土地法处理城市污水

　　　　　　　　　　——以邢台市污水处理厂为例

王云

　　污水土地处理作为一项发展中的污水处理技术，正加以推广应用，是实现污水资源化和保护水体生态环境的重要途径。尤其是第二次世界大战以后，世界上石油化学工业的兴起和迅猛发展，使大量有害有机污染物进入环境，给环境生态带来了巨大的威胁，而传统的二级生物处理无法控制这种污染，也解决不了氮磷富营养化问题，因此要求增加三级处理，这一切导致水污染控制的投入大大增加，需要大量的资金，能耗高，运行管理复杂，对污染甚至还不能完全去除，甚至带来二次污染，在这种情况下，土地处理技术得到了巨大发展。美国建成的现代化的Muskegon Country土地处理系统、澳大利亚Weribe牧场污水处理系统，都被认为是公认的典型。河北省邢台市污水处理厂是目前国内该工艺规模最大的城市污水处理厂，已取得了初步的成效。

　　邢台市污水处理厂概况

　　该厂始建于1997年，是邢台市利用澳大利亚政府贷款并采用其技术和设备的污水处理工程，日处理污水15万吨，日回用水9万吨，设计进水水质COD<500mg/l,BOD<180mg/lSS<200mg/l。其中泵站、6KM输回水管线、一级处理厂（13.8ha）、土地处理区（289.90ha，全部是荒滩沙地）为一期工程，再生水和城市管网为二期工程，总投资1.72亿（不包括城市管网）。

　　土地处理系统

　　污水土地处理系统在人为调控的前提条件下，把污水投配到土地上，使污水在土壤-植物-微生物复合生态中，经物化和生化的综合作用，达到预期目的，是一项投资少，能耗低，处理效率高的二级或三级处理的替代革新技术。最大限度的利用自然和环境来处理废水，使之再生利用。
　　废水土地处理系统一般由以下几部分组成：①预处理设施；②调节与储存设施；③输送、布水与控制系统；④土地净化地块；⑤净化出水的收集与利用系统。
　　根据场地状况、土壤性质及水质、水量状况，本工程采用以快渗为主，以湿地和慢渗为辅助的废水土地处理系统。因湿地和慢渗尚未运行，所以主要介绍快渗系统。
　　快速渗滤系统(RI-141.78ha) 将污水有效控制地投放到具有良好渗透性能的土壤表面，污水在向下渗滤过程中，由于氧化还原、硝化反硝化、过滤和沉淀等一系列的作用得到净化的一种污水土地处理工艺类型称为快速渗滤处理系统。快速渗滤系统是一种高效、经济、低能耗废水处理与再生的方法。
　　通过废水向快速渗滤地块周期的布水，使地块表层的土壤处于厌氧、好氧的交替状态，即不同种群的微生物对被土壤阻截的悬浮有机物进行分解，从而防止了土壤空隙的堵塞。由于厌氧-好氧过程的交替进行，可以去除废水中BOD、N和P；通过过滤和渗滤作用，又可以去除几乎全部的BOD、SS；如果投配污水中C/N≥3,且采用较低的水力负荷时，可以通过反硝化作用去除大量的氮，对磷的去除也很有效。所以快渗系统净化效率很高。
　　由于在稳定的快渗系统中，有机污染物的去除主要发生在氧化还原作用频繁更替的表层100cm以内，即好氧—厌氧交替带。正是由于RI系统内部的这种特殊作用的规律，使得其对有机污染物的去除优于其它单独的以好氧或厌氧为主的传统生物处理系统；过滤与吸附是RI系统中污染物去除的中间过程，悬浮物、重金属、氮和病原微生物等污染物的去除，几乎总是借助于过滤与吸附作用，而有机耗氧物质（BOD、COD）以及磷等，则为部分直接降解，部分借助过滤和吸附作用。与其它污水处理系统相比，RI系统的介质颗粒小，过滤与吸附明显。
　　本快渗系统适用于渗透性能良好的砂层厚度大于2米的场地，水力负荷为6～120米/年，共分成34个单元，来自输水干管的污水分别由两个分水口将污水投配到消力池，然后进入各单元，采取淹水/干化期比为2/8交替进行。污水主要以垂直下渗方式通过表层2.5米厚土层后得到净化，大部分（约80％）再生水由埋深2.5米，管径300mm，管间距40米的一级集水管收集，通过接头井进入二级排水干管由井内排水泵将再生水提升至回水管道，进入再生水回收系统；少部分（约20％）再生水渗漏补充浅层地下水。各单元均设有1个溢流口和1个翻耕车辆进出单元的通道。
　　运行结果表明，系统出水高于国家二级排放标准，COD、BOD5、SS的去除率达到90％以上，净化率很高，达到农田水质灌溉标准，符合工业冷却水和市政杂用水质的要求。还有，一年的正常运行表明，快渗系统不会对场址周围地下水造成污染危害，对场区第二组分不会造成不良影响。
　　湿地系统(115ha)湿地系统工艺适用于渗透性能差的场地，地表生有沼泽植物，繁茂的水生植物，为微生物栖息的场所，可以减缓水流速度和风流，有利于SS的去除和底泥上浮。其次植物也能吸收和分解污染物。
　　本湿地处理工艺共有57个单元，水力负荷为6～20米/年，布水与快渗类似，经水平和垂直方式通过表层1米厚得到净化，约60％再生水回收，少部分补充浅层地下水，系统中每年可收割一次，可实现一定的经济效益。
　　慢速渗滤系统（SR-33.12ha） 此工艺适用于渗透性能较差的粘土场地，上面长有牧草，投配的污水一部分被作物吸收，一部分渗入地下，牧草的生长期长，对氮的利用率高，可耐受更高的水力负荷。
　　本工艺的水力负荷为0.6～6m/年，共有10个单元。一级处理水由入水井从主管引入本系统的明渠布水系统，污水经一、二级输水明渠和二级灌溉土沟以低水力负荷均匀布入土壤—植物生态系统而得以处理。净化机制类似固定膜生物处理法，对BOD、SS和N的去除率比较高。由于利用污水中水肥资源是本工艺的主要目标，所以再生水不再进行回收。本系统在实现污水处理的同时，可取得较大的经济效益。

　　传统工艺比较

　　下表是综合石家庄各污水处理厂与该厂的出水水质比较：

废水处理工艺 净化出水水质（mg/l） SS BOD⁵ TN TP 活性污泥法 20～30 15～25 20～60 6～15 活性污泥法+ 过滤 <5～10 <5～10 15～35 4～12 活性污泥法+ 过滤+ 沉淀 <5 <5～10 15～30 1～2 生物转盘法 20～40 15～35 20～60 6～15 生物滤池+ 过滤 10～20 10～20 15～35 6～15 快渗土地处理法 4.0 <2.32 0.59 0.24

　　结果表明，出水水质明显高于其它处理工艺。
　　与其它工艺比较，有它自身的优点：
　　①出水水质好，易消毒，相当于亚三级处理。
　　②是一项生态工程，符合当前绿化地球，恢复环境生态的目的。
　　③据统计，基建投资费约为传统二级处理的1/3～1/2，运行管理费约为传统二级处理的1/3～1/5，能耗相当于二级处理的1/3～1/5。
　　④从物耗看，不需要人为的投加药剂；作用机制复杂，能去除一些为一般二级处理难以降解的化合物。
　　⑤能消除污染物的排放，能进行营养素与水的内在循环，基本上能在系统内部进行消化，不排入外环境。
　　当然，也具有本身的局限性，受气候条件的制约，且需面积大。

　　社会经济效益分析

　　 回用水（加氯消毒）可用于农田灌溉，工业冷却水和市政杂用水,能带来一定的经济效益。现在回用水厂已经建成，财务净现值为6032万元，投资回收率为5.55年，如果当年售水量达到8023立方米/日，（直接处理成本按理0.35/t，售水0.8／t计算），收入支出即可达平衡。另外，既充分利用了289ha沙滩荒地，又净化了污水；一定程度上大大降低了城市水资源的开采量，缓解了城市严重缺水的被动局面，促进社会可持续发展。

　　结论与建议

　　①进入RI系统的废水应经过预处理，使渗滤速率及硝化速率达到最大。
　　②RI系统处理一级处理出水是可行的。且耐冲击能力强，但布水周期应限制在1～2天内，以防止土壤堵塞，从而导致系统失败。
　　③对于N的去除，一般情况下，一级处理即可；二级处理出水脱N的效果未必好，因碳氮比对脱氮过程有重要作用，过于降低BOD未必对脱氮有好处。
　　④系统出水COD平均值≤30mg/l,BOD5≤5mg/l,去除大肠杆菌和脱氮能力强。
　　⑤处理重金属效果好，未检出Pb、CN-Cd Cu<0.0025mg/lCr<0.002mg/lZn<0.3mg/As<0.1mg/l。