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人工快速渗滤系统研究综述

发表时间：2020/12/15 来源：《基层建设》2020年第24期作者：王万红

[导读] 摘要：目前人工快速渗滤系统在国内外有广泛的使用，在处理生活污水方面发挥了重要作用。

        兰州交通大学环境与市政工程学院甘肃兰州 730070
        摘要：目前人工快速渗滤系统在国内外有广泛的使用，在处理生活污水方面发挥了重要作用。围绕人工快速渗滤系统处理生活污水特点，从填料性能、工艺参数、处理污染物机理、系统富氧问题、系统堵塞与恢复问题、展望等方面来对人工快速渗滤系统进行比较全面的阐述。
        关键词：人工快速过滤技术；填料性能；工艺参数；污染物去除机理；系统富氧问题；系统堵塞与恢复问题；展望
        “人工快速渗滤系统（constructed rapid infiltration system，简称CRI 系统）”是近年来出现的一种低能高效、环境友好型污水生态处理技术。与传统污水处理技术相比，该系统无二沉池，不产生污泥，极大减少能耗，降低投资成本和运转费用，同时占地面积少、水力负荷高、出水效果好，操作管理简便。CRI系统使用渗透性能良好的天然砂，同时添加一定量的特殊填料，代替传统土地渗滤法的天然土层，采用干、湿交替运行布水方式，有效提高系统复氧能力和污染物去除效果。近年来，CRI系统在城市、农村及公路等污水处理领域应用日益广泛。
        1.填料性能
        CRI系统填料一般选用具有一定渗透性能和阳离子交换容量的粉砂、细沙、中沙或砾石等天然沙砾石，同时添加一些辅助性填料，例如火山岩、沸石等，火山岩和沸石能够为微生物提供理想的载体，有利于微生物附着和生长，有效提高系统除污效果。砂砾是快渗系统填料主要组成部分，其种类、粒径等参数对快渗系统能否正常运行发挥着重要的作用。有学者研究发现，砂砾对于颗粒COD具有很好的去除效果，砂粒比表面积大、空隙直径越小，去除效果越好[1]。
        填料层厚度是CRI系统的重要参数，填料层厚度越大，其除污能力越强，出水水质越好，但工程造价和建设难度也随之增加，填料层厚度也是目前研究重点。刘传的研究表明，填料层厚度在 50 cm 左右时，出水COD、TN、NH3－N 以及 TP 达到GB18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准[2]。
        2.污染物的去除机理
        土地处理技术是应用生态学原理与工程学方法相结合而形成的生态工程水处理技术。土地处理系统污染物的去除机理包括土壤的过滤截留、物理和化学分解和沉淀、植物和微生物摄取、微生物的氧化降解、蒸发等。目前这方面的研究主要集中在对微生物的培养、微生物在系统中的分布、微生物量、微生物活性、具体的菌种（如硝化菌、反硝化菌）以及COD、氮、等去除机理的研究。
        3.工艺参数
        人工快渗系统运行参数主要为水力负荷、水力负荷周期和湿干比，三者对系统去除污染物效果有重要的影响。
        CRI系统常用水力负荷为1.0～2.0 m/d，通过加强预处理和改进快渗池构造等方法能有效提升系统水力负荷，增强系统去除污染物的能力。何江涛等人在河北涿州的CRI工程平均水力负荷为2.943m/d，此时各污染组分仍能得到较好去除率[3]。
        实例工程表明，通过适当缩小水力负荷周期，在提高系统复氧效率同时，能够延长污水停留时间，从而提高污染物去除效率。

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张永华等人研究表明，较小水力负荷周期下，水力负荷为2.12 m/d 时，出水水质仍旧稳定，出水COD和阴离子表面活性剂浓度达标[4]。
        湿干比大小对CRI系统能否高效、稳定运行有重要影响。间歇性进水落干运行方式为CRI系统提供了有利于硝化反应发生的氧化环境，在提高快渗池水力负荷同时，能够强化硝化－反硝化反应效果，将NH3－N去除率提升到90.0% 以上，TN去除率可达80.0%以上[5]。
        4.系统富氧问题
        复氧是困扰CRI系统已久的问题，目前常用的增加系统复氧的方法主要有3种：一是采用干湿交替的工作方式进行系统复氧，二是设置通气管对系统内部进行复氧，三是利用植物的根系对系统内部进行富氧。
        杨小毛等通过研究系统内部气体压力变化，解释了CRI系统的主要复氧过程。研究结果表明：淹水期结束时，气体压力在较短的时间内达到最大负压值后迅速回升到一个微小负压状态，系统在这一微小负压状忐持续较长的时间直到其内部压力与大气压平衡；系统安装一个通气管其复氧平衡时间缩短30min[6]。
        5.系统堵塞与恢复问题
        堵塞问题是人工快速渗滤系统推广应用面临的污水土地处理系统研究的重要内容之一。它不仅影响系统的水力负荷，而且也会大大缩短系统的使用寿命。有的学者认为总浮物的截留、吸附是造成堵塞的主要原因，也有学者认为微生物的生长是造成堵塞的主要原因。
        6.展望
        CRI系统经过多年的试验和研究已经有了一定的理论基础和实践经验，但仍需进一步的研究和发展。一方面，应增加试验周期，分析长期运行对介质理化性质的改变和长期淹水对水中微生物活性的影响，以及可承受污水浓度最大值和运行中各方面最优参数的变化规律，并对各种条件下的运行情况进行汇总和归纳，以便指导不同地区的应用。另一方面，CRI系统对TN的去除还并不理想，尤其是对硝态氮的去除效果尤为不佳，如何更加彻底的去除TN，扩大系统出水的可利用范围，是今后研究的主要方向和技术攻关的重点。
        参考文献：
        [1]孙宗健.人工土壤渗滤的吸附效应[J].环境科学与技术，2009，32（7）：41-45．
        [2]刘传.滤料厚度对人工快渗系统处理生活污水效果影响研究[C].∥中国环境科学年会学术年会优秀论文集，2008．
        [3]何江涛，张达政，陈鸿，等.污水渗滤土地处理系统中的复氧方式及效果[J].水文地质工程地质，2003（1）：103-106，109.
        [4]张永华.水力负荷周期对人工快渗系统污染物去除效果的影响[J].华北水利水电学院学报，2004，25（3）：68-71．
        [5]郭劲松.湿干比对人工快渗系统除污性能的影响［J］.中国给水排水，2006，22（17）：9-13．
        [6]杨小毛，人工快速渗滤污水处理系统装置.北京市，中国地质大学，2014-04-08.
        作者简介：
        王万红男 1990.09.05 单位：兰州交通大学环境与市政工程学院学历：硕士在读。