人工快滲技術(shù)在農(nóng)村地區(qū)的應(yīng)用

摘要：農(nóng)村污水具有點多、面廣、量小、分散等特點，同時面臨管理水平低、建站和運行資金短缺等實際問題。我國在農(nóng)村污水處理技術(shù)研究上進(jìn)展緩慢，尚無專門針對農(nóng)村污水的處理技術(shù)。本文介紹了一種新型的工藝技術(shù)——人工快滲，該技術(shù)十分適合農(nóng)村水污染治理的特點，為解決新農(nóng)村環(huán)境問題的提供一種新的思路。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村污水；新型工藝；人工快滲

農(nóng)村環(huán)境作為城市環(huán)境的支持者，一直是城市污染的消納地，長期受城鄉(xiāng)“二元”發(fā)展結(jié)構(gòu)的影響，我國在城市環(huán)境日益改善的同時，農(nóng)村的環(huán)境保護(hù)長期受到忽視，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量急劇下降，環(huán)境污染給農(nóng)民帶來了嚴(yán)重的負(fù)面影響。因此，重視與加強農(nóng)村地區(qū)的水污染治理工作，防止對農(nóng)村及周邊地區(qū)的水體、土地等自然環(huán)境造成污染，成為新農(nóng)村建設(shè)的一項重要內(nèi)容，也是改善和提高當(dāng)前農(nóng)村人居環(huán)境工作中最重要的任務(wù)之一。

目前，我國在城市和城鎮(zhèn)廢水處理技術(shù)研究上已取得較大的進(jìn)展，但在農(nóng)村污水處理技術(shù)研究上進(jìn)展緩慢，尚無專門針對農(nóng)村污水的處理技術(shù)，更缺乏相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。因此，研究農(nóng)村水污染防治的對策，開發(fā)出適合農(nóng)村水污染治理特點的技術(shù)成為解決新農(nóng)村環(huán)境問題的首要任務(wù)。

一、農(nóng)村水污染的特點

與城市和小城鎮(zhèn)污水處理相比，農(nóng)村水污染主要有如下特點：

（一）規(guī)模小且分散

我國現(xiàn)行的“城市污水處理工程項目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)(1997)”中將城市污水處理規(guī)模分為五類，其中V類為10000～50000m3/ d。我國的小城鎮(zhèn)污水處理規(guī)模一般小于20000m3/ d，重點是2000～5000m3/ d。而農(nóng)村污水處理是不同于城市和中小城鎮(zhèn)污水的第三種類型，其污水量比中小城鎮(zhèn)還小很多，一般在1000m3/ d以下，其中多數(shù)在500m3/ d以下。與城市和小城鎮(zhèn)污水處理相比，農(nóng)村不僅居住密度小，而且有些戶與戶之間居住較分散、村與村間距也相對較遠(yuǎn)。

（二）區(qū)域差異大

我國幅員遼闊，從冬季時間長達(dá)半年以上的北部到常年四季如春的海南，地理環(huán)境、氣候、當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展水平等地區(qū)差異大，給污水處理帶來很大困難。我國現(xiàn)階段在污水處理領(lǐng)域普遍采用生物處理法，老一輩環(huán)保工作者通過對寒冷地區(qū)冬季污水處理廠運行效率的影響研究,從微生物生長、生化反應(yīng)速度等機(jī)理

出發(fā),分析了低溫對微生物生長、酶促反應(yīng)速度、生物處理反應(yīng)速度、生物脫氮、沉淀裝置的各種影響[1]。

（三）水量水質(zhì)變化大

每天的不同時段，水質(zhì)水量變化較大，且比較集中；特別是早、中、晚集中做飯時間，污水量達(dá)到高峰，是平時污水排放量的2～3倍；此外，農(nóng)村排水系統(tǒng)很不完善更沒有經(jīng)過合理的規(guī)劃，雨污混排，受雨季影響，水量變化系數(shù)較大。

農(nóng)村生活污水的來源主要是廚房用水和洗滌用水，由于農(nóng)村沒有完善的排水系統(tǒng)，滲漏嚴(yán)重，農(nóng)村生活污水的CODcr 、BOD5普遍高于城鎮(zhèn)生活污水，水質(zhì)參考指標(biāo)如表1：

表1 農(nóng)村污水水質(zhì)參考指標(biāo)

（四）管理水平低

污水處理工程是一個由不同功能單元組成的系統(tǒng)，是一個特定“車間”，需要一定的水力學(xué)、環(huán)境工程微生物學(xué)和機(jī)械設(shè)備等專業(yè)知識背景。目前我國農(nóng)村污水處理站主要由村民管理，人員專業(yè)素質(zhì)低，維護(hù)管理技術(shù)人員及運行管理經(jīng)驗嚴(yán)重缺乏。

（五）資金短缺

農(nóng)村供水排水設(shè)施建設(shè)與運營缺乏可靠的資金來源是阻礙農(nóng)村水污染治理的一大難題。實踐證明：工藝再簡單，操作管理再方便的污水處理站，也需要動力消耗，需要一定的運行管護(hù)經(jīng)費和定期大修資金。以一個日處理200噸的污水處理站為例，采用常規(guī)傳統(tǒng)工藝，日常運行費用以0.5元/噸水計，則年運行費用為3.60萬元。

（六）缺乏工藝設(shè)計參數(shù)

農(nóng)村污水處理的規(guī)模比較小，進(jìn)行污水處理工程設(shè)計時如果沿用和照搬城市污水和小城鎮(zhèn)污水處理工藝的設(shè)計參數(shù)，這樣勢必造成工程投資和運行費用過高，其結(jié)果是建不起、也用不起。缺乏有針對性的治理技術(shù)及工程設(shè)計參數(shù)制約了農(nóng)村污水治理工作的發(fā)展。

二、人工快滲

（一）技術(shù)背景

人工快滲工藝（Constructed Rapid Infiltration，簡稱CRI工藝）源于原始土地處理法中的快速滲濾工藝（Rapid Infiltration，簡稱RI工藝）。RI系統(tǒng)由滲濾池、供排水系統(tǒng)、調(diào)整系統(tǒng)和預(yù)處理系統(tǒng)（格柵、均質(zhì)池等）構(gòu)成，其歷史較長，如美國的卡柳特系統(tǒng)（Calumet RI）建于1887年，喬治湖系統(tǒng)（George Lake RI）建于1939年，這些工程仍在運轉(zhuǎn)。進(jìn)入19世紀(jì)60年代后，城市污水排放量迅速增大，污水快速滲濾系統(tǒng)造價低、能耗少的作用又被重新認(rèn)識和估價。在我國，土地處理技術(shù)經(jīng)過“七五”、“八五”聯(lián)合科技攻關(guān)，實現(xiàn)了從小試、中試到實用規(guī)模的試驗、示范研究，確立了完整的技術(shù)分類系統(tǒng)，明確了各種類型的工藝特征、技術(shù)要點和工程參數(shù)，為在我國推行這項技術(shù)提供了有力保證[2、3]。

CRI系統(tǒng)就是在這種背景下發(fā)展起來的，自2000年以來，由深圳市深港產(chǎn)學(xué)研環(huán)保工程技術(shù)股份有限公司、北京大學(xué)深圳研究生院、中國地質(zhì)大學(xué)（北京）等企業(yè)單位、科研院所的科技人員組成的專業(yè)研發(fā)團(tuán)隊開展了CRI系統(tǒng)的核心技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用性研究，取得了大量的研究成果及運行管理經(jīng)驗。并成功解決了該技術(shù)不適用于北方寒冷地區(qū)冬季穩(wěn)定運行的難題[4]，拓寬了其應(yīng)用范圍。

（二）工藝流程

CRI系統(tǒng)分為預(yù)處理單元（隔柵、預(yù)沉池等）和主反應(yīng)單元（快滲池）兩部分，流程如下圖所示：

圖1CRI系統(tǒng)工藝流程示意圖

CRI處理工程在工藝流程上都是以人工快滲池為主體，前處理構(gòu)筑物去除水體中部分SS和顆粒有機(jī)物，防止后續(xù)的人工快滲系統(tǒng)發(fā)生堵塞；同時在一定程度上降低進(jìn)入快滲池的污染物的濃度，提高后續(xù)人工快滲池的水力負(fù)荷。

（三）技術(shù)原理

CRI系統(tǒng)采用滲透性能良好的CRI介質(zhì)（以一定級配的天然河砂為主，并摻入活性礦物填料），采用干濕交替的運轉(zhuǎn)方式，污水自上而下流經(jīng)填料的過程中發(fā)生綜合的物理、化學(xué)、生物作用，使污染物得以去除，其中生物作用是主要的污染物去除手段。

1．有機(jī)物去除機(jī)理

在CRI系統(tǒng)中，有機(jī)物的去除首先是通過滲濾介質(zhì)及其表面的微生物的過濾吸附作用而截留在系統(tǒng)內(nèi)，再通過微生物的作用特別是落干期好氧微生物的降解作用而獲得最終去除的?？鞚B池對COD和BOD的去除率均在90％以上。

2．氮類污染物去除機(jī)理

在CRI系統(tǒng)中，氨氮一般先通過介質(zhì)吸附，再在硝化細(xì)菌的作用下被氧化成硝氮而得到去除。為進(jìn)一步提高對總氮的去處理，在人工快滲系統(tǒng)中增加了后序的生物塘處理，有效提高了系統(tǒng)整體的出水指標(biāo)。CRI系統(tǒng)對氨氮的去除率可以達(dá)到90%以上。

3．磷的去除機(jī)理

CRI系統(tǒng)除磷機(jī)制主要是滲濾介質(zhì)的吸附、化學(xué)沉淀和生物降解。為進(jìn)一步提高對總磷的去除，在人工快滲系統(tǒng)前處理中增加了絮凝沉淀工藝，有效提高了系統(tǒng)整體的出水指標(biāo)。

（四）技術(shù)特點

1．節(jié)能高效

人工快滲污水處理工藝是一種節(jié)能高效的符合節(jié)能減排理念的污水處理技術(shù)。在污水處理廠的運行中，最大的能耗在鼓風(fēng)曝氣上，約占污水處理廠總能耗的50%，此外，像污泥回流、污泥脫水等部分也占據(jù)著相應(yīng)較大比例的能耗。人工快滲污水處理系統(tǒng)運行時，不需要曝氣，不需要設(shè)置二沉池，同時系統(tǒng)不產(chǎn)生活性污泥，極大地減少了能源消耗，提高了能源利用率。下表是人工快滲技術(shù)與其他污水處理技術(shù)處理噸水的能耗對比。