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人工快渗污水处理技术及其在湖北地区的推广应用
点击次数:1238次  发布日期:2015/6/29 13:07:11
摘要: “十二五”期间,随着我国国民经济发展和环境保护需要,各种污水处理技术应用于城市和农村污水处理工程之中。本文推荐一种拥有我国自主知识产权的人工快渗污水处理技术,通过介绍该技术在湖北省石首市、广水市、随县等城镇和湖北农村环境连片整治的应用实例,显示该技术具有基建投资少、运行成本低、管理方便、使用寿命长等优点,非常适合我国城乡中小型污水处理工程建设,在城镇和农村污水处理方面具有良好的可行性及广泛的市场前景。
    关键词:推广应用;人工快渗污水处理技术;湖北地区
   Application and promotion of Constructed Rapid Infiltration System in Hubei Province
   Abstract:At present, rural domestic sewage treatment market is growing rapidly in domestic sewage treatment industry. for this situation, constructed rapid infiltration system was referred in this paper for its small investment; low running cost, easy management, and long life, and the application of CRI technology in Shishou, Suixian, Guangshui of Hubei province was introduced in detail in this paper ,so as to indicate that CRI technology is feasibility and has a great market prospect.
   Keywords:Rural domestic sewage treatment;Constructed rapid infiltration system(CRI); Hubei province
   “十一五”期间我国城镇水务事业快速发展,截至2010年9月底,全国建成2630座城镇污水处理厂,日污水处理能力达到1.22亿立方米。新时期,污水处理设施中小型化和分散化成为我国污水处理行业的新趋势,中小城镇污水处理市场迅速发展,农村污水处理市场空间巨大。“十二五”期间,我国水环境污染治理工作的重心将进一步由中心城区向郊区农村转移,而中小城镇和农村地区的水环境污染治理关系到我国环境状况和可持续发展的战略目标,在中小城镇和农村地区推行以分散化处理为主的水污染治理模式,是继大中城市污水治理后的一个新的战略目标。湖北省是我国农村环境联片整治八个示范省份之一。2011年初,湖北省环保厅和财政厅联合下发《湖北省农村环境连片整治示范项目管理暂行办法》(鄂环发[2011]5号),旨在进一步规范农村环境连片整治示范项目管理,确保项目顺利实施,有效解决农村突出环境问题,改善农村环境质量,提高广大农民生活质量和幸福指数。人工快渗污水处理技术作为国家发明专利技术,已经获得国家发改委、住建部和环保部专家认可和推荐,在国内已经得到成功应用和广泛推广。本文仅以该技术在湖北地区目前已实施的几个污水处理工程为例,介绍一些该技术应用的相关情况。湖北俗有千湖之省的美誉,水乃湖北之魂,是湖北发展之命脉。保护好水环境,加强城乡生活污水处理工作,打造“蓝天碧水”的自然环境,是我们这代人义不容辞的责任。人工快渗污水处理技术特别适合于湖北地区的应用,具有广阔的市场前景,应“因地制宜,予以推广”。
    1、人工快渗污水处理技术特点及其应用
    1.1 技术概要及来源
    人工快渗污水处理技术(Constructed Rapid Infiltration System,简称CRI系统)是在传统快速渗滤系统(Rapid Infiltration System,简称RI系统)基础上发展起来的一种崭新的生态污水处理技术,它通过有控制地将污水投放于人工构筑的渗滤介质的表面,使其在向下渗透的过程中经历不同的物理、化学和生物作用,在过滤截留、吸附和生物降解的协同作用下去除污染物[1]。CRI 系统克服了传统RI 系统水力负荷低的缺点,保留了其设备简单、投资少、能耗低和出水水质好等优点,因而具有广阔发展前景[2] 。
    与传统二级污水处理技术相比,CRI技术具有其独特的优点:(1)建设和运营成本低。CRI系统工艺流程简单,不需要曝气,不用污泥回流,不产生活性污泥,其建设成本是传统方法的1/2,直接运行成本是活性污泥法的1/3,其它传统方法的1/2。(2)污染物去除效率高、出水效果好。(3)操作、运行简便。CRI系统工艺简单,构筑物较少,自动化控制程度高,对运行管理人员要求不高,十分便捷。(4)建设周期短。规模低于千吨/日的工程一般能在几个月内建成。
    近年来,CRI系统在西方一些发达国家获得了广泛的应用[3,4],国内也有相关的试验研究和示范工程[5~8],该系统愈来愈成为污水资源化的重要手段。自2001年开始,专利权人深圳市深港产学研环保工程技术股份有限公司、中国地质大学(北京)与北京大学合作进行CRI技术研究开发。2001年9月首先在深圳市宝安区茅洲河进行CRI系统的中试研究,确定了CRI系统水力负荷值与水力负荷周期[9]。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[10]。截至2009年6月,CRI系统在我国多个地区得到了推广和应用,已建与在建工程近50个,其中较多工程用于中小城镇污水处理,如双流县大林镇生活污水处理工程、北京市昌平区后桃洼60m3/d污水处理设施、北京市昌平区庆陵60m3/d污水处理设施、北京市昌平区桃峪口80m3/d污水处理设施等等,这些工程的建设为CRI系统于中小城镇污水处理的推广应用积累了丰富的经验。
    1.2  CRI系统工艺原理
    CRI系统是在快速渗滤系统的基础上,填充渗透性能良好的CRI介质,采用干湿交替的运转方式,利用滤料表面生长的丰富生物膜对污水中的污染物质进行物理化学吸附以及生物降解。在淹水期,污水自上而下流经滤料层,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;在落干期,滤料表面的生物膜在好氧状态下对附着在填料内部的污染物进行好氧生物降解,从而使污染物在系统中得以最终去除。
  (1)有机物去除机理
    在CRI系统中,有机物的去除首先是通过渗滤介质及其表面的微生物的过滤吸附作用而截留在系统内,并通过微生物的作用特别是落干期好氧微生物的降解作用而获得最终去除的。快渗池对COD和BOD的去除率均在90%以上。
  (2)氮类污染物去除机理
    在CRI系统中,氨氮一般先通过介质吸附,再在硝化细菌的作用下被氧化成硝氮而得到去除的。为进一步提高对总氮的去处理,在人工快渗系统中增加了生物塘处理工艺,有效提高了系统整体的出水指标。CRI系统对氨氮的去除率可以达到90%以上。
  (3)磷的去除机理
    CRI系统除磷机制主要是渗滤介质的吸附、化学沉淀和生物降解。为进一步提高对总磷的去除,在人工快渗系统前处理中增加了絮凝沉淀工艺,有效提高了系统整体的出水指标。
    1.3  CRI系统工艺流程
    CRI系统分预处理单元(隔栅、预沉池、砂滤池等)和主反应单元(快渗池)两部分,如下图所示:
    CRI处理工程在工艺流程上都是以人工快渗池为主体,预处理方式采用砂滤池或者平流沉淀池。预处理构筑物去除水体中部分SS和颗粒有机物,防止后续的人工快渗系统发生堵塞;同时在一定程度上降低进入快渗池的污染物的浓度,提高后续人工快渗池的水力负荷。污水通过快渗池,产生综合的物理、化学和生物反应使污染物得以去除,其中主要是生物化学反应。一般预处理系统可以采用普通沉淀、一级强化絮凝工艺等。清水收集系统的功能是收集经过快渗系统处理的清洁水以供回用。经过CRI系统处理后的出水可回用于绿化、冲洗路面和冲厕等。
    CRI系统采用干湿交替的运转方式,即在各快渗池里淹水和落干相互交替运行,一般每日3~5个周期。此外,在适当时间间隔内,要对快渗池表层填料进行常规翻晒保养。
    1.4  CRI技术水平
    CRI系统于2004年通过了由中国环境科学研究院工程设计中心组织的、以刘鸿亮院士为主任的专家鉴定,获得了较高的评价,认为该处理工艺具有国内先进水平。2006年,CRI系统被正式授予国家发明专利(ZL2004 1 0073951.8);同年被认定为高新技术项目。近10年的工程应用中,CRI处理工艺不断改进,得到越来越多单位的认可和推荐,获得一系列荣誉证书,其中包括:2003年,被国家发改委推荐为“我国中小城镇污水处理遴选技术”;2004年至2008年,连续被中国环保产业协会认定为国家重点环境保护实用技术;2007年,入编国家建设部《<建设事业“十一五”技术公告>技术与产品手册》。2010年,国家住房和城乡建设部、环保部对CRI系统给予了高度评价,认为该工艺技术先进,投资节省,运行费用低,操作维护简便,适合中国国情,在我国应“因地制宜,予以推广”。
    1.5  CRI系统的处理效果
    CRI系统对污染物的去除效果为:CODcr达90%以上,BOD5达90%以上,SS达95%以上,氨氮去除率为90%左右,总磷的去除率可达50~70%以上。城市生活污水经该工艺处理后一般达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的一级A标准或达到人体非直接接触的景观回用水及绿化回用水的水质要求;受污染的水体经过该工艺处理后,可达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)V类标准,是河流水体水环境修复工程的新型工艺。
    2、人工快渗污水处理技术在湖北地区的应用推广
    目前,CRI系统工程已广泛应用于北京、广东、广西、重庆、四川、山西、山东、江苏、安徽、湖南、湖北、黑龙江和香港等十几个省、市和地区,建设了近百个实用工程,单个工程处理规模从几十吨/日、几百吨/日、千吨/日、万吨/日到十万吨/日不等。其中,湖北正在建设或已建成的人工快渗污水处理工程有6项,近期处理规模总计可达到8.045万吨/日。CRI系统工程经过多年的应用推广,工艺技术上已非常成熟,特别适合我国城市和农村污水处理设施的建设。限于各种因素,CRI系统工程2010年才进入湖北市场,人工快渗污水技术在湖北的应用推广尚处初级阶段,但反响较好。
    2.1 湖北石首市城南污水处理厂
    为改善石首市城市环境,保护天然水体水质,提高城市居民生活质量,石首市人民政府决定建设石首市城南污水处理厂。服务范围为石首市城区南部,服务人口规模近期为10.08万人,远期(2020年)为12.06万人。对石首地区用水量进行调查分析,并结合石首市城市发展要求与经济发展状况,石首市城南污水处理厂设计采用人工快渗污水处理技术建设,近期规模确定为2.0万吨/天,远期处理规模确定为4.0万吨/天,占地面积37亩(污水处理厂的工艺流程图见图2,设计进出水水质如表1)。
    石首市城南污水处理厂由深圳市深港产学研环保工程技术股份有限公司以BOT方式投资建设。目前工程已基本建成,不久即可投入使用。该污水处理厂(不含管网)的单位经营成本为0.30元/吨,单位总成本0.50元/吨,综合排污费收取0.77元/吨。
    2.2  湖北广水城区污水处理工程
    广水市地貌类型多样,自然风景优美,旅游资源丰富。部分未经处理的生活污水和工业废水直接排入广水河,造成广水城区水体环境的污染和生态环境的破坏,影响了该市的经济建设及其旅游业的发展,为解决这一问题,特建设广水市广水城区污水处理厂。根据市内污水预测数据,并结合广水地区实际情况,在城市总体规划指导下,采取全面规划、分期实施的原则,使工程建设与城镇发展相协调。确定服务期限内(2020年)工程规模为2.0万m3/d,总占地面积为47.9亩,其工艺流程图见图4,进出水水质设计如表3。
     广水污水处理厂由深圳市深港产学研环保工程技术有限公司以BOT方式投资建设运营。目前,广水污水处理厂工程各项准备工作已全部完成,今年6月份可正式动工,预计明年2月可建成运行。该污水处理厂投资总额约为3139.60万元,经营期为30年,直接运行成本为0.26元/吨。
    2.3  湖北随县污水处理工程
    随县是我国新成立的一个县份。随县人民政府组织为提高人民群众生活质量,改善城区环境,促进社会经济持续健康发展,使随县真正成为一个资源节约、环境友好型的特色旅游城市,在新县城统一规划建设中同时安排实施随县污水处理工程。拟建的随县城市污水处理工程服务范围主要是县城城区。服务区内现状服务人口约4.5万人,近期(2015年)为9.1万人、远期(2020年)为19.7万人。设计采用人工快渗污水处理技术,根据县城污水总量预测结果,并考虑工程的合理分期,确定随县城区污水综合治理工程规模为:近期:4万m3/d;远期:8万m3/d,总占地面积约为120亩,近期规模用地约65亩,预留远期用地约55亩(其工艺流程图见图3,进出水水质设计如表2)。
    目前,该工程已完成项目扩初设计和施工图设计审查,预计今年下半年可开工建设。经预算,该污水厂年经营成本费用为525.91万元,年总成本费用为691.51万元,单位经营成本为0.360元/吨,单位总成本为0.474元/吨。
    2.4 北咀新村、老屋汤村和群益村梁湖农庄农村生活污水处理站
    目前,湖北省正在进行两型社会的试点建设和农村环境联片整治示范建设,省委省政府拟在农村环境保护工作中全面实施四个两的工作模式,通过“两清”(清洁种植、清洁养殖)、“两减”(农药减量化、化肥减量化)、两治(村庄整治、畜禽养殖污染治理)、“两创”(生态乡镇创建、生态村创建),改善湖北省城乡特别是农村的环境状况。该工作模式取得了良好成效,得到国家环保部财政部等部门的充分肯定。
    为推进全省农村环境联片整治示范建设,湖北省环保厅在2010年9、10月份组织专家多方收集适合农村污水处理的技术工艺方法。通过比较遴选,最后确定用人工快渗污水处理技术进行示范项目试点。省环保厅会同武汉市及江夏区环保局精心策划,结合新农村建设和梁子湖及其流域保护,将江夏区北咀新村、老屋汤村和群益村梁湖农庄三处作为示范项目建设试点。近年来随着武汉市经济的不断发展,人民生活水平的不断提高,人们在生活过程中产生的污水也越来越多,产生的污水如果得不到有效处理将会通过各种渠道进入梁子湖污染梁子湖水体,污染水体环境。这三个项目均位于武汉市江夏区梁子湖景区周边,它的建设既是农村环境联片整治的示范,也是对梁子湖及其流域水环境保护的示范,具有明显的示范作用和重要的意义。
    北咀新村等三个农村污水处理站示范项目,由深圳市深港产学研工程技术股份有限公司及其在湖北投资成立的湖北绿泉源环保科技有限公司负责设计和施工建设,采用人工快渗污水处理加高效生物塘技术工艺,因地制宜设计和布局。三个示范项目在今年三月份动工,五月基本建成。现已建成的三个农村生活污水处理站各具特色,与已建成的农民新村和谐配套,浑圆一体,不仅为社会主义新农村增添了一抹靓丽的风景,更重要的是将彻底改变过去农村生活污水乱排放的局面,改善农民的生活环境,从源头上减少了对梁子湖及其流域的水污染,使新时代的农民过上了与城里人一样甚至更加美好的生活。湖北省和武汉市有关领导视察这三个示范项目后,充分肯定了项目建设的必要性和成功经验,建议各级环保部门和有关方面要好好总结经验,进一步完善今后的设计和施工,以利于更好地在武汉市和湖北省范围推广应用。
   (1)北咀新村生活污水处理站
    北咀新村位于武汉市江夏区梁子湖景区内,是梁子湖景区管委会为保护梁子湖水环境改变原来居民分散居住现状新建的集中居住地。北咀新村生活污水处理站设计日处理规模为300吨,将可满足北咀新村现在和未来规划3000人居民生活污水的处理。该处理站位于北咀新村内,用地面积约为851.9m2,采用人工快渗污水处理工艺,污水处理站年直接成本费用为0.741万元,吨水直接运行成本为0.068元/吨。
  (2)老屋汤村生活污水处理站
    老屋汤村位于武汉市江夏区五里界街,新村已新建10栋6层高的楼房,近期拟搬入住户110户,远期入住330户。老屋汤村生活污水处理站设计规模为日处理100吨生活污水,占地面积为473.5m2,采用人工快渗污水处理工艺,污水处理站年直接成本费用为0.344万元,吨水直接运行成本为0.094元/吨。
  (3)群益村梁湖农庄生活污水处理站
    群益村梁湖农庄是新农村建设又一典型,其集观光农业、为城里人休闲度假服务于一体,农村商业经营更突显环境保护的重要。群益村梁湖农庄污水处理站设计规模为日处理污水50吨,可满足农庄500人同时消费产生的污水的处理需要。该项目占地面积约为447.3m2,采用人工快渗污水处理工艺,污水处理站年直接成本费用为0.216万元,吨水直接运行成本为0.118元/吨。
    上述三个项目均属于农村联片整治污水处理示范工程,对新农村建设中水环境综合治理工作的展开具有十分重要的作用,示范效应显著。
    3、结论与展望
    人工快渗污水处理技术具有工艺流程简单、系统水力负荷高、投资运行成本低、建设周期短、出水效果好等优点,在我国南方应用反应良好,即使在我国北方地区应用时所需要的保温防冻问题也已解决。推广应用的实践证明,该技术非常适用于我国城镇污水处理、河道水环境修复、污水资源化等领域,对于我国中小城镇和农村地区的污水处理具有较高的应用价值。目前,深圳市深港产学研环保工程技术股份有限公司在湖北投资建设的几项示范工程特别是在武汉市江夏区建设的三个示范项目正在建设或已经建成,综合以往工程建设运行经验,这些项目特别是农村生活污水处理示范工程,将作为农村环境连片整治推荐技术进行应用推广。届时,人工快渗污水处理技术在湖北省城市和农村环境连片整治示范建设工作中将充分发挥出其技术和市场竞争优势,推动湖北省农村环境连片整治示范工作由点及面迅速铺开,预计2~3年内可新增建设一大批农村小型污水处理工程,突显更加重要的社会经济和环境效益。
 
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