高负荷地下渗滤污水处理技术

  

1、工艺原理

地下渗滤是北美和欧洲生活污水现场处理的首选技术,在日本等国也有较多的应用。其基本方法是将污水通过埋在地下的散水管散布到一定面积的人工土中,污水从上部包气带向下渗滤的同时,其中的污染物在土壤中通过截留、吸附及微生物分解和转化而去除,渗滤系统之上的土地可用作绿地、旱地、停车场等。然而,传统传统技术日处理1吨污水所需土地面积超过20m2,难以在我国应用和推广。

我们针对传统技术中存在的问题,经过7年的研究开发,将地下湿地与高负荷地下渗滤技术相结合,使其日处理1吨污水占地地面积小于2m2,而且永不堵塞。这不仅大大增加了其适用范围,而且大大降低了建设成本。

本技术的基本流程如图1所示。整个系统为地埋式,污水处理系统之上的土地可规划为绿地、旱地、停车场、休闲运动场地等。地下湿地与地下渗滤单元是处理系统的核心,以好氧为主,仅仅在进水时出现厌氧环境,其出水的CODBODTSS、氨氮等指标均达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)一级A类标准限值。由于反硝化效果不理想,出水的硝氮含量有可能偏高,但若增加一个厌氧滤池或人工湿地,便可取得良好的脱氮效果。

 

污水

 

          1 污水处理流程图

2、主要优点和技术经济指标

1)不需要专用土地:整个系统为地埋式,地表可用作绿地、旱地、停车场、休闲运动场地等。

2)一次性投资较少:对于处理能力超过50/天的系统,吨污水的建设投资1500-1800元。若无需进行深度脱氮除磷处理,建设成本还可再降约15%

3)运行费用低:吨污水处理成本0.06-0.08元。

4)操作维护简便易行:无复杂设备,几乎不需要日常管理。

5)处理效果好,运行稳定:渗滤田出水TSSCODBOD、氨氮、总氮低于国家城镇污水处理厂一级A类排放标准(GB18918-2002)限值(或去除率超过90%),总磷去除率为60-95%

6)不危害周围环境和景观,无二次污染。

7)受气候条件影响小:在北方、冬季均可正常运行。

8)占地较少:总系统占地2.0-2.5 m2/吨(地表可绿化或硬化);

9)使用灵活:单个系统的日处理能力从数吨至数千吨。

与常规污水处理厂相比(一级A类排放标准),采用本技术每处理1万吨污水可节约1万元,节约电力6000度以上,且不排放污泥,中水便于回用。因此具有经济、环保、节能、节水等多重功效。

3、技术可靠性分析

1)技术工艺的先进性

地下渗滤系统在国外的广泛应用有几十年的历史,大量的研究和实践表明,颗粒有机物的超量积累导致系统堵塞是限制其污水负荷能力的主要原因,然而,近年来的研究显示,在污水负荷较大的情况下传统系统的处理效果也不理想。我们通过资料调研、理论分析和实验研究,查明了导致系统堵塞和影响污水处理效果的主要原因,并提出了多种解决方案。在7年多的研究中,我们对技术方案进行了筛选和多次改进,同时对系统的运行模式进行了优化。有关成果获中国发明专利授权2项,另申请中国发明专利和实用新型专利各1项。

在本技术方案中,污水经过隔油沉淀预处理后进入水量调节池,通过泵提间歇性地进入散水管,并通过散水孔进入地下湿地与地下渗滤单元。地下湿地与地下渗滤单元如图2所示,其中的人工土含有特殊的填料组分,以控制污染物的迁移和微生物群落分带,此外,通过加入特定功能的高效微生物菌剂,以提高出水水质。


2  地下湿地与高负荷地下渗滤单元示意剖面图

进入地下湿地与地下渗滤单元的污水,一部分在重力作用下渗滤穿透散水层之下的防堵填料往下运移;来不及渗滤的污水则在散水层填料中侧向流动,并通过连通散水层与通风层的砾石进入下防堵层。污水在散水层填料中侧向流动的同时,其中的悬浮颗粒有机物被不同粒径的填料拦截,并且不断被填料表面的微生物膜分解和转化,使系统具有地下湿地的污水净化功能。由于连通散水层与通风层的砾石相当于二次散水通道,对下防堵层散水,从而使污染物(尤其是颗粒物)负荷高度分散,大大提高了系统的防堵能力。残留的污染物被下部的精滤层填料拦截并且被微生物分解和转化,使污水得到净化。经处理后的中水在渗滤田底部汇入集水沟,并且通过集水排水管排放或进入清水池回用。

2)试验系统运行情况和研究结果

我们于20056月在中科院广州地球化学研究所生活小区建成了一个试验系统(图3),其渗滤面积为20m2,污水处理量约8/天,系统出水TSSCODBOD、氨氮、总磷等指标低于国家城镇污水处理厂一级A类排放标准(GB18918-2002)限值,系统运行3年多,稳定正常。20087月,我们对该试验系统进行了局部分层剥离开挖(图4),即使在散水孔周围也未发现有机物累积发黑的现象,表明在所运行的污水负荷条件下,系统不会堵塞。2005年的技术相比,现有技术的防堵性能更强,其污染物负荷能力提高70%以上。

 

3 试验系统及其出水

 

 

COD

BOD

TSS

氨氮

TP

进水

272

167

162

56

5-6

出水

40

8

<10

2.5

0.5-1.5

单位:mg/l;出水未经脱氮除磷深度处理。

出水TP随运行时间逐渐升高,并趋于稳定。

 
 

4 试验系统局部分层剥离开挖

3)高负荷地下渗滤系统污染物负荷能力估算

在地下渗滤系统中,有机物含量的变化包括有机物的不断加入、分解和新生有机物的形成。设随污水进入的悬浮有机物的量为S (g/d);系统对COD的去除量为X (g/d);每氧化1g固体有机物需氧气α (g);每去除1g COD产生的细菌生物量(生物产率)R (g/g COD);微生物对污泥的分解比率为K(d-1)。若第i天系统中残留污泥的总量用Wi表示,则有:

        Wn=Wn-1+W+W-         (1)

其中:   W+ = S + R×X + K×R×αWn-1         (2)

      W- = KWn-1               (3)

系统运行n天后的残留污泥量为:

    Wn=(S+R×X)[1-(1+K×R×α-K)n]/(K×R×α-K)

W+=W-时,则土壤中残留有机质的量不再变化(污泥平衡),

即:   (K-K×R×α)WR=S+R×X

       WR=(S+R×X)/(K-K×R×α)

理论上,如果达到污泥平衡时渗滤系统没有被堵塞,则该系统永远不会因有机物的累积而堵塞。我们通过可控条件下的模拟实验结果拟合出上述方程中的有关参数,并对各主要参数进行了模型敏感性分析。结果表明,当污水的COD250-300mg/l, 悬浮有机物的浓度为80mg/l,渗滤系统的污水负荷能力可以达到每平方米 1.1 /天(超强系统可达到1.4/天),而永久不被堵塞。

本技术除地下渗滤外,还附加了地下湿地功能,可以使系统的污染物负荷能力进一步提高,而我们在工程应用中的污水负荷不超过理论负荷能力的50%,因此可以保障系统永不堵塞。

4、示范和应用

已建工程

广州地化所中试工程(8t/d, 20056月)

江苏省靖江市利民村 (70t/d)

江苏省靖江市水山村 (70t/d)

广东佛山市南庄镇利华员工村(200t/d)

江苏武进雪堰桥费巷村(100t/d)

江苏溧阳市南渡镇大圩村(2个,50t/d30t/d)

江苏溧阳南渡镇石街村(15t/d)

江苏溧阳竹箦镇水西村(25t/d)

江苏溧阳戴埠镇2(2, 20t/d25t/d)

在建工程

江苏江阴市徐霞客镇新街村 (60t/d)

江苏江阴市周庄镇华宏村 (50t/d)

江苏江阴市顾山赤岸村(20t/d)

拟建工程

江苏江阴市夏港、利港、月城、顾山、申港、南闸诸镇共10个村 (每个20-100t/d)

江苏靖江市西来镇西来村 (70t/d)

广东佛山三水区白坭镇金竹村(2个,每个200t/d,服务人口约3000)

广东佛山白坭镇上灶南村(50t/d)

广东佛山白坭镇上灶南村(50t/d)

靖江利民村污水处理系统地表景观

 

控制和通风

 

污水井

 

地下渗滤单元

130m2

 

 

靖江利民村污水处理系统出水水质

标准

pH

CODCr

BOD5

NH4-N

TN

TP

TSS

一级B

6-9

60

20

8

20

1

20

一级A

50

10

5

15

0.5

10

五类地表水

40

10

2.0

2.0

0.4

 

系统出水

6.9

31.7

 

1.0

1.4

0.11

无色透明

 

5、结论

地下湿地与高负荷地下渗滤技术是一项经济和环境综合效益很好的生活污水处理技术,适合于城市小区、小城镇、度假村和农村等人群聚居地生活污水的现场处理和回用。系统具有很强的稳定性和可靠性,使用寿命长,永不堵塞。此外,由于本系统设置于地下,而且可以人为调节温度,因此受气候条件影响很小。

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