一种污水生态处理技术080321Word文档格式.docx

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CRI系统作为一种污水生态处理方法，基本保持了微生物的“天然”生长状态（这里的天然是相对于常规二级生化处理法而言，人为干扰控制的因素少），有机物降解和氮转化等都是在微生物作用下完成的，微生物的多寡直接影响系统的污水处理效率。

在CRI系统中，各个微生物类群广泛地分布于快渗池中，不同类群的微生物的数量和空间分布存在很大差异。

在数量上，好氧菌占有绝对优势，厌氧菌、放线菌、真菌虽然在不同的沙层中含量有所不同，但处于同一个数量级。

在空间分布上，各种微生物大都呈现出从表层到底层数量逐渐减少的规律。

总而言之，CRI系统通过模拟土壤含水层系统所具有的潜在天然净化机理对污水进行综合处理，同时在过滤截留、吸附和生物降解的协同作用下使污染物得以去除，使水质得到不同程度的改善，实现污水的无害化和资源化。

随着对CRI技术研究的逐步深入，CRI系统建设的日益完善，以及CRI技术在污水处理和受污染河水治理方面的巨大优势，人工快渗处理系统在工程上得到了越多越多的推广和应用。

目前，仅在深圳市已经投入运行的CRI系统就有十多处，此外还有在河北、四川、陕西等地区推广的项目。

总体来看，系统运行正常稳定，出水水质良好，具有较强的抗负荷冲击能力。

在出水水质指标中，COD、BOD、SS、NH4-N能够达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级标准中的A标准，并且长期运行水质仍然能够得到保证。

综上所述，作为近年来刚刚产生的一种新型污水生态处理技术，CRI技术具有很多优点，但目前还处于技术完善的阶段，其中氮磷的有效去除、针对高浓度废水处理时的复氧问题、以及在北方地区的冬季运行等问题还需要得到很好的解决，因此，我们将进一步加强CRI系统研究，不断完善该技术，改善出水水质，并不断拓宽其应用范围，为进一步实现污水资源化、节约水资源做出贡献。

Abstract:

Constructedrapidinfiltration（CRI）systemisabrandwastewatertreatmentsystemthathasbeendevelopedfromthetraditionalrapidinfiltration（RI）system.TheCRIsystemnotonlysurmountstheshortcomingofhavingalowhydraulicloading（HL）ofthetraditionalRIsystem,butalsoreservestheadvantagesofsimple,low-costconstructing,lowenergyconsumingandhavingagoodeffluentquality.Duringthedevelopmentcourse,RIsystemandconstructedwetlandsystemweremainlyusedforreferences.Bylearningfromtheiradvantagesandoffsettingtheirweaknesses,theCRIsystem,anewwastewatertreatmenttechniquewithitsspecialcharacteristicswasdevelopedstepbystep.

TheConstructedrapidinfiltrationsystemisdesignedtotreatdomesticwastewaterandpollutedriverwaterbyadoptingalluvialsand,sinteredaggregate,coalgangueandthelike.TheeffectsofoperationpatternandworkmanshipuponthepollutantremovaleffectofCRIarestudiedatahighhydraulicloadingcondition.Theworkingmethodologyoffloodinganddryingisdevelopedfromtherapidinfiltrationsystem.Therefore,thehydraulicloadingcycleisanimportantparameterinCRI’sdesign.Furthermore,thesaturatedlayerprovidesanaerobicconditionfordenitrifyingbacteriawithalong-termwaterloggingstatus.Itincreasestheremovalrateoftotalnitrogen.Fluoritesandfilledinthesaturatedlayerincreasestheremovalrateoftotalphosphorus.

Asanecologicaltreatingtechnique,theCRIsystemprovides“natural”environmentforthegrowthofmicroorganism.Allkindsofmicroorganismdistributewidelyintheinfiltrationtank,however,theamountandspacedistributearedifferent.Theaerobicbacteriahaveabsoluteadvantageinamount;

amountsofeachkindofmicroorganismallshowtheruleoftheamountdecreasinggraduallywiththedepth.

ConstructedrapidinfiltrationsystemshavebeenbuiltinShenzhen,whicharerunningnormallyandstablywithhighoutletwaterqualityandhighcapabilityifbearingshockload.Outletqualityindexes,suchasCOD,BOD,SS,NH4-NcanreachtheAcriterion,standardIinContaminationEmissionStandardforCivilSewageTreatmentWorks,andcanbeensuredinlong-termrunning.

AlthoughCRItechniquehasalotofadvantages,asanewlydevelopingtechnique,itstillneedsfurtherstudy.Problemslikerunninginwinter,effectiveremovalofTNandTP,treatmentofhighconcentrationwastewaterareneedtobesolved.Itissuggestedthatsystemicstudybestrengthened,techniquesbeconsummated,outletwaterqualitybeimproved,andapplicationextensionbedeveloped.Thenitwillcontributemoreinutilizationofsewageresourceandeconomizationofwaterresource.

1原理与方法

1.1CRI的基本特征

人工快渗系统（CRI）是一种新型的污水生态处理方法，是在污水快速渗滤（RI）系统的基础上发展起来的，该系统的快渗池内填充一定颗粒级配的天然介质，并搀入一定量的特殊填料，采用干湿交替的运行方式，既保证有较高的水力负荷（1.0～2.0m/d），又能满足出水的处理目标。

CRI的工艺原理为：

在快渗池中填充一定量的粒径比较小的滤料，在正常运行过程中，滤料表面生长生物膜。

当污水流经时，由于滤料呈压实状态，利用滤料粒径较小的特点，滤料中粘土性矿物和有机质的吸附作用以及生物膜的生物微絮凝作用，截流和吸附污水中的悬浮物和溶解性物质；

同时滤料的高比表面积带来的高浓度生物膜的降解能力对污水中污染物快速净化。

CRI对有机污染物的去除主要为过滤截流、吸附和生物降解作用共同完成。

过滤截流和吸附作用在CRI系统中主要起调节机制，而有机污染物的真正去除主要靠生物降解。

一般来说，CRI系统具有以下几方面主要特征：

（1）渗滤介质一般选择既具有一定的渗透性，又具有一定阳离子交换容量的粉沙、细沙、中沙或砾石等天然沙砾石；

（2）滤层厚度一般为1～2m；

（3）水力途径一般是垂直流，污水自上而下自流通过渗滤介质；

（4）快渗池之后不需再设二次沉淀池；

（5）一般不需曝气和反冲洗；

（6）由于采用人工建造，机动灵活，不受场地条件限制，不会因渗漏而造成对地下水环境的影响；

（7）采用人工介质回填，系统水力负荷高（一般大于1m/d），占地面积较小；

（8）渗滤介质的可选性，使得系统可以根据不同进水浓度和出水水质要求调整设计参数，机动灵活。

1.2设计运行参数

一、渗滤介质

CRI系统采用人工回填介质，快速渗滤池是CRI系统的主体结构，池中的滤料是CRI系统的核心，因此选用合适的渗滤介质是CRI系统成功的关键。

目前，CRI系统所采用的渗滤介质是有一定粒度级配的河流冲击沙，再加上一定比例的人工大理石砂，渗滤介质一般就地取材，其粒径和其他性能在CRI系统的各项工程和试验中有所差异。

河流冲击沙相对于人工石英砂而言，对COD和BOD有较高的去除率，且出水稳定、耐负荷冲击能力强，这与冲击沙含有一定的粘土矿物和有机质，吸附能力强有关。

因此，在选择CRI系统渗滤介质时，不仅要考虑介质的大小、渗透性能，还要考虑介质的物理化学性状，如吸附性能等。

二、滤层厚度

一般而言，系统的渗滤层厚度越大，系统的纳污能力越强，同时污水在系统中的水力停留时间也就越长。

因此系统的出水水质就会越好。

但同时，滤层的厚度增加，工程投资费用也就会增加，因此，设计合理的滤层厚度并达到满意的出水水质，是工程设计中需要把握的关键。

目前，在运行中的CRI工程中，渗滤介质的厚度一般在1～2m之间，厚度的大小根据进水水质的变化而作适当调整。

一般，对于生活污水，厚度为1.5m，对于受污染的河水，厚度为1m。

在工程中，滤层下面还有一层集水层，一般采用粒径较大的砾石，厚度在0.3~0.5m之间。

三、水力负荷

水力负荷即土地处理系统对污水的处理量，一般采用单位面积上单位时间内施加污水的深度表示。

在保证出水水质的前提下，追求较高的水力负荷，是CRI的主要目标。

目前，在CRI工程设计中，水力负荷的典型值是：

对于河流污水采用1.5m/d，对于生活污水采用1.0m/d。

CRI系统的水力负荷值比RI的水力负荷上限高出3～5倍。

水力负荷与渗透系数是紧密相关的，渗透系数是CRI系统水力负荷的设计依据之一，CRI为了能够有较高的水力负荷，采用的渗滤介质应有较高的渗透系数。

目前，在CRI工程中采用的介质的渗透系数一般在20~25m/d之间。

水力负荷值主要依据经验来确定，因此，今后需要研究一种科学的设计方法来设计水力负荷。

四、水力负荷周期和干湿比

水力负荷周期是指系统一次淹水和一次落干构成的循环。

一般把湿、干延续的时间之比称为湿干比，一旦确定了配水之间和湿干比，也就确定了水力负荷周期。

适宜的配水周期与湿干比的确定，是快滤运行的技术关键，决定或影响着快滤系统的水力负荷和处理效果。

目前，CRI工程大多采用短水力负荷周期的方式布水，典型的方式是每天投配四次，每隔6小时投配一次的方式。

1.3污染物去除机理

一、有机污染物去除机理

CRI对有机污染物的去除主要由机械过滤截留、吸附和生物降解共同完成。

不溶性有机物通过渗滤池的过滤截留、沉淀作用，可以很快的被截留并被微生物利用，可溶性有机物则通过沙层生物膜的吸附、吸收以及生物代谢降解过程而被分解去除。

过滤截留、沉淀和吸附作用在CRI系统中主要起调解作用，有机污染物的真正去除主要靠生物降解。

有机物在淹水期积累，在落干期被氧化分解是CRI系统的重要特征。

在CRI系统中，当污水流经快渗池时，水中绝大部分颗粒状有机物由于渗滤介质颗粒以及生物膜和生物絮体的截留、沉淀和吸附作用而与污水分离，在淹水期，部分颗粒状和大分子物质被逐渐水解为溶解性的、可被微生物直接利用的有机物，并与进水中的溶解性、小分子有机物一起被微生物降解，在落干期，积累的有机物可以在较长时间内逐渐水解和被微生物吸收利用，使CRI系统的纳污能力得以恢复。

在CRI系统中，快渗池上部介质处于厌氧-好氧交替环境，生物膜的组成比较复杂，生物量也相对较大，其中主要包括专性好氧菌、专性厌氧菌和兼性菌等，对于专性厌氧菌来说，其对生存环境的要求要比好氧菌严格得多。

而在CRI系统中，落干期要长于淹水期，也就是说厌氧—好氧交替带中好氧时间要长于厌氧时间，从而限制了交替带厌氧菌的发育。

因此，发生在厌氧—好氧交替带的好氧生物降解是CRI系统去除有机物的主要机制。

二、氮类污染物去除机理

污水中的有机氮通过微生物的氨化作用转化为NH4+-N，氨化作用在好氧、厌氧和兼性厌氧的环境下均可发生，氨氮的硝化作用分两步进行，第一步是NH4+-N氧化为NO2--N的过程，这一过程由亚硝酸菌完成，通过氨化作用，亚硝酸菌从中获得生长所必需的能量。

第二步是由硝酸菌将NO2+--N进一步氧化为NO3--N的过程。

氨化作用和硝化作用只是改变氮的形态，真正的脱氮作用并没有发生，微生物的反硝化作用可以把硝酸盐氮和亚硝酸盐氮转化成气态氮，因而可以被看成是氮元素以气态的形式被永久地从系统中去除，其中反硝化作用所需的碳源从污水中的有机物或微生物细胞组分中得到。

在落干期，快渗池内发生的主要过程是吸附态氨氮的硝化，还存在的反应是吸附态氨氮与有机氮之间的相互转化。

综述所述，在快渗池内发生的氮类污染物的各种转化中，氨氮和硝氮是两个最重要的中间产物，而氨氮的硝化反应和氨氮的吸附反应是两个最重要的转化过程。

三、磷的去除机理

CRI系统对污水中磷的去除主要是通过填料的过滤、离子交换、吸附、共沉淀等作用和微生物的分解作用共同完成的。

污水中的有机磷及溶解性较差的无机磷酸盐都不能直接被快渗系统的微生物吸收利用，必须经过磷细菌的代谢活动将有机磷化合物转变成磷酸盐，将溶解性差的磷化合物溶解，才能被快渗系统中的微生物或填料吸附利用，从而将磷从废水中去除，一般认为磷的转化由解磷菌和聚磷菌两大类微生物所共同作用完成，解磷菌代谢产生的酸可以分解不溶性的磷，聚磷菌则富集磷。

一般认为CRI系统对磷的去除途径主要是填料的吸附和沉淀作用，污水中的磷与可溶性或不可溶性的铁、铝、镁等形成不溶性的磷酸盐而去除，或磷以阴离子的形式与填料表面的离子发生交换而被吸附在基质表面。

2实践与经验

2.1工程实践

自2001年开始，CRI系统首先在深圳市宝安区茅州河进行CRI系统的中试研究，该研究获得了两项重大突破：

一是确定了CRI系统的水力负荷值，二是确定了CRI系统最佳的淹水和落干的水力负荷周期，其成果为后续污水资源化实用工程的工艺设计提供了科学依据。

随后，2001年11月在广东省东莞市华兴电器有限公司建成了第一个实用工程，开始了CRI系统在生活污水处理领域的实际应用，它为CRI系统的推广应用积累了实际运行的经验。

此后，对CRI系统进行了更为深入的研究，探索CRI系统对各种污染物的去除机理，拓宽了该系统的实际应用范围，目前已建成的工程包括：

东莞华兴电器厂、深圳白花洞、深圳绿色高尔夫、深圳同兴塑胶厂、深圳天基等，此外，针对受污染河水的治理工程包括深圳观澜高尔夫牛湖河、布吉河、牛城河等CRI工程。

一、CRI系统治理生活污水的工程应用

以深圳市宝安区白花村CRI工程为例。

白花村生活污水的总排放量为1100m3/d，考虑15%的余量，因此污水处理的规模为1270m3/d，则此工程处理水量为1300t/d。

进水水质参考中等程度污染情况生活污水水质，即其污染物的浓度为：

SS50～350mg/L，CODCr150～500mg/L，BOD5100～250mg/L，石油类为80mg/L，可生化性能较好。

生活污水在进入CRI系统前，需要经过预处理，预处理包括格栅、隔油、预沉和过滤，工艺流程见图1。

图1白花村CRI工程工艺流程

预沉调节池污水停留时间为3.0h，全部置于地下，其主要作用是降低水中的SS，减轻快渗系统的污染物负荷，减少CRI系统的堵塞，保证系统稳定运行。

设计快渗池3座，水力负荷为1.08m/d。

该工程选用两种渗滤介质，过滤池中的渗滤介质为大理石砂，基本上为等粒，粒径为0.9mm。

3个快渗池中的渗滤介质均为河流冲积砂，并均匀混入10%左右的大理石砂。

河流冲积砂的渗透系数为59.54m/d，不均匀系数为5.52。

白花村生活污水处理工程于2003年3月16日正式运行。

从2003年2月至2003年11月，工程连续运行11个月，并于7～10月间进行了连续的水质监测分析。

其出水中主要监测指标均可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级标准中的A标准。

从系统运行情况和水质分析结果可知，CRI系统对生活污水中的CODCr、SS、NH3-N去除效果良好，而对TP的去除效果还有待于进一步提高。

二、CRI系统治理河流污水的工程应用

以深圳观澜高尔夫牛湖河CRI工程为例。

牛湖河水污染治理工程分两期进行，其中一期工程处理规模为5000m3/d，实际处理水量为5000～8000m3/d。

根据《深圳市宝安区2000年枯水期地面水水质监测结果》中的监测数据，以及2002年4月6日现场采样，牛湖河的水质情况为：

SS40～120mg/L，CODCr50～200mg/L，BOD520～100mg/L，氨氮13～20mg/L，TP2～4mg/L。

工艺流程设计如图2。

图2牛湖河CRI工程工艺流程

沉砂/沉淀池设计停留时间约为4.47h，共设置4个尺寸一致的快渗池，其中滤层厚1.5m、集水层厚0.4m、保护高0.3m。

设计水力负荷为1.67m/d（根据经验设计）。

池中滤料选用河流冲积砂加10%大理石砂。

河流冲积砂的有效粒径（d10）和不均匀系数（Cu）分别为0.324mm和4.71，渗透系数65.57m/d。

大理石砂的粒径为0.6～0.8mm，不均匀系数1.8。

牛湖河工程于2003年4月系统进入正式运行，集水池的运行完全由自控装置控制运行。

单个快渗池的运行方式：

按短水力负荷周期运行，水力负荷周期大致为3.5h，淹水期为0.5h，落干期为3h，湿干比为1:

6。

从2003年3月至11月末，工程运行8个多月，在此期间，快渗池大致每隔3个月就需要对表层约15cm厚的渗滤介质进行翻耙，并且晾晒2d，然后投入运行，即可使快渗池的渗滤介质的能力得到恢复。

该项目执行《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中的V类标准，总磷的指标适当放宽到（GB18918-2002）中的一级标准中的A标准。

以上结果表明，CRI系统处理河流污水，其对CODCr、BOD5、SS、NH3-N均能达到处理要求，对TP的去除效果稍差，超标率达38.5%，但是其平均去除率可以达到65.5%，这比传统的二级生物处理法（除专门除磷工艺以外）对磷的去除率为30%～50%高得多。

因此CRI系统在对河流污水的治理中还是具有很大优势的。

2.2处理效果

实践证明，CRI技术对处理城市生活污水和受污染的地表水都具有明显得效果，对COD和BOD的去除率达到85%以上，对氨氮的去除率一般在90%以上，对SS和LAS的去除率达到90%以上，达到了《城市污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级标准中的A标准。

TN和TP的去除效果较差，去除率一般在20%~40%之间。

一、预处理系统对污染物的去除

在CRI系统设计中，选择恰当的预处理系统是十分必要的，CRI系统最常见的预处理工艺是砂滤和平流沉淀。

其主要作用包括以下三个方面。

（1）有效降低进水的SS浓度，防止后续快渗池堵塞，提高系统的水力负荷。

实践表明，经过砂滤池SS浓度降低了30%左右，经过平流沉淀池SS浓度降低了10%左右，这一措施有效缓解了SS在快渗池中的积累，避免造成快渗池堵塞，从而保证系统在较高的水力负荷条件下稳定运行；

（2）降低快渗池的污染物负荷，改善系统的出水水质，经过预处理系统，各种污染物的浓度得到有效的降低，保证了快渗池的出水水质。

实践表明，砂滤池对COD、BOD的去除率约为30%，氨氮去除率在20%左右，总氮去除率在15%左右。

平流沉淀池的预处理效果稍差一些。

（3）提高系统的总污染物去除效率。

前处理系统大大降低了污染物进入快渗池的浓度，保证快渗池的正常运行。

前处理系统与快渗池是相辅相成的，共同作用使得污染物质有序、高效的去除。

此外，最新研究结果表明，混凝