——以邢臺市污水處理廠為例

王云

　　污水土地處理作為一項發展中的污水處理技術，正加以推廣應用，是實現污水資源化和保護水體生態環境的重要途徑。尤其是第二次世界大戰以后，世界上石油化學工業的興起和迅猛發展，使大量有害有機污染物進入環境，給環境生態帶來了巨大的威脅，而傳統的二級生物處理無法控制這種污染，也解決不了氮磷富營養化問題，因此要求增加三級處理，這一切導致水污染控制的投入大大增加，需要大量的資金，能耗高，運行管理復雜，對污染甚至還不能完全去除，甚至帶來二次污染，在這種情況下，土地處理技術得到了巨大發展。美國建成的現代化的Muskegon Country土地處理系統、澳大利亞Weribe牧場污水處理系統，都被認為是公認的典型。河北省邢臺市污水處理廠是目前國內該工藝規模最大的城市污水處理廠，已取得了初步的成效。

　　邢臺市污水處理廠概況

　　該廠始建于1997年，是邢臺市利用澳大利亞政府貸款并采用其技術和設備的污水處理工程，日處理污水15萬噸，日回用水9萬噸，設計進水水質COD<500mg/l,BOD<180mg/lSS<200mg/l。其中泵站、6KM輸回水管線、一級處理廠（13.8ha）、土地處理區（289.90ha，全部是荒灘沙地）為一期工程，再生水和城市管網為二期工程，總投資1.72億（不包括城市管網）。

　　土地處理系統

　　污水土地處理系統在人為調控的前提條件下，把污水投配到土地上，使污水在土壤-植物-微生物復合生態中，經物化和生化的綜合作用，達到預期目的，是一項投資少，能耗低，處理效率高的二級或三級處理的替代革新技術。最大限度的利用自然和環境來處理廢水，使之再生利用。
　　廢水土地處理系統一般由以下幾部分組成：①預處理設施；②調節與儲存設施；③輸送、布水與控制系統；④土地凈化地塊；⑤凈化出水的收集與利用系統。
　　根據場地狀況、土壤性質及水質、水量狀況，本工程采用以快滲為主，以濕地和慢滲為輔助的廢水土地處理系統。因濕地和慢滲尚未運行，所以主要介紹快滲系統。
　　快速滲濾系統(RI-141.78ha) 將污水有效控制地投放到具有良好滲透性能的土壤表面，污水在向下滲濾過程中，由于氧化還原、硝化反硝化、過濾和沉淀等一系列的作用得到凈化的一種污水土地處理工藝類型稱為快速滲濾處理系統。快速滲濾系統是一種高效、經濟、低能耗廢水處理與再生的方法。
　　通過廢水向快速滲濾地塊周期的布水，使地塊表層的土壤處于厭氧、好氧的交替狀態，即不同種群的微生物對被土壤阻截的懸浮有機物進行分解，從而防止了土壤空隙的堵塞。由于厭氧-好氧過程的交替進行，可以去除廢水中BOD、N和P；通過過濾和滲濾作用，又可以去除幾乎全部的BOD、SS；如果投配污水中C/N≥3,且采用較低的水力負荷時，可以通過反硝化作用去除大量的氮，對磷的去除也很有效。所以快滲系統凈化效率很高。
　　由于在穩定的快滲系統中，有機污染物的去除主要發生在氧化還原作用頻繁更替的表層100cm以內，即好氧—厭氧交替帶。正是由于RI系統內部的這種特殊作用的規律，使得其對有機污染物的去除優于其它單獨的以好氧或厭氧為主的傳統生物處理系統；過濾與吸附是RI系統中污染物去除的中間過程，懸浮物、重金屬、氮和病原微生物等污染物的去除，幾乎總是借助于過濾與吸附作用，而有機耗氧物質（BOD、COD）以及磷等，則為部分直接降解，部分借助過濾和吸附作用。與其它污水處理系統相比，RI系統的介質顆粒小，過濾與吸附明顯。
　　本快滲系統適用于滲透性能良好的砂層厚度大于2米的場地，水力負荷為6～120米/年，共分成34個單元，來自輸水干管的污水分別由兩個分水口將污水投配到消力池，然后進入各單元，采取淹水/干化期比為2/8交替進行。污水主要以垂直下滲方式通過表層2.5米厚土層后得到凈化，大部分（約80％）再生水由埋深2.5米，管徑300mm，管間距40米的一級集水管收集，通過接頭井進入二級排水干管由井內排水泵將再生水提升至回水管道，進入再生水回收系統；少部分（約20％）再生水滲漏補充淺層地下水。各單元均設有1個溢流口和1個翻耕車輛進出單元的通道。
　　運行結果表明，系統出水高于國家二級排放標準，COD、BOD5、SS的去除率達到90％以上，凈化率很高，達到農田水質灌溉標準，符合工業冷卻水和市政雜用水質的要求。還有，一年的正常運行表明，快滲系統不會對場址周圍地下水造成污染危害，對場區第二組分不會造成不良影響。
　　濕地系統(115ha)濕地系統工藝適用于滲透性能差的場地，地表生有沼澤植物，繁茂的水生植物，為微生物棲息的場所，可以減緩水流速度和風流，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。
　　本濕地處理工藝共有57個單元，水力負荷為6～20米/年，布水與快滲類似，經水平和垂直方式通過表層1米厚得到凈化，約60％再生水回收，少部分補充淺層地下水，系統中每年可收割一次，可實現一定的經濟效益。
　　慢速滲濾系統（SR-33.12ha） 此工藝適用于滲透性能較差的粘土場地，上面長有牧草，投配的污水一部分被作物吸收，一部分滲入地下，牧草的生長期長，對氮的利用率高，可耐受更高的水力負荷。
　　本工藝的水力負荷為0.6～6m/年，共有10個單元。一級處理水由入水井從主管引入本系統的明渠布水系統，污水經一、二級輸水明渠和二級灌溉土溝以低水力負荷均勻布入土壤—植物生態系統而得以處理。凈化機制類似固定膜生物處理法，對BOD、SS和N的去除率比較高。由于利用污水中水肥資源是本工藝的主要目標，所以再生水不再進行回收。本系統在實現污水處理的同時，可取得較大的經濟效益。

　　傳統工藝比較

　　下表是綜合石家莊各污水處理廠與該廠的出水水質比較：

廢水處理工藝 凈化出水水質（mg/l） SS BOD⁵ TN TP 活性污泥法 20～30 15～25 20～60 6～15 活性污泥法+ 過濾 <5～10 <5～10 15～35 4～12 活性污泥法+ 過濾+ 沉淀 <5 <5～10 15～30 1～2 生物轉盤法 20～40 15～35 20～60 6～15 生物濾池+ 過濾 10～20 10～20 15～35 6～15 快滲土地處理法 4.0 <2.32 0.59 0.24

　　結果表明，出水水質明顯高于其它處理工藝。
　　與其它工藝比較，有它自身的優點：
　　①出水水質好，易消毒，相當于亞三級處理。
　　②是一項生態工程，符合當前綠化地球，恢復環境生態的目的。
　　③據統計，基建投資費約為傳統二級處理的1/3～1/2，運行管理費約為傳統二級處理的1/3～1/5，能耗相當于二級處理的1/3～1/5。
　　④從物耗看，不需要人為的投加藥劑；作用機制復雜，能去除一些為一般二級處理難以降解的化合物。
　　⑤能消除污染物的排放，能進行營養素與水的內在循環，基本上能在系統內部進行消化，不排入外環境。
　　當然，也具有本身的局限性，受氣候條件的制約，且需面積大。

　　社會經濟效益分析

　　 回用水（加氯消毒）可用于農田灌溉，工業冷卻水和市政雜用水,能帶來一定的經濟效益。現在回用水廠已經建成，財務凈現值為6032萬元，投資回收率為5.55年，如果當年售水量達到8023立方米/日，（直接處理成本按理0.35/t，售水0.8／t計算），收入支出即可達平衡。另外，既充分利用了289ha沙灘荒地，又凈化了污水；一定程度上大大降低了城市水資源的開采量，緩解了城市嚴重缺水的被動局面，促進社會可持續發展。

　　結論與建議

　　①進入RI系統的廢水應經過預處理，使滲濾速率及硝化速率達到最大。
　　②RI系統處理一級處理出水是可行的。且耐沖擊能力強，但布水周期應限制在1～2天內，以防止土壤堵塞，從而導致系統失敗。
　　③對于N的去除，一般情況下，一級處理即可；二級處理出水脫N的效果未必好，因碳氮比對脫氮過程有重要作用，過于降低BOD未必對脫氮有好處。
　　④系統出水COD平均值≤30mg/l,BOD5≤5mg/l,去除大腸桿菌和脫氮能力強。
　　⑤處理重金屬效果好，未檢出Pb、CN-Cd Cu<0.0025mg/lCr<0.002mg/lZn<0.3mg/As<0.1mg/l。