人工快滲系統在中小城鎮污水處理中的應用

王玉寶

（廣州市水務規劃勘測設計研究院，廣州 510640）

人工快滲系統（Constructed Rapid Infiltration System，簡稱CRI系統）是借助人工介質或特殊填料對污水中的有機物進行生態降解，以快速達到凈化水質效果的一種污水處理系統，具有非常強的實用性和適用性。其核心是采用滲透性能較好的天然河砂、陶粒、煤矸石等為主要滲濾介質，代替天然土層，從而大大提高了水力負荷。

1　CRI系統去污作用機制

人工快滲系統的核心構件是快速滲慮池，主要由兩個及以上的砂石填料濾池組成，在干濕交替的作用機制下，對污水中的有機微生物進行降解[1]。落干期濾池基本為好氧環境，而淹水期濾池基本為厭氧環境，因此其運作過程也是一個好氧與厭氧交替行進的過程，這樣能夠最大程度地確保微生物降解效用的發揮。例如，落干期會在好氧條件下發生氨化和硝化反應，而在淹水期厭氧環境下則會發生反硝化反應，這樣一來就完成了對氮的降解。另外，在干濕交替的作用機制下，懸浮固體在物理過濾中得以去除，重金屬經過吸附和沉淀得以去除，病原體經過吸附、干燥、吞噬等得以去除，有機物通過揮發、物理或化學降解得以去除等。

1.1　CRI的氮降解流程

氮的去除主要是在干濕交替作用機制下，通過硝化和反硝化作用達成的。土壤顆粒表面基本呈負電狀態，因此其對NH4+會形成較強的吸附性，在落干期濾池的好氧環境中經過充分硝化反應和在淹水期厭氧環境下經過充分的反硝化反應后，NH4+最后會被轉化為總氮，最終實現降解效果[2]。在上述過程中，硝化反應屬于限制步驟，其所需時間要遠大于反硝化反應時間。也就是說，濕干比重小于1，CRI的復氧效果是決定氨氮硝化作用大小的關鍵因子，兩者之間呈明顯正相關[3]。因此，CRI系統要想實現高效運作，就必須確保復氧效果的最佳化。

1.2　有機物降解流程

COD（化學需氧量）的去除流程與一級活塞流作用流程大體一致。

式中，Ce為某指標出水濃度；C0為某指標進水濃度；kT為一級反應常數；t為水力停留時間。

在對有機物的降解中，CRI系統的有效率高達85%，而對氨氮、SS（懸浮物）和LAS（陰離子表面活性劑）的降解有效率則高達90%，完全符合《城市污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中的一級A標準或景觀回用水標準。

2　CRI工藝處理城鎮生活污水的實踐

2.1　主河道水質凈化工程——湖北省十堰市神定河下游

工程總設計規模為20萬t/d，一期規模5萬t/d，采用高密度沉淀作為前處理工藝，人工快滲污水處理系統作為主體工藝，本項目進水水質按地表水Ⅴ類水考慮，出水水質主要指標達到地表水Ⅲ類水體水質標準，工藝流程如圖1所示。

運行后的監測數據顯示，COD去除率在85%～90%，氨氮去除率在85%～95%，運行效果明顯，氨氮監測結果如圖2所示。

圖1　神定河主河道水質凈化工程工藝流程

圖2　氨氮監測結果（一）

2.2　江河湖庫水環境修復——鳳凰二溝水質凈化工程

工程通過人工快滲+人工濕地工藝對鳳凰河二溝污水進行綜合治理。該工程出水水質優于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標準，能夠達到地表水IV類水質標準，凈化效果非常明顯，工藝流程如圖3所示。

建成運行后3年連續的監測數據顯示，COD去除率在85%～95%，氨氮去除率在90%～98%，出水效果穩定良好，氨氮監測結果如圖4所示。

圖3　成都鳳凰河二溝污水處理工程工藝流程

圖4　氨氮監測結果（二）

2.3　農村集中居住區分散式污水處理——河北藁城農村環境污染整治工程

河北藁城市共建14處以人工快滲技術作為主體工藝的生活污水處理工程（已建8座，在建6座），出水執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》 （GB18918-2002）一級排放A標準，工藝流程如圖5所示。

建成運行后2年連續的監測數據顯示，COD去除率在85%～95%，氨氮去除率在90%～95%，出水效果穩定，有效解決了當地農村污水處理問題，氨氮監測結果如圖6所示。

圖5　河北藁城農村環境污染整治工程工藝流程

圖6　氨氮監測結果（三）

2.4　污水處理廠提標擴容——天津薊縣污水處理廠

一期規模30 000m3/d，于2007年投入運行，尾水執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級B標準。2015年，該污水處理廠開始提標擴容改造，處理規模增加到60 000 m3/d，在充分挖潛原有污水處理設施能力的基礎上，增加“高密度沉淀池+人工快滲池”作為三級處理設施，出水水質提升到《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）IV類標準，工藝流程如圖7所示。

建成運行后1年連續的監測數據顯示，出水COD濃度在18～25 mg/L，氨氮濃度在0.5～0.9 mg/L，出水效果穩定，有效地實現了污水廠的提標改造目標，氨氮監測結果如圖8所示。

圖7　深度處理工藝流程

圖8　氨氮監測結果（四）

3　結論

人工快滲系統是一種新的污水處理系統，不需二次沉淀池、曝氣和反沖洗，系統水力負荷高，機動靈活，具有操作簡單、運行成本低、水處理效果好的優點。隨著工藝技術的逐漸成熟，CRI污水處理工藝可適用于污水收集難度大、分散處理需求高和用地相對寬松的中小城鎮及農村小型污水處理廠，能夠有效解決因交通限制、規模限制和管理限制等造成污水處理困難的問題。