高負荷地下滲濾農村污水處理技術
高負荷地下滲濾農村污水處理技術的主要技術優點：占地小且不需要專用土地、投資小、運行成本很低、維護管理簡便、處理效果好、運行穩定、無二次污染、可以在冬季低溫條件下正常運行、使用靈活。
克服了生化處理技術（接觸氧化、SBR等）運行費用高且維護管理複雜的缺點；克服了傳統地下滲濾技術和人工濕地技術占地面積很大的缺點；克服了人工濕地運行受氣候條件限制且容易滋生蚊蟲的缺點。
我國土地資源珍貴、經濟欠發達、缺少污水分散處理設施的運行保障機制、氣候條件變化大，為了保障污水分散處理設施的建設和正常運行，本技術在大多數情況下具有不可替代性。
| 與人工濕地比較 （假設進水CODCr=300mg/L，處理規模100噸/天） | ||||||
| 人工濕地 | 高負荷地下滲濾 | |||||
| 無強化預處理 | 有強化預處理 | |||||
| 總系統投資 | 約4000元 | 約4000元 | 約3000元 | |||
| 運行管理 | <0.1元/噸 維護較複雜 | 約0.5元/噸 維護較複雜 | <0.1元/噸 維護簡單 | |||
| 占地要求 | 約10 m2/噸 | 約3 m2/噸，地表綠化 | 2.5 m2/噸，地表可綠化、硬化 | |||
| 受氣候影響 | 較大 | 較大 | 很小 | |||
| 二次污染 | 有 | 有 | 無 | |||
地下滲濾是北美和歐洲生活污水現場處理的首選技術，在日本等國也有較多的套用。其基本方法是將污水通過埋在地下的散水管散布到一定面積的人工土中，污水從上部包氣帶向下滲濾的同時，其中的污染物在土壤中通過截留、吸附及微生物分解和轉化而去除，滲濾系統之上的土地可用作綠地、旱地、停車場等。然而，傳統傳統技術日處理1噸污水所需土地面積超過20m2，難以在我國套用和推廣。
我們針對傳統技術中存在的問題，經過7年的研究開發，將地下濕地與高負荷地下滲濾技術相結合，使其日處理1噸污水占地地面積小於2m2，而且永不堵塞。這不僅大大增加了其適用範圍，而且大大降低了建設成本。
本技術的基本流程如圖1所示。整個系統為地埋式，污水處理系統之上的土地可規劃為綠地、旱地、停車場、休閒運動場地等。地下濕地與地下滲濾單元是處理系統的核心，以好氧為主，僅僅在進水時出現厭氧環境，其出水的COD、BOD、TSS、氨氮等指標均達到城鎮污水處理廠污染物排放標準（GB18918-2002）一級A類標準限值。由於反硝化效果不理想，出水的硝氮含量有可能偏高，但若增加一個厭氧濾池或人工濕地，便可取得良好的脫氮效果。
圖1污水處理流程圖
（1）不需要專用土地：整個系統為地埋式，地表可用作綠地、旱地、停車場、休閒運動場地等。
（2）一次性投資較少：對於處理能力超過50噸/天的系統，噸污水的建設投資1500-1800元。若無需進行深度脫氮除磷處理，建設成本還可再降約15%。
（3）運行費用低：噸污水處理成本0.06-0.08元。
（4）操作維護簡便易行：無複雜設備，幾乎不需要日常管理。
（5）處理效果好，運行穩定：滲濾田出水TSS、COD、BOD、氨氮、總氮低於國家城鎮污水處理廠一級A類排放標準（GB18918-2002）限值（或去除率超過90%），總磷去除率為60-95%。
（6）不危害周圍環境和景觀，無二次污染。
（7）受氣候條件影響小：在北方、冬季均可正常運行。
（8）占地較少：總系統占地2.0-2.5 m2/噸（地表可綠化或硬化）；
（9）使用靈活：單個系統的日處理能力從數噸至數千噸。
與常規污水處理廠相比（一級A類排放標準），採用本技術每處理1萬噸污水可節約1萬元，節約電力6000度以上，且不排放污泥，中水便於回用。因此具有經濟、環保、節能、節水等多重功效。
（1）技術工藝的先進性
地下滲濾系統在國外的廣泛套用有幾十年的歷史，大量的研究和實踐表明，顆粒有機物的超量積累導致系統堵塞是限制其污水負荷能力的主要原因，然而，近年來的研究顯示，在污水負荷較大的情況下傳統系統的處理效果也不理想。我們通過資料調研、理論分析和實驗研究，查明了導致系統堵塞和影響污水處理效果的主要原因，並提出了多種解決方案。在7年多的研究中，我們對技術方案進行了篩選和多次改進，同時對系統的運行模式進行了最佳化。有關成果獲中國發明專利授權2項，另申請中國發明專利和實用新型專利各1項。
在本技術方案中，污水經過隔油沉澱預處理後進入水量調節池，通過泵提間歇性地進入散水管，並通過散水孔進入地下濕地與地下滲濾單元。地下濕地與地下滲濾單元如圖2所示，其中的人工土含有特殊的填料組分，以控制污染物的遷移和微生物群落分帶，此外，通過加入特定功能的高效微生物菌劑，以提高出水水質。
圖2 地下濕地與高負荷地下滲濾單元示意剖面圖
進入地下濕地與地下滲濾單元的污水，一部分在重力作用下滲濾穿透散水層之下的防堵填料往下運移；來不及滲濾的污水則在散水層填料中側向流動，並通過連通散水層與通風層的礫石進入下防堵層。污水在散水層填料中側向流動的同時，其中的懸浮顆粒有機物被不同粒徑的填料攔截，並且不斷被填料表面的微生物膜分解和轉化，使系統具有地下濕地的污水淨化功能。由於連通散水層與通風層的礫石相當於二次散水通道，對下防堵層散水，從而使污染物（尤其是顆粒物）負荷高度分散，大大提高了系統的防堵能力。殘留的污染物被下部的精濾層填料攔截並且被微生物分解和轉化，使污水得到淨化。經處理後的中水在滲濾田底部匯入集水溝，並且通過集水排水管排放或進入清水池回用。
（2）試驗系統運行情況和研究結果
我們於2005年6月在中科院廣州地球化學研究所生活小區建成了一個試驗系統（圖3），其滲濾面積為20m2，污水處理量約8噸/天，系統出水TSS、COD、BOD、氨氮、總磷等指標低於國家城鎮污水處理廠一級A類排放標準（GB18918-2002）限值，系統運行3年多，穩定正常。2008年7月，我們對該試驗系統進行了局部分層剝離開挖（圖4），即使在散水孔周圍也未發現有機物累積發黑的現象，表明在所運行的污水負荷條件下，系統不會堵塞。與2005年的技術相比，現有技術的防堵性能更強，其污染物負荷能力提高70%以上。
| 圖3試驗系統及其出水 |
| COD BOD TSS 氨氮 TP 進水 272 167 162 56 5-6 出水 40 8 <10 2.5 0.5-1.5 單位：mg/l；出水未經脫氮除磷深度處理。 出水TP隨運行時間逐漸升高，並趨於穩定。 |
圖4試驗系統局部分層剝離開挖
（3）高負荷地下滲濾系統污染物負荷能力估算
在地下滲濾系統中，有機物含量的變化包括有機物的不斷加入、分解和新生有機物的形成。設隨污水進入的懸浮有機物的量為S (g/d)；系統對COD的去除量為X (g/d)；每氧化1g固體有機物需氧氣α(g)；每去除1g COD產生的細菌生物量(生物產率)為R (g/g COD)；微生物對污泥的分解比率為K(d-1)。若第i天系統中殘留污泥的總量用Wi表示，則有：
Wn=Wn-1+W+－W- (1)
其中： W+ = S + R×X + K×R×αWn-1 (2)
W- = KWn-1 (3)
系統運行n天后的殘留污泥量為：
Wn=(S+R×X)[1-(1+K×R×α-K)n]/(K×R×α-K)
當W+=W-時，則土壤中殘留有機質的量不再變化（污泥平衡），
即： (K-K×R×α)WR=S+R×X
WR=(S+R×X)/(K-K×R×α)
理論上，如果達到污泥平衡時滲濾系統沒有被堵塞，則該系統永遠不會因有機物的累積而堵塞。我們通過可控條件下的模擬實驗結果擬合出上述方程中的有關參數，並對各主要參數進行了模型敏感性分析。結果表明，當污水的COD為250-300mg/l,懸浮有機物的濃度為80mg/l，滲濾系統的污水負荷能力可以達到每平方米 1.1噸/天（超強系統可達到1.4噸/天），而永久不被堵塞。
本技術除地下滲濾外，還附加了地下濕地功能，可以使系統的污染物負荷能力進一步提高，而我們在工程套用中的污水負荷不超過理論負荷能力的50%，因此可以保障系統永不堵塞。4、結論
地下濕地與高負荷地下滲濾技術是一項經濟和環境綜合效益很好的生活污水處理技術，適合於城市小區、小城鎮、度假村和農村等人群聚居地生活污水的現場處理和回用。系統具有很強的穩定性和可靠性，使用壽命長，永不堵塞。此外，由於本系統設定於地下，而且可以人為調節溫度，因此受氣候條件影響很小。
