人工快速渗滤系统研究现状

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中图分类号：X2 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2014）01-0230-02

摘要：水是人类赖以生存的宝贵资源，没有水就没有生命。在污水快速渗滤基础上发展来的一种新型土地处理技术-人工快渗污水处理系统。在我国，CRI系统还处于起步阶段，有待进一步研究。污水快速渗滤系统（简称RI系统）具有操作管理方便、设备简单、运行管理费用低和基建投资、净化效果好以及处理能耗低等优点。

关键词：人工快速渗滤系统 系统设计 运行参数 研究现状

1、人工快速渗滤系统的研究现状

污水快速渗滤（Rapid Infiltration System，简称RI系统）基础上发展来的一种新型土地处理技术—人工快渗污水处理系统（Constructed Rapid Infiltration System，简称CRI系统）。在系统中，用一定颗粒级配天然介质来填充快渗池，作为渗滤介质。并且一些特殊填料被按一量添加其中，运行采用干湿交替方式进行。这样既可以保证较高水力负荷（1.0～2.0 m/d），而且能够满足出水的要求。通过实践进一步证明，在受污染地表水和处理城市生活污水时CRI技术具有明显的效果。并且，CRI技术具有以下优点：运行成本少、工程投资低、工艺过程简单，在我国中小城镇的污水处理中具有很重要应用价值。

2、CRI系统设计及运行参数研究

2.1 渗透介质

一般采用天然土层作为污水土地处理系统的渗透介质。但是，往往由于场地条件限制、天然土层本身局限性等相关因素。所以，目前大多采用回填的介质来代替天然的土层介质。这种趋势的应用以及研究发展很快 [1]。人工回填介质也在CRI 系统被普遍采用，CRI系统中的主体结构由快速渗滤池构成，CRI系统中的核心是池中滤料，CRI系统的关键是选择合适的渗滤介是。在目前，CRI 系统中用河流冲积砂并按照一定粒度级配来作为渗滤介质。渗滤介质中再按一定比例加入人工大理石砂。在广东东莞华兴电器有限公司的污水处理的工程中，冲积砂的不均匀系数、有效粒径分别为4.58、0.31 mm；取等粒的大理石砂，粒径基本上为0. 9mm[2]。张金炳等人采用两种不同渗滤介质[3]：人工石英砂和河流冲积砂，当渗滤介质不同时来探讨污染物去除效率的变化。结果研究表明，人工石英砂与河流冲积砂相比较，对BOD5以及CODcr的去除率比较低，并且抗负荷冲击能力强，出水的水质比较稳定，粘土矿物、有机质和吸附能力强与冲积砂含有一定的关系。

2.2 CRI系统中的渗滤层厚度

一般系统容纳污水的能力越强，系统中滤层厚度应设置的越大，那么在系统中污水水力停留时间也会随之变长。所以，出水水质也会变得越好；但是，增加滤层的厚度，会增加工程投资的费用。因此，解决这一问题的关键是对滤层厚度的合理设计，从而达到满意出水水质。张金炳等人通过对洗浴污水为研究对象，渗滤介质采用河流冲积砂，当滤层厚度分别为 0.2、0.4 m、0.6 m、0.8 m 和 lm时，研究CRI系统对LAS、BOD5和CODcr的去除效率。表明，滤柱往下去除率逐渐下降，上部相对去除率高。对 LAS 的去除这种规律表现得明显。上述规律也符合滤柱对CODcr 、 BOD5 的去除率，但是，变化幅度不大。在目前运行中的CRI系统工程中，渗滤介质的厚度一般设置在 1～2m 之间，通常根据进水的水质变化情况来适当调整厚度的大小。一般情况下，生活污水的厚度设置在 1.5m；受污染河水的厚度设置在 1m。在实际工程中，集水层常设置在滤层下面还有，积水层一般采用粒径较大砾石，砾石厚度一般在 0.3～0.5m 之间。

2.3 水力负荷的设计

在土地处理系统中对污水的处理量即为水力负荷，单位土地面积内在单位时间内处理的污水深度表示。通常在保证出水的水质情况下，系统承受较高的水力负荷，是 设计CRI系统最求目标。在CRI系统的工程设计中，水力负荷的常用值为：1.5m/ d常用在河流污水中，生活污水常采用1.0m/d。CRI 系统的水力负荷比 RI 系统的水力负荷高，两者的上限的比值在 3～5 倍。渗透系数和水力负荷两者联系紧密，快速渗滤系统的渗透系数是水力负荷设计重要依据之一。CRI 系统为了获得较高的水力负荷，渗滤介质的渗透系数应采用比较高的高。

目前，在工程中应用CRI系统所采用介质的渗透系数一般在 20～50m/d 之间。水力负荷值设置在合理范围内应满足以下几个条件：（1）系统运行能够稳定（2）出水水质良好（3）不易被堵塞。因此，对水力负荷进行设计时，需将系统对污染物的处理能力、进水污染物的浓度以及系统渗透能力需进行综合考虑。在CRI系统中，水力负荷的确定一般还是根据经验，所以水力负荷值的设计还需研究一种科学设计方法。

2.4 干湿比以及水力负荷的周期

湿干比一般是指湿和干延续时间的比。系统的一次落干和一次淹水构成循环被称为水力负荷的周期。当确定了湿干比以及配水时间，水力负荷的周期也就被确定了。快滤运行的关键技术是湿干比和配水周期确定适当，这影响或者决定着快滤系统的处理效果以及水力负荷。

目前，短水力负荷的周期方式布水被人工快速渗滤系统中的大多工程所采用，最典型方式就是每天进行四次投配，用每隔6小时一次投配的方式。和 RI 系统中所采用水力负荷的周期有很大差别。何江涛等人[4]指出，水力负荷的周期缩短，通过加大系统落干、淹水的频率，这样不仅可以加强外界空气和系统的对流，而且系统复氧量也加大。系统中复氧的效率也得到提高，这样有利于系统中的微生物对有机污染物中好氧生物的降解。具有良好渗透性能的渗透介质是CRI系统用比较小的水力负荷周期能够实现的前提，加快污水的入渗速率。污水的入渗速率在CRI 系统中比较大，系统污水停留的时间比 RI要小得多，并且污染物的吸附容量CRI系统比 RI系统低很多，因此可能引起污染物穿透的现象，当只追求最大水力负荷时。所以，方面的研究应该得到加强，设计方法应该更加的科学。可以根据处理目标以及污水的水质来合理地设计水力负荷周期值。

2.5 CRI系统的抗堵塞研究

污水土地处理系统中的堵塞问题是研究重点内容之一。它不但会大大缩短系统使用寿命，也会影响系统水力负荷[5]。目前一般认为，系统堵塞原因主要由微生物增长、化学沉淀、浮物截留以及吸附等因素造成的。这一问题的解决途径目前主要有两种：一是选择渗滤介质的渗透性能适中，这需要根据系统出水水质、进水浓度来判断。二是降低系统有机负荷，加强预处理[6]。

2.6 CRI系统复氧问题的研究

污水土地处理技术—CRI 处理系统具有的特点是一种自然处理技术、大气复氧是其主要复氧方式、不采用人工曝气 [7]。目前采用主要的复氧途径有 3 种，为了提高系统的复氧效果：一是对系统内部进行复氧通过设置通风管；二是加强系统的复氧，通过采用干湿交替的工作方式；三是系统内部进行复氧通过利用植物的根系来完成[8] 。当水力负荷提高时，对于CRI系统中污染物的负荷也提高了。当CRI系统采用干湿交替工作方式时，系统落干时可以让系统渗滤介质内部的空隙水排干，空隙中得以进入外界空气，在介质表面附着的微生物膜能够对氧进行吸收和利用。而且也利于介质中的孔角毛细水中融入空气中的氧。再一次开始淹水时，大部分空气进入渗滤介质后将被水封在系统里，氧将继续向水中扩散，最后空气中氧被消耗殆尽。

参考文献：

[1]袁东海，景丽洁，高士祥，等.几种人工湿地基质净化磷素污染性能的分析.环境科学，2005，26（1）：41-49.

[2]张金炳，黄培鸿，杨小毛.东莞华兴电器厂生活污水人工快速渗滤处理系统.环境工程，2003，21（6）：27-37.

[3]张金炳，汤鸣皋，钟佐燊.人工快渗系统处理洗浴污水的试验研究.岩石矿物学杂志，2001，20（4）：529-538.

[4]何江涛，段光杰，张金炳，等.污水渗滤土地处理系统中水力停留时间与出水效果的讨论.地球科学—中国地质大学学报，2002，27（2）：189-218.

[5]Christoph Plazer，Klans Mauch.Soil clogging in Vertical flow reed beds-mechanisms，parameters，consequences and solutions.Wat.Sci.Tech.1997，35（5）：149-161.

[6]娄山杰，杨健，陈巧燕，杨键.蚯蚓在环境污染治理中的应用[J].水科学与工程技术.2007.5.32-48.

[7]杨永水.间歇进水间歇好氧活性污泥废水处理方法.中国.CN12

87102.2001.03.14.

[8]张军等.MBR 在污水处理与回用中的应用[J].环境工程.2001.10（5）.7-12.