人工快渗(CRI)污水处理工艺在冬季低温环境下的实验研究

技术 | 人工快渗系统处理工艺1、引言人工快渗系统(ConstructedRapidInfiltration,CRI)兼具了污水快渗土地处理系统和人工构造湿地系统的优点,其基建投资少、工艺操作简便、运营成本低,特别适合中小城镇生活污水、受污染地表水、分散污水及市政管网尚未覆盖的边远地区污水的处理。

然而随着有机物的逐级降解,CRI系统后续反硝化段C/N值偏低,总氮去除率仅为10%~35%,不能达标排放,限制了其进一步推广应用。

目前,CRI系统强化脱氮研究多集中在添加碳源、优化填料结构、分段进水等方面,由于这些方法仍然依赖于传统硝化反硝化过程,随着碳源的消耗和反硝化菌活性的降低,系统长期运行的效果并不理想,且在实际运行中由于操作复杂、稳定性差而难以应用。

因此,如何实现CRI系统高效低耗脱氮成为其应用推广的技术难点和研究热点。

近年来,短程硝化反硝化工艺突破了传统反硝化对碳源的限制,整个脱氮过程经NH4+-N→NO2--N→N2完成,具有反应历时短、耗氧量低、节约碳源等优势,为生物处理低C/N值废水提供了新途径。

短程硝化作为该工艺的起始步骤,保持较高的亚硝氮积累率对最终脱氮效能的提升至关重要。

目前,国内外学者通过对DO、温度、pH、水力停留时间、游离氨等单因素或多因素联合控制实现了SBR、A/O、MBR、ABR等工艺的短程硝化，但是针对CRI系统内短程硝化发生机理和调控方法的研究尚未见报道。

由于CRI系统内基质处于非流动体系,进水条件随着填料深度的增加也随之发生变化,单纯依靠过程控制难以实现系统内亚硝氮的有效积累。

此外,由于易受水质波动和环境条件改变的影响,上述方法仍存在过程控制复杂、亚硝化不稳定或效率低的问题。

根据文献报道,一些化学物质如氯、氯酸盐、硫化物、羟胺、叠氮化钠等可对参与硝化反应的氨氧化菌(AmmoniaOxidationBacteria,AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NitriteOxidationBacteria,NOB)产生不同作用，通过控制适宜的抑制剂浓度可以选择性淘汰NOB而对AOB影响较小,因而可以作为快速启动短程硝化的控制因素。

污水人工快速渗滤处理技术摘要：快速渗滤系统（Rapid Infiltration System,简称RI系统）是污水土地处理系统的一种。

传统的RI系统占地面积大，水力负荷低，最高的日水力负荷也仅0.03m，这是由于传统的RI系统主要是利用天然的砂土地进行渗滤，场地土层不均一而使得水力负荷无法提高[1]。

为此，中国地质大学（北京）近年来致力于人工快速渗滤系统（Constructed Rapid Infiltration System, 简称CRI 系统）的研究，到目前已成功地从试验研究转向实际工程应用，并首先在我国南方地区开始推广应用，这一技术目前国外尚未见有研究报导，属于国内首次开发。

关键词：污水人工快速渗滤处理 CRI系统快速渗滤系统(Rapid Infiltration System,简称RI系统)是污水土地处理系统的一种。

传统的RI系统占地面积大，水力负荷低，最高的日水力负荷也仅0.03m，这是由于传统的RI系统主要是利用天然的砂土地进行渗滤，场地土层不均一而使得水力负荷无法提高[1]。

为此，中国地质大学(北京)近年来致力于人工快速渗滤系统(Constructed Rapid Infiltration System, 简称CRI系统)的研究，到目前已成功地从试验研究转向实际工程应用，并首先在我国南方地区开始推广应用，这一技术目前国外尚未见有研究报导，属于国内首次开发。

CRI系统的渗滤池为人工填充的具有一定级配的天然河砂，并掺入一定量的特殊填料，以保证既有较高的水力负荷，又能满足出水的处理要求。

CRI系统是利用快渗池内的人工介质和特殊填料进行的过滤、吸附以及微生物的降解等多种作用的相互结合，使废水中的有机物进行分解去除，从而达到水质净化目的的一种生态学处理方法，它适用于河流污水资源化和生活污水处理。

CRI系统不仅具有操作简单、运行管理方便、低能耗、低投资和低运行管理费用等优点，同时也有水力负荷高和出水水质好等特点[2]。

综 述 油气田环境保护 第18卷·第4期 ·53·──────────＊基金资助项目:黑龙江省科技计划项目(GZ05A601)、省教育厅科技基金 (10541005)戴春雷，大庆石油学院硕士研究生，主要从事水污染防治研究。

通讯地址：黑龙江省大庆石油学院地球科学学院，163318寒冷地区应用人工湿地处理污水研究进展＊戴春雷 刘晓艳 张 雷 李英丽 初 磊（大庆石油学院地球科学学院）摘 要 低温影响人工湿地污水的处理效果，限制了人工湿地在寒冷地区的推广应用。

文章综合分析了影响寒冷地区人工湿地污水处理效果的因素，提出：潜流式的人工湿地具有一定的保温特点，在潜流湿地土壤上面铺盖一定厚度的覆盖物可以提高保温效果，再选择科学合理的工艺流程——复合垂直流等可提高人工湿地的污水处理效率。

有关实例也证明：通过合理的设计，人工湿地可以在寒冷地区成功越冬。

关键词 寒冷地区 人工湿地 污水处理 影响因素 越冬0 引 言随着我国经济发展速度的加快，各类废水排放量不断增加，2006年全国废水排放总量536.8×10８t，比上年增加2.3％。

废水中污染物大大超过环境容量，增加了环境压力。

传统的污水处理只是二级生物处理，主要以去除有机污染物为目的，而对氮、磷等营养物质的去除效果不佳，三级处理虽可解决上述问题，但因投资大和运行费用昂贵而难以大范围推广。

因此，人工湿地处理技术的提出和发展，为综合解决上述问题提供了一种新的选择。

湿地被应用于污水净化始于20世纪50年代，而用人工湿地进行污水净化的研究则始于20世纪70年代末。

人工湿地对于节省资金、保护水环境以及进行有效的生态恢复具有十分重要的现实意义，也越来越受到世界各国的重视和关注。

在美国有600多处人工湿地工程用于处理市政、工业和农业废水(其中400多处被用于处理煤矿废水，50多处用于处理生物污泥，近40处用于处理暴雨径流，超过30处用于处理奶产品加工废水)，在丹麦、德国、英国各国至少有200处人工湿地（主要为地下潜流湿地）系统在运行[1]，新西兰也有80多处人工湿地系统投入使用。

科技成果——人工快速渗滤技术技术开发单位深圳市深港产学研环保工程技术股份有限公司成果简介（一）基本原理人工快速渗滤技术（Constructed Rapid Infiltration Technique，简称CRI技术），是由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）与北京大学深圳研究生院联合开发的，具有自主知识产权的新型污水处理技术。

与传统的快速渗滤污水土地处理工艺不同，CRI技术对土地快渗技术做了全面的强化和提高，采用渗透性良好的CRI介质，以湿干交替的运行方式，使污水在自上而下流经填料过程中发生综合的物理、化学、生物反应，使污染物得以去除。

CRI技术核心是依靠人工快渗池的过滤截留、吸附和生物降解作用实现污染物的去除。

其中，填料表面比表面积巨大的生物膜和两级自然复氧带入的充足溶解氧是人工快渗池优秀去污能力的重要保证；运行阶段后期利用微生物的内源呼吸作用可有效防止生物膜过量增长和脱落造成堵塞。

（二）工艺流程CRI系统一般由预处理单元、主处理单元和后处理单元三部分组成。

预处理单元：若CRI系统进水中含有大量的无机、有机颗粒，将污水直接投配到快渗池上会造成快渗池堵塞、落干时间增加、水力负荷降低等问题。

为了最大限度的发挥CRI系统的优势，对颗粒物进行处理，降低污染物负荷，通常在污水进入人工快渗处理单元之前设置预处理单元。

CRI系统一般采用混凝沉淀工艺、高密度沉淀、复合水解工艺、短程A/O或者A2O工艺作为预处理单元。

主处理单元：人工快渗池是CRI系统的主处理单元，采用渗透性能良好的CRI介质作为填料，以湿干交替的运行方式，使污水在自上而下流经填料过程中发生综合的物理、化学、生物反应，使污染物得以去除。

填料表面比表面积巨大的生物膜和两级自然复氧带入的充足溶解氧是人工快渗池优秀去污能力的重要保证。

后处理单元：为了进一步提高CRI系统出水水质，使CRI系统的出水能够适合排入富营养化风险较高的封闭水体，本公司自主研发了高效复合生物塘（ZL2012102622221）和高效反硝化滤池（ZL2013106055997），提高CRI系统对TN、TP的处理效果。

MBR工艺处理低温污水试验研究[摘要]北方地区冬季温度低，传统污水处理工艺低温下出水水质较差。

MBR 工艺具有高污泥量，处理效率高，膜的高效截留作用，剩余污泥产量少等诸多优点，能够提高低温污水的处理效果。

本文将重点对低温下MBR工艺处理污水性能进行分析和探讨，优化参数。

【关键词】低温；MBR；HRT；溶解氧1.实验水质及实验流程实验采用人工配水，模拟生活污水厂水质，COD：387.1~444.7 mg/L，NH3-N:24.56~33.88mg/L，TN:31.55~54.21mg/L，TP: 5.08~6.8mg/L。

在实验室利用冰箱模拟低温环境试验，考查低温下各项污染物去除效果。

调节反应器运行参数，分别在水力停留时间4h，6h，8h，10h监测污染物的去除效果，探索最适宜的HRT。

再调整系统在最佳的HRT下，调节曝气量使DO分别为1mg/L，3mg/L，5mg/L监测污染的去除情况，探索系统最佳的溶解氧值[1]。

2.常温启动与低温培养系统在常温下启动，经过污泥驯化培养，达到合适的污泥浓度后再逐步进入低温培养，温度控制在8-13℃。

低温时细菌活性下降，初期系统处理效果急剧下降，出水COD达134mg/L，出水氨氮含量达17.68mg/L，总氮出水含量为35.51mg/L。

经过一段时间培养驯化，系统逐渐适应低温环境，运行逐步稳定，处理效果提升。

3．最优水力停留时间的确定在其他条件相同的条件下，改变水力停留时间，分别在HRT为4h、6h、8h、10h运行一个周期（10天），考查系统在不同停留时间下对污染物的去处效果。

如图3-1所示。

通过系统分别在HRT为4h，6h，8h，10h四个周期的运行，测定污染物去除效果。

1.COD的去除，随着HRT的延长，去除效果提高，在HRT为6h,8h,10h时，去除率在88%以上，出水COD含量均在50mg/L以下，达到出水标准。

在系统中，较短的HRT，污泥负荷大，细菌活性高，繁殖快，在一定程度上缓冲高负荷的冲击，但出水COD含量也会随之增大。

人工快速渗滤处理水中氨氮的实验研究刘小娜【摘要】针对的氮污染问题,采用人工快速渗滤法去除污水中的氨氮.研究了不同的渗滤介质,不同干湿比,不同的氨氮浓度,以及不同的渗滤介质高度对于去除效果的影响.结果表明:在不同干湿比的情况下,去除效果最好的渗滤介质为表层土,其次是煤灰,最后是沙子;其去除效果的好坏相对应的干湿比依次为23:1、10:1、4:1;对于废水的进水浓度,在相同的情况下,进水浓度越高,其去除氨氮的效果越好;渗滤介质越高的渗滤系统去除效果越好.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2010(038)002【总页数】3页(P134-136)【关键词】氨氮;人工构建快速渗滤污水处理系统(CRI);干湿比【作者】刘小娜【作者单位】东华理工大学,江西抚州344000【正文语种】中文有控制地将污水投放于渗透性能较好的地地表面,使其在向地下渗透的过程中经历不同的物理、化学和生物作用,最终达到污水净化目标的过程,称为污水快速渗滤土要处理.污水快速渗滤(Rapid Infiltration)土地处理系统常简科为RI系统,由于其作用过程主要发生于土壤和浅部含水层,RI系统有时也被称为"土壤-含水层"处理系统[1].人工快速渗滤系统(Constructed Rapid Infiltration,简称CRI)属于土地处理的一种类型,它是指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,最终达到污水净化目标的过程[2].CRI系统不仅具有操作简单、运行管理方便、低能耗、低投资和低运行管理费用等优点,还有水力负荷高和出水水质好等特点.预沉池的功能主要是降低污水中的SS,以便提高渗池的渗滤速度,防止堵塞.快速渗滤法的主体是快速渗滤池,该系统由至少两个装填有一定厚度砂石填料滤池组成,采用干湿交替的运转方式,通过滤池内的好、厌氧及兼氧性微生物降解污染物.落干期渗池大部分为好氧环境,淹水期渗池为厌氧环境,所以渗池内常是好氧和厌氧相互交替,有利于微生物发挥综合处理作用,去除有机物[1].2.1.1 实验装置实验在自制的快速渗滤管中进行,渗滤管长为48cm,管直径为5cm.渗滤介质分别为表层土、煤灰、沙子.2.1.2 配置废水方法本实验所用的化学药剂为硫酸铵和水溶性淀粉、硫酸铵和味精,其中按照实验要求配置不同的比例,充分混匀.其中实验中欲配废水浓度分别为5mg/L,10 mg/L,15 mg/L.2.1.3 分析方法钠氏试剂比色法(GB/T14668-1993).2.1.4 试验步骤(1)将砾石放于渗滤管底部,高约10cm,倒入渗滤介质(三种:分别为表层土、沙子、煤灰),按照所需对照比例分别为15cm,30cm.(2)按所需比例配置废水,倒入渗滤管中,保持水平面高于渗滤介质,淹水时间每次为1小时.(3)按干湿比23∶1、4∶1、10∶1,每次淹水结速空出相应时间落干,待下次淹水,时间仍为1h,之后按钠氏试剂比色法测定吸光度,再计算出水中氨氮含量,求出去除率.2.2.1 不同过滤介质对处理效果的影响由图1可以看出,在不同的干湿比时,渗滤介质为煤灰的系统对NH3-N去除率都低于表层土,二者差值在33%～69%.分析原因,系统对氮的去除主要是吸附和过滤作用,煤灰和表层土相比,表层土间的孔隙相对较小,当废水流过时,不利于有机物质的通过,故对于有机物氨氮的过滤作用较大,相对来说截留作用也较大,故去除率高.由图2可以看出,在不同的干湿比时,渗滤介质为煤灰的系统对NH3-N去除率都高于沙子,二者差值在6.67%～25.78%.分析原因,系统对氮的去除主要是吸附和微生物作用.煤灰和表层土相比,煤灰的比表面积大,有助于吸附废水中的污染物质,吸附能力强,故去除率高;其次,过滤介质为沙子的系统中可能由于水力负荷过高,不利于微生物对有机物的降解,所以污染物的去除效果不佳,而介质为煤灰的系统中微生物大量存在,对有机物进行了充分的降解,污染物质大部分被去除,故去除率较高.通过对以上两种渗滤介质的比较,得出以下结论:在不同干湿比的情况下,以煤灰、表层土、沙子三种材料作为渗滤介质的系统中,去除率从大到小依次为:表层土、煤灰、沙子.2.2.2 不同干湿比对处理效果的影响从图3可以看出,干湿比依次为4∶1、10∶1、23∶1的情况可以看出,柱状图依次升高,说明去除率依次增大,其差值约为15%.分析原因:在干湿比为23∶1时,渗滤系统的落干时间较长,而淹水时间较短,相对干湿比为4∶1、10∶1的复氧时间长,复氧深度大,致使硝化作用较强,去除有机物氨氮的能力也较强,故去除率较好;在干湿比为10∶1时,其渗水时间间隔大于在干湿比4∶1的情况,相对的落干时间长,淹水时间短,故复氧时间、深度都比在干湿比4∶1的情况下的要长,硝化作用也较强,所以去除效果好.2.2.3 不同介质高度对处理效果的影响由图4可以看出,不论是煤灰还是表层土,其渗滤高度为30cm时的去除率均高于15cm的,渗滤系统为煤灰的去除率的差值约为10%;渗滤系统为表层土的去除率的差值约为60%.分析原因:(1)相对来讲,表层土的孔隙较小,能够有效地阻截废水中的氨氮,故去除效果颇好,而煤灰的孔隙较大,对于相同的废水来说,阻截有机物质就相对差一些,故去除率低.(2)煤灰的吸附性能比表层土的好,因为煤灰中含有大量钙离子,且比表面积比较大,有助于吸附废水中的污染物质,故去除效果较好. 2.2.4不同进水浓度对处理效果的影响在渗滤高度30cm时,由图5可以看出,在进水浓度为7.96mg/L时,渗滤介质为表层土的系统对NH3-N去除率明显高于煤灰的,二者差值约为30%;而在进水浓度为8.09mg/L时,渗滤介质为表层土的系统对NH3-N去除率也高于煤灰的,二者差值约为36%.对于煤灰和表层土来讲,进水浓度为8.09mg/L的系统的去除率均明显高于进水浓度为7.96mg/L的系统,说明进水浓度较高也会影响氨氮的去除,且去除率与进水浓度呈正比关系.分析原因:(1)进水浓度相对增高,有助于渗滤系统中的微生物的生长,使得微生物对污染物质的降解能力有所提高,并有效去除废水中的氨氮含量.(2)煤灰与表层土相比,煤灰的吸附能力比表层土的高,因为煤灰中含有大量钙离子,且比表面积较大,故能较好地吸附废水中的氨氮,进水浓度相对增加,去除效果也相对增强;而表层土的过滤能力比煤灰的强,因为表层土的孔隙较小,能够有效地阻截废水中的氨氮,故去除效果颇好,相应的,进水浓度相应增加,其去除效果也相对增强,综合考虑,表层土的过滤作用对废水中氨氮的去除要强于煤灰的吸附作用对废水中氨氮的去除.在渗滤高度30cm时,由上图可以看出,在进水浓度为5.59mg/L时,渗滤介质为煤灰的系统对NH3-N去除率高于沙子的,二者差值约为7%;在进水浓度为6.25mg/L 时,渗滤介质为煤灰的系统对NH3-N去除率也高于沙子的,二者差值约为17%.对照上组实验,进水浓度比较高的一组仍没有进水浓度低的一组去除率大,说明进水浓度过高会影响实验;而且不难看书,不论浓度高低,沙子的去除率总是比煤灰的低.分析原因,(1)可能进水浓度过高抑制了渗滤介质中的微生物的生长,进而影响了微生物对污染物质的降解,致使去除率降低;(2)沙子之间的空隙较大,而煤灰的空隙相对较小,故沙子的过滤效果不如煤灰的强,又因为煤灰中含钙离子相对较多,吸附能力较强,所以其去除效果好.(1)渗滤柱水力负荷对柱中微生物的繁殖有较大的影响,水力负荷过小,水在柱中停留时间过长,溶解氧降低,不利于微生物的生长,导致出水水质恶化.水力负荷过大,由于水流的剪切力作用,不利于微生物在滤料上挂膜,影响微生物在滤料上的附着效果.(2)在不同干湿比的情况下,以煤灰、表层土、沙子三种材料作为渗滤介质的系统中,不同渗滤介质对于废水中氨氮的去除率从大到小依次为:表层土、煤灰、沙子. (3)以煤灰为分析对象,在不同的干湿比的情况下,对废水中氨氮的去除效果的好坏的干湿比依次为23∶1、10∶1和4∶1.(4)相对来讲,渗滤介质比较高的系统对氨氮的去除效果好,主要是渗滤系统的吸附作用和过滤作用:介质为表层土的系统,孔隙较大,有助于过滤废水中的氨氮,故过滤能力较强,而介质为煤灰的系统,其比表面积较大,含较多钙离子,能够有效吸附废水中的氨氮,故去除效率好.(5)进水浓度比较高的系统去除效果相对要好,说明进水浓度较高也会影响氨氮的去除,且去除率与进水浓度呈正比关系.【相关文献】[1] 汪民,吴永锋.污水快速渗滤土地处理(第1版)[M].北京:地质出版社,1993.[2] 马超,李正昱.人工快速渗滤系统渗滤介质性质及其对氨氮去除能力的影响[J].湖南有色金属,2007,23(3):47.。