目前我國農副產品加工業的生產廢水仍普遍采用傳統的技術路線：即廢水經處理達到一定標準后，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準。但是由于甜菜、淀粉加工等工業季節性生產的獨特性，其排水很難保證生化處理工藝的穩定和連續運行，對于氣候寒冷地區，常規的生化工藝難以達到設計處理效果；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、操作要求嚴格等問題。

黑龍江九三某制糖企業產生的甜菜制糖沖洗廢水，經處理作市政雜用水、景觀補充用水和冷卻循環補充用水時，處理難度大，且在寒冷地區運行困難、運行費用也高，主要控制指標為有機物、色度、懸浮物、總固體、氨氮等。甜菜沖洗水無毒無害，通過預處理后進行農業種植是一種循環經濟的思路，既保證廢水的排放又補充植物所需的養分，且改良土壤。因此，根據當地實際情況，引進美國先進技術和設備及成熟的土地處理工藝，即甜菜洗滌廢水經過沉淀后，排入穩定塘中自然降解，后通過機械自走式噴灌設備以均勻、有序的方式投放入土壤-植被系統中，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物質（氮、磷、鉀），從而達到廢水資源化利用的目的。

1 工程概況

黑龍江省九三農墾某制糖企業加工甜菜能力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，則該企業產生廢水為5.0×105 m3/a。生產排水具有典型的甜菜洗滌水特征，即：具有很強的季節性、水溫低、水量大，含有糖類有機物、少量營養物，不含有毒物質。水質指標：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。

該企業以前的甜菜沖洗廢水在排出廠外前，僅經過沉沙池和粗格柵攔污，之后排水經廠內沉淀池簡單沉淀一級處理后，每年產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

根據該糖廠歷年的生產計劃及用水統計，其最終設計規模為50萬m3/a。將沖洗水出水分為前部的預處理和土地處理利用兩部分。工藝流程如圖1 所示。

（1）廢水的預處理系統。采用格柵、沉砂池、輻流式沉淀池等處理設施，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，使得水質符合后續貯、運和投配的工藝要求。

（2）貯存/穩定系統。采用穩定塘作為甜菜清洗有機排水的貯存系統，除了解決冬貯夏用問題，還具有水質改善的功能，表現為：一方面可以保持水質不發生厭氧腐化、最大限度地保持營養物的含量，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。穩定塘底部復合土工布防滲，且甜菜洗滌水中的懸浮物含量較高，經過3 至6 個月的靜置沉降，懸浮物大部沉積于穩定塘底部，形成天然保水層。穩定塘每年的8月至10月為空置期。空置期間可根據穩定塘底部的淤積情況，適當清淤，保持有效容積。穩定塘底部淤泥成分為有機肥料，堆肥后可以還田。新建穩定塘占地面積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。污水經過一定程度的預處理后有控制地投配到土地上，利用土壤、微生物、植物生態系統的自凈功能和自我調控機制，通過一系列物理、化學和生物化學過程，使污水達到預定處理效果，并對污水中氮、磷等資源加以利用，使其成為植物自身營養成分的一種污水處理技術。土地處理系統大多數污染物的去除主要發生在地表下30~50 cm 處具有良好結構的土層中，該層土壤、植物、微生物等相互作用，從土表層到土壤內部形成了好氧、缺氧和厭氧的多項系統，有助于各種污染物質在不同的環境中發生作用，最終達到去除或削減污染物的目的。

廢水于當年10月開始至次年的2月陸續排入穩定塘內儲存并自然降解，投配系統自次年的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月為當地的雨季，土壤含水量偏高，為避免過度灌溉而產生地表徑流污染地表水體，不進行灌溉。

廢水按照農作物生長所需營養物質的量來定時、定量進行投配。首先經提升泵站加壓后，通過管路輸送到各作物種植區的噴灌機，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。

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

輸配水系統由提升泵站、輸水干管、配水支管系統以及中心控制系統構成。其核心是中心控制系統，集成了土壤墑情在線監測、數據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隨時查看整個系統的狀態，并對系統運行控制參數進行修改。在其控制下，輸配水系統內的提升水泵、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。

農田灌溉系統的核心是投放設備：自走式圓型噴灌機。經過噴灌機的噴灑，以一種均勻、有序的方式被送入土壤-植被系統，隨之被吸收和分解利用。

（5）污泥處理系統。沉淀池污泥經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 主要處理構筑物及設計參數

（1）主要構（建）筑物如表1 所示。

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

地塊的坡度可根據自然地形或防洪澇的要求設計，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施。

該工程一共采用10 套噴灌設備，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作物為：玉米、小麥、大豆和甜菜。按照設計的投放強度將與作物的生長需水量相匹配，同時應考慮到易受自然降水影響的土壤實際含水量。根據《城市污水土地處理利用設計手冊》，有機（COD）限制負荷為3.40 kg/畝；根據《城市污水土地處理利用設計手冊》，氮限制負荷為0.052 kg/畝〔4〕。

根據項目區的歷史平均降雨量和農作物的生長需水量，不同農作物相應的投放計劃如表2 所示。

表2 中的作物生長需水量來自聯合國糧農組織發布的農作物生長需水量相關數據。不同農作物的實際單產取決于實際降水量、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如表3 所示。

4 技術經濟指標

4.1 工程投資

該工程穩定塘占地面積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，設備部分投資1 177萬元，其他費用約481.7萬元。

4.2 系統運行成本

電費：年電力消耗約為150 000 kW·h，按當地電費為0.7元/（kW·h）計，則噸水處理電費成本為0.21元。

設備養護與人工費：設備養護年總花費約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備養護與人工費，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.jianfeilema.cn更多相關技術文檔。

5 結論

（1）項目充分結合當地的自然氣候條件，根據企業自身污水水量和水質的特點選擇適合的處理工藝，采用成熟的土地處理技術工藝處理甜菜沖洗廢水，經格柵、沉砂池、沉淀池一級處理，穩定塘處理貯存后出水，實現COD 去除率50% ，SS 去除率98.67%，氨氮去除率49.6%，經土地處理后實現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備取代傳統的灌溉方式，充分利用了廢水中的氮磷等營養物質，能改善土壤的理化指標，提高土壤肥力，增加農作物產量，節省水、肥資源的投入，節約農業種植成本同時達到了增產增收的目的，且土地處理法農業灌溉得到的農產品符合相關農業生產標準。