］崔程颖，马利民，张选军，等.人工快速渗滤系统对污染物的去除机制［J］.环境污染物防治，2007，29(2):95－98.

［6］康爱彬.人工快渗系统除磷方法和多段处理工艺研究［D］.北京:中国地质大学，2006.

［7］左金龙，王凤海，李俊生，等.应用一体化膜处理设备处理农村微污染地表水［J］.哈尔滨商业大学学报:自然科学版，2013，29(3):284－286.