张惊宇，骆灵喜，孙 乐，左 晶，王 淼，张春媛，姜 明

(1.巴彦淖尔环保投资有限公司，内蒙古 巴彦淖尔 015000；2.深圳市深港产学研环保工程技术股份有限公司，广东 深圳 518000；3.内蒙古内蒙古环投环保技术有限公司，内蒙古 呼和浩特 010010；4.内蒙古环港环保科技有限责任公司，内蒙古 赤峰 024000)

1 引言

由于活性污泥法为主的常规污水人工处理技术普遍存在工艺复杂、管理维护难度大、剩余活性污泥处置难且易造成二次污染等难以克服的缺点，因此，近年来工艺简单、能耗低、运行管理方便、环境友好的污水自然处理技术得到较好研究和应用，尤其在中小城镇和农村地区。国外应用比较广泛包括美国的“化粪池-土壤吸附系统(ST/SAS)”和“潜流人工湿地系统”、澳大利亚的“FILTER污水处理系统”[1]、新西兰的“就地处理系统”、德国的“PKA湿地污水处理系统”[2]等。

自1980年后，我国确立了根据国情与各地区的自然和社会经济状况，实行人工处理与自然处理并行的技术政策，在吸收与改进发达国家传统污水人工处理技术的同时，积极推行替代二级处理的土地处理系统、人工湿地、氧化塘和氧化沟等自然处理技术[3]。其中，土地处理系统经过“七五”“八五”联合科技攻关，为在我国推行这类型技术提供了有力保证。

其中，人工快渗污水处理技术(简称“CRI技术”)对土地渗滤技术进行了重大改进，通过采用渗透性能良好的天然介质取代天然土层，大幅度提高了水力负荷和系统抗冲击性[4～6],水力负荷相比人工湿地提高数十倍；同时，人工快渗池采用了自然复氧方式，一方面在布水期通过“喷泉式”布水提高进水与空气接触，另一方面在落干期通过间歇式污水下渗产生的负压进行填料充氧，从而无需曝气设备，大幅度降低工艺的运行能耗[7，8]，减少电耗产生的碳排放；另外，人工快渗池通过采用干湿交替运行方式，确保人工快渗池填料微生物数量动态平衡，避免产生剩余活性污泥，无需反冲洗[9]。近年来，CRI技术主要凭借运行能耗低、管理维护简便、不产生剩余活性污泥[10]等优点，已在我国20多个省市近200个污水处理设施得到较广泛应用，尤其适用于河道水质净化、城镇污水处理设施提标改造、农村污水分散式处理等领域，出水主要指标可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918-2002)》一级A以上标准[11～13]。

我国北方地区如内蒙古地区，冬季寒冷且漫长，极端天气的气温可达到-30 ℃以下。在严寒天气下，由于污泥微生物活性大幅度下降，将严重影响污水处理设施的处理效果。CRI技术属于生物膜工艺范畴，本研究通过实际工程案例，分析了人工快渗组合工艺在内蒙古自治区某高浓度生活污水处理厂提标改造工程的应用效果，为人工快渗技术在北方寒冷地区的推广应用提供借鉴。

2 工艺设计情况

本项目位于内蒙古自治区赤峰市某污水处理厂，由于项目前期实际运行过程中进水水质偏高，使得污水处理系统运行不稳定。同时，由于本地区水资源稀缺，生活污水处理后作为中水回用可实现水资源可持续利用，故在原址基础上进行改扩建、污泥深度脱水及中水回用工程。

污水处理厂原工艺为“AA/0+高效澄清池+V型滤池+紫外消毒”，提标改造后工艺为“A/A/O+MBBR+A/O+絮凝沉淀+V型滤池+人工快渗”(图1)，改造后处理规模15000 m3/d(中水回用工程总规模为12000 m3/d)，提标改造工程充分利用了原有设施，主要增加了1座调节池、1座 A/O 池、1座人工快渗池、1座污泥浓缩池、2座污泥调理池、1座污泥深度脱水车间及其配套泵房、新建人工快渗池保温棚。

图1 污水处理厂提标改造工艺流程

根据设计图纸，该项目出水水质主要指标需达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)V类标准(其中，TN及SS指标需达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18198-2002)中的一级A标准)，具体设计进出水指标如表1所示。

表1 设计进出水指标

3 结果与分析

据统计，该项目2021年平均日处理水量12966.96 t/d，设施负荷率达到86%；由表2全年统计数据可见，该项目进水浓度较高，其中CODCr进水浓度达到512.3 mg/L，氨氮进水浓度达到60.56 mg/L，总氮进水浓度达到130.48 mg/L，总磷进水浓度达到6.72 mg/L。

根据表2全年平均出水浓度和图1各月份平均出水浓度变化情况可见，该项目出水的CODCr、氨氮、总磷指标全年稳定达到设计的《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)V类标准，甚至接近《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类水标准；另外，出水TN指标全年可稳定达到设计的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18198-2002)一级A标准。

表2 2021年全年进出水浓度统计

4 讨论

结合本项目的设计和运营经验，对于进水浓度较高、冬季气温较低的污水处理场景，CRI技术可进行以下方面考虑。

(1)CRI技术是一种利用天然砂石及矿物表面生长的生物膜进行污水净化的自然污水处理技术，优势是能耗低，且对微污染水具有非常好的处理效果，尤其适用于污水深度处理。通过将CRI工艺和改良生化处理工艺(优化好氧段)进行组合，不仅可大大减少工艺运行能耗，同时可大幅度提高出水水质，出水水质远优于地表Ⅴ类水标准，其中COD和氨氮等部分指标甚至可达到地表Ⅲ类水标准。优秀的出水水质净化效果，可为污水处理设施应对进水水质波动和冬季运行提供了更充足的调整余量。

(2)为了确保CRI组合工艺在北方寒冷地区正常运行，建议各构筑物增加保温设施，人工快渗池建议采用半地下式或地下式建设方式[14]；保温设施顶部建议采用双层钢化玻璃材质，既可减少散热，又能充分利用太阳光进行增温。

图2 2021年各月份项目进出水浓度变化

(3)为了尽可能地减小寒冷地区冬季水温过低对污水处理设施菌种活性的影响，建议冬季运行时适当延长各生化段的污水停留时间，提高生化段污泥浓度，加大絮凝沉淀加药量，或向人工快渗池中适当添加功能微生菌剂等措施[15]。