人工快渗污水处理系统(CRI)工艺的发展及应用

人工快渗污水处理系统（CRI）工艺的发展及应用李璐（深港产学研环境技术中心，广东深圳，518057）摘要：人工快渗污水处理系统工艺（CRI）是在为解决我国中小城镇污水收集较难、需要分散处理的问题而产生的新型工艺。一般中小城镇小型水处理厂存在规模小、管理水平低、操作复杂，运行费用高、污泥处置易引发二次污染等问题。CRI工艺具有操作简单、运行成本低、水处理效果好、没有活性污泥产生的优点，适合在偏僻地区、中小城镇污水处理厂、区域河道污水治理、自来水微污染原水前处理等方面使用的工艺。关键词：人工快渗污水处理系统，发展，特点，应用范围Abstract:Abstract:Abstract:Abstract:ConstructedRapidInfiltrationSystem（CRI）isasewagetreatmentprocess.Thatisanewprocesstosolvethecollectedsewageinsmalltowns,andneedtodecentralizedtreatment.General,smallandmediumcitiesandtownsthereisasmall-scalewatertreatmentplantsissmall,lowmanagementlevel,complicatedoperation,highoperatingcosts,sludgedisposaleasilyleadtosecondarypollution.CRIprocessissimple,lowoperatingcosts,watertreatmentisgood,thereisnoadvantageofactivatedsludgeproduced.Suitableforremoteareas,smallurbansewagetreatmentplants,regionalriversewagetreatment,watersupplyrawwaterpre-treatmentusedinsuchareas.Keywords:Keywords:Keywords:Keywords:ConstructedRapidInfiltrationSystem（CRI）,Development,Features,Applications1111总论1.1当前我国市政污水处理事业主要现状[1]当前，我国的水环境保护面临着三大矛盾:我国环境问题日益严重与增长方式转变缓慢的矛盾突出，协调经济与环境关系的难度越来越大；人民群众改善环境的迫切性与环境治理长期性的矛盾突出，环境问题成为引发社会矛盾的焦点问题；污染形势日益严峻与环保要求越来越高的矛盾突出。当前大城市对污水处理工作做得比较好，但是目前决定我国环境质量整体提高的矛盾是水污染强度日益增大水处理的普及程度低，而人民对环境质量要求日益提高，主要是我国小城镇污水处理基础设施不到位，因此小城镇的污水处理事业发展已经成为保护水环境的主流。长期以来困扰我国环境保护发展的一个重要的瓶颈因素是水环境保护成本较高，而且效率低，污水截流管网截污能力滞后于当地环境发展状况，管网体制陈旧，截污能力低，分流制管道接错率高，整体截污效率偏低；而污水处理工作作为水环境保护的关键环节，通常污水处理厂建设后往往因为较高的污水处理运行费用较高地方财政难以支付而导致许多污水处理厂陷于停产状态，我国污水处理设备运行状况是1/3运行正常、1/3不正常、1/3处于闲置状态，污水处理厂的实际运转率不超过50%，我国污水的实际处理率远远低于污水处理设施的设计能力，不能充分发挥其全部功能，不仅浪费了大量的基础建设资金而且起不到应有的效果，加之我国小城镇污水管道建设不能满足城市化发展的需求，由于这些中小城镇和大城市经济发展水平、排水体制、基础资料、融资渠道等有很大的不同，因此不可能也不应该把大城市的污水治理工艺、技术装备等搬用到中小城镇的污水处理厂中去，不能通过建设大型污水处理厂集中收集并处理污水，所以不能发挥出预期的功能。这些因素就决定了应用于中小城镇的污水处理技术必须经济、高效、节能、简便易行。因此，研究和开发的新工艺改造和替代传统工艺成为我国目前急需解决的问题。同时，发展具有独立自主知识产权的、处理效果好且高效率低能耗的污水处理技术，是我国当前污水治理领域的一项主要任务。1.2适用于中小型污水处理设施高效的污水处理工艺的特点结合我国的实际情况，走简易、高效率、低能耗的技术路线才是适合我国的基本国情的必然途径。目前我国乃至世界范围内在高效率低能耗污水处理技术方面的研究已取得了不少进展，也开发出了一些经济实用高效低能耗的污水处理技术。高效低能耗是针对传统污水处理方法的工艺流程存在的问题而提出来的，目前没有明确的定义，但总体上应具有以下特征：1)基建投资省。我国正出去经济建设的关键时期，经济发展所需资金非常庞大，因此严格控制总投资对减轻地方开支，以减少地方经济负担提高推广力度是非常关键的。2)运行费用低。运行费用是污水处理厂能否正常运行的重要因素，是评判一套工艺优劣的主要指标之一，在污水处理厂全部投入中，运行费用总和是初期基础建设投入的20倍左右，因此最大的资金投入主要是在运行费上。因为运行费用较高地方难以承受，已经使近40%的污水处理厂处于减产、限产或停产的境地，甚至有刚落成的污水处理厂就因为运行费资金问题成为了摆设。3)抗冲击负荷强。因为中小城镇污水水量水质昼夜、季节波动较大，而且长时期以来排入市政管网或排污河道的工业废水处理效果并不理想，特别是合流制系统末端的污水处理厂雨季可能会长期收到高浓度的冲击负荷的影响。4)要求管理简单、运行稳定、维修方便。这对于中小污水处理设施尤为重要,因为中小型水处理设施往往管理水平低、技术力量比较薄弱，污水处理工人平均素质往往远低于城市大型污水处理厂，对于水处理工艺设备构筑物的使用理论技术均不充足，往往造成污水处理厂运行参数控制有误或设备不能得到有效维护而导致运转不正常。5)用地节约。我国人口众多，人均土地资源极其紧缺。土地资源是我国许多城市发展和规划的一个重要因素，这在中小城镇的问题比较突出：有些小城镇发展过快，规划跟不上发展，导致环境容量透支，需要另建污水厂；有的往往不符合规划污水处理厂用地被挪做它用。当建设污水处理厂时，临时征地现象非常普遍，如果污水处理工艺需求用地较多，则在征地上投入过大也是不现实的。6)产生污泥、废气少，对环境影响小。目前随着我国对环境影响评价环境规划等一系列的规章制度出台，逐渐对市政污水处理厂的要求也越来越高，通过近年来出台的一系列法律法规政策也一再要求污水处理厂的副产品包括污泥、废气的安全处理，二级生化污水处理厂通常产生大量的剩余污泥，如果直接填埋处理不当则会对当地的地下水造成非常严重的威胁，产生严重的地下水污染事故，这种二次污染治理难度更大，甚至是在几十年内无法恢复的。7)小规模化后效率高。通常污水处理采用大规集中处理处理成本最低，效率最高，但是由于我国大部分地区中小城镇处于多山地区，大规模管网修收集污水处理往往成本太高、代价太大，所以实在不可能将污水跨很大的片区统一收集，特别是偏远乡镇，因此对于这部分地区必须采用分散处理的手段，分散处理已经成很多地区的主流截污手段。分散就导致规模小，如果按照常规工艺设计污水处理厂，吨水运行成本中人工成本比例就会增大，甚至是占到了总成本的70%。因此，开发管理简单、易于小规模化的工艺才是最适应我国中小城镇污水处理事业发展所需要的。8)对低浓度或微污染原水运行经济。低浓度和微污染原水采用传统技术其处理效率通常较低、吨水处理成本高，而中小城镇污水COD、氨氮等污染物质浓度通常相对城市污水浓度较低，因此对于低浓度污水处理效率通常会下降，单位污染物处理的运行费用相对较高，所以需要更适合相对低浓度的污水处理技术以降低运行成本。2222CRICRICRICRI工艺发展背景与特点2.1CRI工艺发展背景[2]为解决我国中小城镇污水处理中存在的污水集中收集难，污水处理厂建设成本高，处理成本高，管理复杂，技术力量薄弱，产生污泥多且会有二次污染等诸多问题，通过多年努力研发出的人工快渗污水处理系统工艺（ConstructedRapidInfiltrationSystem，简称CRI工艺），其旨在尽可能地提高污水处理水质效果、节省基础建设投资、简化工艺流程、降低污水处理成本和管理维护成本。CRI工艺源于原始土地处理法中的快渗工艺（RapidInfiltration，简称RI工艺），是通过人工回填砂质填料而替代天然土地，并且添加了多种为改善微环境的矿物质填料（以钙系矿物为主），从而改善了微生物生长条件，同时使污水处理负荷比原始的RI工艺提高了10～100倍，不仅保留原RI工艺管理方便、运行费用低、没有污泥产生的特点，而且还具有防止地下水污染、操作环境卫生等优点。快渗池采用间歇式的布水方式，每日布水3~5次。人工快渗工艺基本流程图如下：一级处理人工快渗池进水图1人工快渗污水处理系统工艺流程图其基本原理是采用间歇式运行方式，快渗池填料自上而下生长着好氧、兼性、厌氧微生物，将经过前处理后的污水快速布满快渗池，形成自由水面，污水竖直向下渗入快渗池填料中，经过人工配制的砂质填料，填料上生长的微生物首先对水中的污染物进行截流吸附污染物作用，当填料中的污水水逐步下降时污水中污染物被逐步吸附净化，于此同时填料层能产生负压，使新鲜空气进入填料层，微生物与空气相结接触，吸收其中的氧气后，从而表层的微生物可以通过好氧作用降解水中的污染物，而填料底部微生物则可以产生厌氧反硝化作用。快渗池填料采用砂质填料，其填料颗粒砂表面长满了微生物，通过较低水力负荷，实现了极低的F/M，因此对水中污染物吸附较迅速，降解比较彻底。同时微生物生长速度也得到控制，继承了传统土地处理法的特点，做到没有剩余污泥产生。当运行一段时间后，会发生临时性的堵塞，只要通过对快渗池表层30cm填料层的翻晒，通过停水翻晒实现了微生物自我好氧消化作用，可以将多余的微生物水解掉，以迅速恢复快渗池的透水性。一般需要1~2天的时间，就可以使人工快渗池的渗透性恢复，而且恢复后不会影响水处理效果。2.2CRI工艺特点通过多年研究和实践工程的广泛应用表明CRI工艺具有以下特点：1)出水效果稳定CRI工艺处理出水水质可以达到GB18918-2002中一级A标准，个别指标如氨氮COD等，可以达到GB3838-2002地表水Ⅲ类水质标准。CRI系统继承了土地处理工艺中抵抗冲击负荷效果好，出水水质稳定。对氨氮、COD、SS、TP具有非常高的去除率。表2人工快渗污水处理系统对不同水质的处理效果指标≤(mg/L)CODBODSS氨氮总磷一般生活污水水质举例350180220305河水水质举例20080150254CRI系统出水3010550.52)建设成本低、管理方便、运行费用低CRI工艺流程简单，不采用曝气、不用污泥回流、不用处理污泥，污水经过一级处理沉淀后就可以直接进入快渗池进行二级生化处理，二级生化处理中没有任何污泥产生，所以避出水免了建设污泥处理设施的成本，通常污水处理厂采用传统工艺的污水处理设施建设中有40~50%用于污泥处理设施的处理，人工快渗工艺没有污泥产生，所以既不用建设污泥处理设施、采购污泥处理设备，又避免了处理污泥处理的人工、设备维护、污泥处理处置，总的讲是对污水处理成本的节约，因此人工快渗工艺建设成本较低管理方便，水处理成本较低。表3CRI系统处理一般生活污水的各项经济经济指标参考水量规模(t/d)100030005000100003000050000占地(m2)130036005500100002700045000建设成本吨水投资(元/t)1600130012001000900850吨水直接运行成本(元/t)0.2500.2300.2100.2000.1900.180需运行管理人员（人）3445912表4CRI系统处理受污染河水的各项经济经济指标参考水量规模(t/d)10003000500010000300