人工快速渗滤系统

污水处理技术

人工快速渗滤系统是在对各类土地处理和快速渗滤系统研究总结的基础上，针对传统污水土地处理系统普遍存在的水力负荷低、单位面积处理能力小等缺点，借鉴了污水快速渗滤土地处理系统和人工湿地系统的优点，逐步发展起来的一种具有自身特色的新型污水处理技术。

工艺原理

在人工快速渗滤池中填一定量粒径较小的滤料，在正常运行过程中，滤料表面生长着生物膜。当污水流经时，因滤料呈压实状态，利用滤料粒径较小的特点、滤料中黏土矿物和有机质的吸附作用及生物膜的生物絮凝作用，过滤截留和吸附污水中的悬浮性物质和溶解性物质，且保证脱落的生物膜不会大量随水漂出，从而保证系统出水水质，此过程为过滤截留和吸附作用；同时，因滤料表面（特别是人工快速渗滤系统上部滤料表面）生长着丰富的生物膜，当污水流经时，利用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进行快速净化，此过程为生物降解作用。当运行一定时间后，由于系统中有机物的积累和生物膜的快速生长，系统的渗透速率会有所下降，需进行复氧，以分解积累的有机物质，恢复介质的吸附性能，以及更新生物膜，此过程一般为落干恢复。

由此可见，CRI系统对有机污染物的去除主要由过滤截留、吸附和生物降解作用共同完成。过滤截留和吸附作用在CRI系统中主要起调节机制，主要发生在淹水期；而有机污染物的真正去除主要靠生物降解，主要发生在落干期。生物降解包括好氧生物降解和厌氧生物降解，其中发生在好氧一厌氧交替带的好氧生物降解是CRI系统去除有机污染物的主要机制。

就氮的去除而言，在人工快速渗滤系统落干期好氧带产生铵化和硝化作用，厌氧带产生反硝化作用，氮通过上述转化过程而被去除；悬浮固体经过过滤去除；重金属经吸附和沉淀去除；磷经吸附和与人工快速渗滤池内的特殊填料形成羟基磷酸钙等沉淀而去除；病原体经过滤、吸附、干燥、辐射和吞噬而去除。

工艺流程

预沉池的功能主要是降低污水中的悬浮物(ss)，以提高人工快速渗滤池的渗滤速度，防止堵塞；随后污水经布水系统均匀分配到人工快速渗滤池表面，污水通过人工快速渗滤系统过程中产生综合反应(包括物理、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，使有机污染物通过生物降解而去除；通过集水系统收集净化后的出水，进入清水池储存供回用或排放。

影响因素

渗滤介质

污水土地处理系统一般采用天然土层作为渗透介质，但由于天然土层本身的局限性以及场地条件的限制等因素，采用人工回填介质代替天然土层的研究和应用发展很快，如构造湿地、地埋式砂滤等。据文献报道，用做土地处理系统的回填介质一般可采用天然砂、人工砂、炉渣和粉煤灰等。

CRI系统也是采用人工回填介质，既要求有较好的渗透性能，满足较高的水力负荷要求，又要求有一定的黏土和矿物质来净化水质。天然河砂由于易于获取、价格低廉、渗滤性能好等优点，成为CRI系统中最常用的渗滤介质。

水力负荷

水力负荷即土地处理系统对污水的处理量，一般用单位土地面积上单位时间内施加污水的深度表示。合理的水力负荷值应满足以下条件：①保证良好的出水水质；②系统能够稳定运行，不能因为污染物超负荷而被堵塞。在保证出水水质前提下，追求较高的水力负荷，是CRI系统的主要目标。在CRI系统工程设计中，水力负荷的典型值是：对于河流污水采用1.5 m/d，对于生活污水采用1.0 m/d。CRI系统的水力负荷值比RI的水力负荷上限高出3~5倍。因此，在设计水力负荷时，需要将系统的渗透能力、系统对污染物的处理能力和进水的污染物浓度综合考虑。

水力负荷周期及湿干比

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。一旦确定了配水时间和湿干比，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，是人工快速渗滤系统运行的技术关键，决定或影响着人工快速渗滤系统的水力负荷和处理效果。

对于CRI系统的水力负荷周期设计，研究比其他几个因素要充分得多。人工快速渗滤系统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4次，每隔6h投配一次的方式。这与RI系统所采用的水力负荷周期有很大的差别。大量研究表明：对于生活污水，采用每天投配4次，每隔6h投配一次的方式较为合适。

特征

人工快速渗滤系统是一种全新的生物处理方法，通过渗滤介质及介质上生长的微生物对水中有机物质的过滤截留、吸附与分解作用，实现对废水的净化过程。由于人工快速渗滤池独特的结构及进水方式，使得渗滤介质表面的微生物菌相十分丰富，通过进水周期的变化，渗滤介质表面具有好氧、兼氧、厌氧的作用，从而进一步提高污水的处理效果，其中好氧生物降解是人工快速渗滤系统去除有机污染物的主要机制。整个处理过程不需投加药剂，也不需传统好氧处理方法中采用的机械曝气等高能耗设备，故大大降低了处理设施的投资和运转费用。

因此，一般来说，人工快速渗滤系统具有以下特征：

（1）渗滤介质一般选择既具有一定的渗透性能，又具有一定的阳离子交换性能的介质，主要是天然砂，其砂径比传统的生物滤池要小，通常是0.2—2 mm之间，滤层厚度一般为1—2m。渗滤介质一般为河沙、砾石、卵石和大理石等，渗滤介质容易获取，且价格便宜。

（2）一般不需要曝气和反冲洗，人工快速渗滤池之后不需要再设计二沉池，结合地形可以做到处理系统无动力，若地形自然落差不够，则需要一次提升布水，能耗也很低。平面布置灵活，工艺简单，运行管理方便。

（3）人工快速渗滤系统主体结构可以建于地上也可埋于地下，选址机动灵活，不受场地条件限制，不会因为渗漏而造成对地下水的污染。

（4）采用人工介质回填。系统水力负荷高（一般大于1 m/d），与传统土地处理工艺相比占地面积小，但是与常见城市污水处理工艺（活性污泥法和生物膜法）相比占地较大。

（5）运行管理方便，基本不需要人操作，若水力负荷较大，为避免堵塞现象，则需定期翻动表层填料。

但是人工快速渗滤系统也不是没有问题的，其主要缺点在于：

虽然人工快速渗滤系统采用人工介质回填，水力负荷高，和传统土地处理法相比占地面积有所减少，但是与常见城市污水处理工艺（活性污泥法和生物膜法）相比占地较大。这一缺点导致了人工快速渗滤系统在土地供应紧张的城市里很难推广应用。但是因为人工快速渗滤系统单位污水处理量的占地面积与规模基本无关，因此在农村地区利用住户房前屋后未充分利用的零散土地建立规模较小的人工快速渗滤系统是可行的。以综合利用一些农村地区住户房前屋后未充分利用的零散土地为代价，换来的是低投资、低运行成本、低能耗、运营管理方便。

因此在农村地区推广应用人工快速渗滤系统，可谓取长补短，因地制宜，采用人工快速渗滤系统处理农村生活污水是可行的。

适用范围

人工快速渗滤系统主要对城市污水集中和分散处理、中水回用、受污染水体修复以及轻微污染原水的资源化处理，适用于处理冰冻期较短的地区和土地较为宽裕的中小城镇的生活污水，不适合处理某些特殊的工业废水，随着工艺技术的逐渐成熟，CRI污水处理工艺可在土地条件较宽松的地区取代传统生化处理工艺，成为理想的生活污水处理技术。

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