目前我國農(nóng)副產(chǎn)品加工業(yè)的生產(chǎn)廢水仍普遍采用傳統(tǒng)的技術(shù)路線：即廢水經(jīng)處理達到一定標(biāo)準(zhǔn)后，再進行利用的思路。通常采用好氧生物處理或厭氧、好氧組合工藝。一般可滿足食品加工排水的處理要求，出水可達到國家二級排放標(biāo)準(zhǔn)。但是由于甜菜、淀粉加工等工業(yè)季節(jié)性生產(chǎn)的獨特性，其排水很難保證生化處理工藝的穩(wěn)定和連續(xù)運行，對于氣候寒冷地區(qū)，常規(guī)的生化工藝難以達到設(shè)計處理效果；同時生化處理工藝也存在著投資偏大、運行費用高、無法常年運行、操作要求嚴(yán)格等問題。

黑龍江九三某制糖企業(yè)產(chǎn)生的甜菜制糖沖洗廢水，經(jīng)處理作市政雜用水、景觀補充用水和冷卻循環(huán)補充用水時，處理難度大，且在寒冷地區(qū)運行困難、運行費用也高，主要控制指標(biāo)為有機物、色度、懸浮物、總固體、氨氮等。甜菜沖洗水無毒無害，通過預(yù)處理后進行農(nóng)業(yè)種植是一種循環(huán)經(jīng)濟的思路，既保證廢水的排放又補充植物所需的養(yǎng)分，且改良土壤。因此，根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況，引進美國先進技術(shù)和設(shè)備及成熟的土地處理工藝，即甜菜洗滌廢水經(jīng)過沉淀后，排入穩(wěn)定塘中自然降解，后通過機械自走式噴灌設(shè)備以均勻、有序的方式投放入土壤-植被系統(tǒng)中，依靠土壤中的微生物對有機物進行有效降解，同時作物也可以充分利用水分和有機營養(yǎng)物質(zhì)（氮、磷、鉀），從而達到廢水資源化利用的目的。

1 工程概況

黑龍江省九三農(nóng)墾某制糖企業(yè)加工甜菜能力9 000 t/d，全年甜菜糖加工期為120 d，甜菜沖洗廢水的排放量按4 167 m3/d 來計算，則該企業(yè)產(chǎn)生廢水為5.0×105 m3/a。生產(chǎn)排水具有典型的甜菜洗滌水特征，即：具有很強的季節(jié)性、水溫低、水量大，含有糖類有機物、少量營養(yǎng)物，不含有毒物質(zhì)。水質(zhì)指標(biāo)：pH=6.5，氨氮29.8 mg/L，COD 5 000 mg/L，懸浮物1 500 mg/L，BOD5 2 500 mg/L，總氮64.28 mg/L，硝酸鹽氮5.97 mg/L，磷12.4 mg/L，鈉7.26 mg/L，鉀67.2mg/L，鎂140.2 mg/L，鈣29.12 mg/L，硫酸鹽16.2 mg/L。

該企業(yè)以前的甜菜沖洗廢水在排出廠外前，僅經(jīng)過沉沙池和粗格柵攔污，之后排水經(jīng)廠內(nèi)沉淀池簡單沉淀一級處理后，每年產(chǎn)生的大量污水直接排入老萊河，部分污水通過老萊河排入嫩江流域，給嫩江流域的周圍環(huán)境造成了一定程度的污染。

2 廢水處理工藝流程

2.1 工藝說明

根據(jù)該糖廠歷年的生產(chǎn)計劃及用水統(tǒng)計，其最終設(shè)計規(guī)模為50萬m3/a。將沖洗水出水分為前部的預(yù)處理和土地處理利用兩部分。工藝流程如圖1 所示。

（1）廢水的預(yù)處理系統(tǒng)。采用格柵、沉砂池、輻流式沉淀池等處理設(shè)施，對甜菜清洗廢水中的泥沙、甜菜皮屑等固體懸浮物進行分離去除，使得水質(zhì)符合后續(xù)貯、運和投配的工藝要求。

（2）貯存/穩(wěn)定系統(tǒng)。采用穩(wěn)定塘作為甜菜清洗有機排水的貯存系統(tǒng)，除了解決冬貯夏用問題，還具有水質(zhì)改善的功能，表現(xiàn)為：一方面可以保持水質(zhì)不發(fā)生厭氧腐化、最大限度地保持營養(yǎng)物的含量，另一方面可以在貯存過程中使大分子有機物在微生物的作用下少量降解，使得在灌溉后，更易被土壤微生物和植物利用和吸收。穩(wěn)定塘底部復(fù)合土工布防滲，且甜菜洗滌水中的懸浮物含量較高，經(jīng)過3 至6 個月的靜置沉降，懸浮物大部沉積于穩(wěn)定塘底部，形成天然保水層。穩(wěn)定塘每年的8月至10月為空置期�？罩闷陂g可根據(jù)穩(wěn)定塘底部的淤積情況，適當(dāng)清淤，保持有效容積。穩(wěn)定塘底部淤泥成分為有機肥料，堆肥后可以還田。新建穩(wěn)定塘占地面積11.47萬m2，水面面積10.43萬m2，平均有效水深5.5 m，保護高度2.0 m，有效容積50.4萬m3。

（3）土地處理系統(tǒng)。污水經(jīng)過一定程度的預(yù)處理后有控制地投配到土地上，利用土壤、微生物、植物生態(tài)系統(tǒng)的自凈功能和自我調(diào)控機制，通過一系列物理、化學(xué)和生物化學(xué)過程，使污水達到預(yù)定處理效果，并對污水中氮、磷等資源加以利用，使其成為植物自身營養(yǎng)成分的一種污水處理技術(shù)。土地處理系統(tǒng)大多數(shù)污染物的去除主要發(fā)生在地表下30~50 cm 處具有良好結(jié)構(gòu)的土層中，該層土壤、植物、微生物等相互作用，從土表層到土壤內(nèi)部形成了好氧、缺氧和厭氧的多項系統(tǒng)，有助于各種污染物質(zhì)在不同的環(huán)境中發(fā)生作用，最終達到去除或削減污染物的目的。

廢水于當(dāng)年10月開始至次年的2月陸續(xù)排入穩(wěn)定塘內(nèi)儲存并自然降解，投配系統(tǒng)自次年的5月初起開始運行，至7月中止，自然降解后均勻、有序地投放至土壤凈化田中。通常，每年的7月至8月為當(dāng)?shù)氐挠昙�，土壤含水量偏高，為避免過度灌溉而產(chǎn)生地表徑流污染地表水體，不進行灌溉。

廢水按照農(nóng)作物生長所需營養(yǎng)物質(zhì)的量來定時、定量進行投配。首先經(jīng)提升泵站加壓后，通過管路輸送到各作物種植區(qū)的噴灌機，再由噴灌機自帶的增壓泵二次增壓，均勻、受控地投放于土壤中。

結(jié)合對穩(wěn)定塘水的水質(zhì)分析發(fā)現(xiàn)，該水水質(zhì)偏酸性，而項目所在地的土壤呈弱堿性，通過噴灌使兩者中和，具有同時改善水質(zhì)和土壤理化性質(zhì)的作用。甜菜沖洗廢水的循環(huán)經(jīng)濟利用原則為“水量平衡、物料平衡”。因此在設(shè)計農(nóng)田灌溉系統(tǒng)時，使整個農(nóng)田灌溉系統(tǒng)吸收并利用所有投放在系統(tǒng)中的資源和養(yǎng)料（如氨氮）。正常運行情況下，整座系統(tǒng)將無尾水排出，實現(xiàn)水資源和營養(yǎng)物資源的全部閉路循環(huán)，其中原水50萬m3/a，管路損失0.75萬m3/a，穩(wěn)定塘降水5.36萬m3/a，穩(wěn)定塘蒸發(fā)量15.38萬m3/a，土地處理系統(tǒng)處理量為38.93萬m3/a，最終達到原水的消減率為100%。

輸配水系統(tǒng)由提升泵站、輸水干管、配水支管系統(tǒng)以及中心控制系統(tǒng)構(gòu)成。其核心是中心控制系統(tǒng)，集成了土壤墑情在線監(jiān)測、數(shù)據(jù)與控制信號的遠程傳輸以及中心的智能自動控制，能夠使操作人員在中心控制室內(nèi)隨時查看整個系統(tǒng)的狀態(tài)，并對系統(tǒng)運行控制參數(shù)進行修改。在其控制下，輸配水系統(tǒng)內(nèi)的提升水泵、配水閥門均可自動進行運作，保證均勻、受控地輸送至各個土地處理單元。

農(nóng)田灌溉系統(tǒng)的核心是投放設(shè)備：自走式圓型噴灌機。經(jīng)過噴灌機的噴灑，以一種均勻、有序的方式被送入土壤-植被系統(tǒng)，隨之被吸收和分解利用。

（5）污泥處理系統(tǒng)。沉淀池污泥經(jīng)污泥濃縮后進入污泥干化廠，自然脫水和過濾后進行堆肥或外運。

2.2 主要處理構(gòu)筑物及設(shè)計參數(shù)

（1）主要構(gòu)（建）筑物如表1 所示。

（2）土壤種植系統(tǒng)。土壤-植物系統(tǒng)是筆者示范項目的核心，由10 個凈化田單元組成，根據(jù)布水設(shè)備的規(guī)格，凈化田單元為直徑400~700 m 的圓形地塊，內(nèi)部種植甜菜、小麥、玉米、馬鈴薯等經(jīng)濟作物。

地塊的坡度可根據(jù)自然地形或防洪澇的要求設(shè)計，最大不能超過15°。作物的壟溝沿地面坡度方向延伸，作為天然降雨的布水和排泄設(shè)施。

該工程一共采用10 套噴灌設(shè)備，一期3 套，總共有效種植面積為5 100 畝。每一塊土壤凈化田中可供選擇的農(nóng)作物為：玉米、小麥、大豆和甜菜。按照設(shè)計的投放強度將與作物的生長需水量相匹配，同時應(yīng)考慮到易受自然降水影響的土壤實際含水量。根據(jù)《城市污水土地處理利用設(shè)計手冊》，有機（COD）限制負荷為3.40 kg/畝；根據(jù)《城市污水土地處理利用設(shè)計手冊》，氮限制負荷為0.052 kg/畝〔4〕。

根據(jù)項目區(qū)的歷史平均降雨量和農(nóng)作物的生長需水量，不同農(nóng)作物相應(yīng)的投放計劃如表2 所示。

表2 中的作物生長需水量來自聯(lián)合國糧農(nóng)組織發(fā)布的農(nóng)作物生長需水量相關(guān)數(shù)據(jù)。不同農(nóng)作物的實際單產(chǎn)取決于實際降水量、土壤墑情、作物品種、耕作水平、灌溉條件等因素影響。

3 運行效果

上述工藝處理污水各個階段的進出水水質(zhì)如表3 所示。

4 技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)

4.1 工程投資

該工程穩(wěn)定塘占地面積11.47萬m2，土地處理占地面積5 100 畝，總投資3 483.3萬元，其中土建部分投資1 824.6萬元，設(shè)備部分投資1 177萬元，其他費用約481.7萬元。

4.2 系統(tǒng)運行成本

電費：年電力消耗約為150 000 kW·h，按當(dāng)?shù)仉娰M為0.7元/（kW·h）計，則噸水處理電費成本為0.21元。

設(shè)備養(yǎng)護與人工費：設(shè)備養(yǎng)護年總花費約3萬元，員工工資1 100元/（人·月），則噸水成本為0.20元。

總運行費主要有電費和設(shè)備養(yǎng)護與人工費，處理1 t 甜菜制糖沖洗廢水的運行費約為0.41元。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

5 結(jié)論

（1）項目充分結(jié)合當(dāng)?shù)氐淖匀粴夂驐l件，根據(jù)企業(yè)自身污水水量和水質(zhì)的特點選擇適合的處理工藝，采用成熟的土地處理技術(shù)工藝處理甜菜沖洗廢水，經(jīng)格柵、沉砂池、沉淀池一級處理，穩(wěn)定塘處理貯存后出水，實現(xiàn)COD 去除率50% ，SS 去除率98.67%，氨氮去除率49.6%，經(jīng)土地處理后實現(xiàn)有機污染物和氮磷的去除，整個過程無尾水排放，噸水成本為0.41元。

（2）用高效的機械噴灌設(shè)備取代傳統(tǒng)的灌溉方式，充分利用了廢水中的氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)，能改善土壤的理化指標(biāo)，提高土壤肥力，增加農(nóng)作物產(chǎn)量，節(jié)省水、肥資源的投入，節(jié)約農(nóng)業(yè)種植成本同時達到了增產(chǎn)增收的目的，且土地處理法農(nóng)業(yè)灌溉得到的農(nóng)產(chǎn)品符合相關(guān)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。