目前我国农副产品加工业的生产废水仍普遍采用传统的技术路线：即废水经处理达到一定标准后，再进行利用的思路。通常采用好氧生物处理或厌氧、好氧组合工艺。一般可满足食品加工排水的处理要求，出水可达到国家二级排放标准。但是由于甜菜、淀粉加工等工业季节性生产的独特性，其排水很难保证生化处理工艺的稳定和连续运行，对于气候寒冷地区，常规的生化工艺难以达到设计处理效果；同时生化处理工艺也存在着投资偏大、运行费用高、无法常年运行、操作要求严格等问题。

黑龙江九三某制糖企业产生的甜菜制糖冲洗废水，经处理作市政杂用水、景观补充用水和冷却循环补充用水时，处理难度大，且在寒冷地区运行困难、运行费用也高，主要控制指标为有机物、色度、悬浮物、总固体、氨氮等。甜菜冲洗水无毒无害，通过预处理后进行农业种植是一种循环经济的思路，既保证废水的排放又补充植物所需的养分，且改良土壤。因此，根据当地实际情况，引进美国先进技术和设备及成熟的土地处理工艺，即甜菜洗涤废水经过沉淀后，排入稳定塘中自然降解，后通过机械自走式喷灌设备以均匀、有序的方式投放入土壤-植被系统中，依靠土壤中的微生物对有机物进行有效降解，同时作物也可以充分利用水分和有机营养物质（氮、磷、钾），从而达到废水资源化利用的目的。

1 工程概况

黑龙江省九三农垦某制糖企业加工甜菜能力9 000 t/d，全年甜菜糖加工期为120 d，甜菜冲洗废水的排放量按4 167 m3/d 来计算，则该企业产生废水为5.0×105 m3/a。生产排水具有典型的甜菜洗涤水特征，即：具有很强的季节性、水温低、水量大，含有糖类有机物、少量营养物，不含有毒物质。水质指标：pH=6.5，氨氮29.8 mg/L，COD 5 000 mg/L，悬浮物1 500 mg/L，BOD5 2 500 mg/L，总氮64.28 mg/L，硝酸盐氮5.97 mg/L，磷12.4 mg/L，钠7.26 mg/L，钾67.2mg/L，镁140.2 mg/L，钙29.12 mg/L，硫酸盐16.2 mg/L。

该企业以前的甜菜冲洗废水在排出厂外前，仅经过沉沙池和粗格栅拦污，之后排水经厂内沉淀池简单沉淀一级处理后，每年产生的大量污水直接排入老莱河，部分污水通过老莱河排入嫩江流域，给嫩江流域的周围环境造成了一定程度的污染。

2 废水处理工艺流程

2.1 工艺说明

根据该糖厂历年的生产计划及用水统计，其最终设计规模为50万m3/a。将冲洗水出水分为前部的预处理和土地处理利用两部分。工艺流程如图1 所示。

（1）废水的预处理系统。采用格栅、沉砂池、辐流式沉淀池等处理设施，对甜菜清洗废水中的泥沙、甜菜皮屑等固体悬浮物进行分离去除，使得水质符合后续贮、运和投配的工艺要求。

（2）贮存/稳定系统。采用稳定塘作为甜菜清洗有机排水的贮存系统，除了解决冬贮夏用问题，还具有水质改善的功能，表现为：一方面可以保持水质不发生厌氧腐化、最大限度地保持营养物的含量，另一方面可以在贮存过程中使大分子有机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。稳定塘底部复合土工布防渗，且甜菜洗涤水中的悬浮物含量较高，经过3 至6 个月的静置沉降，悬浮物大部沉积于稳定塘底部，形成天然保水层。稳定塘每年的8月至10月为空置期。空置期间可根据稳定塘底部的淤积情况，适当清淤，保持有效容积。稳定塘底部淤泥成分为有机肥料，堆肥后可以还田。新建稳定塘占地面积11.47万m2，水面面积10.43万m2，平均有效水深5.5 m，保护高度2.0 m，有效容积50.4万m3。

（3）土地处理系统。污水经过一定程度的预处理后有控制地投配到土地上，利用土壤、微生物、植物生态系统的自净功能和自我调控机制，通过一系列物理、化学和生物化学过程，使污水达到预定处理效果，并对污水中氮、磷等资源加以利用，使其成为植物自身营养成分的一种污水处理技术。土地处理系统大多数污染物的去除主要发生在地表下30～50 cm 处具有良好结构的土层中，该层土壤、植物、微生物等相互作用，从土表层到土壤内部形成了好氧、缺氧和厌氧的多项系统，有助于各种污染物质在不同的环境中发生作用，最终达到去除或削减污染物的目的。

废水于当年10月开始至次年的2月陆续排入稳定塘内储存并自然降解，投配系统自次年的5月初起开始运行，至7月中止，自然降解后均匀、有序地投放至土壤净化田中。通常，每年的7月至8月为当地的雨季，土壤含水量偏高，为避免过度灌溉而产生地表径流污染地表水体，不进行灌溉。

废水按照农作物生长所需营养物质的量来定时、定量进行投配。首先经提升泵站加压后，通过管路输送到各作物种植区的喷灌机，再由喷灌机自带的增压泵二次增压，均匀、受控地投放于土壤中。

结合对稳定塘水的水质分析发现，该水水质偏酸性，而项目所在地的土壤呈弱碱性，通过喷灌使两者中和，具有同时改善水质和土壤理化性质的作用。甜菜冲洗废水的循环经济利用原则为“水量平衡、物料平衡”。因此在设计农田灌溉系统时，使整个农田灌溉系统吸收并利用所有投放在系统中的资源和养料（如氨氮）。正常运行情况下，整座系统将无尾水排出，实现水资源和营养物资源的全部闭路循环，其中原水50万m3/a，管路损失0.75万m3/a，稳定塘降水5.36万m3/a，稳定塘蒸发量15.38万m3/a，土地处理系统处理量为38.93万m3/a，最终达到原水的消减率为100%。

输配水系统由提升泵站、输水干管、配水支管系统以及中心控制系统构成。其核心是中心控制系统，集成了土壤墒情在线监测、数据与控制信号的远程传输以及中心的智能自动控制，能够使操作人员在中心控制室内随时查看整个系统的状态，并对系统运行控制参数进行修改。在其控制下，输配水系统内的提升水泵、配水阀门均可自动进行运作，保证均匀、受控地输送至各个土地处理单元。

农田灌溉系统的核心是投放设备：自走式圆型喷灌机。经过喷灌机的喷洒，以一种均匀、有序的方式被送入土壤-植被系统，随之被吸收和分解利用。

（5）污泥处理系统。沉淀池污泥经污泥浓缩后进入污泥干化厂，自然脱水和过滤后进行堆肥或外运。

2.2 主要处理构筑物及设计参数

（1）主要构（建）筑物如表1 所示。

（2）土壤种植系统。土壤-植物系统是笔者示范项目的核心，由10 个净化田单元组成，根据布水设备的规格，净化田单元为直径400～700 m 的圆形地块，内部种植甜菜、小麦、玉米、马铃薯等经济作物。

地块的坡度可根据自然地形或防洪涝的要求设计，最大不能超过15°。作物的垄沟沿地面坡度方向延伸，作为天然降雨的布水和排泄设施。

该工程一共采用10 套喷灌设备，一期3 套，总共有效种植面积为5 100 亩。每一块土壤净化田中可供选择的农作物为：玉米、小麦、大豆和甜菜。按照设计的投放强度将与作物的生长需水量相匹配，同时应考虑到易受自然降水影响的土壤实际含水量。根据《城市污水土地处理利用设计手册》，有机（COD）限制负荷为3.40 kg/亩；根据《城市污水土地处理利用设计手册》，氮限制负荷为0.052 kg/亩〔4〕。

根据项目区的历史平均降雨量和农作物的生长需水量，不同农作物相应的投放计划如表2 所示。

表2 中的作物生长需水量来自联合国粮农组织发布的农作物生长需水量相关数据。不同农作物的实际单产取决于实际降水量、土壤墒情、作物品种、耕作水平、灌溉条件等因素影响。

3 运行效果

上述工艺处理污水各个阶段的进出水水质如表3 所示。

4 技术经济指标

4.1 工程投资

该工程稳定塘占地面积11.47万m2，土地处理占地面积5 100 亩，总投资3 483.3万元，其中土建部分投资1 824.6万元，设备部分投资1 177万元，其他费用约481.7万元。

4.2 系统运行成本

电费：年电力消耗约为150 000 kW·h，按当地电费为0.7元/（kW·h）计，则吨水处理电费成本为0.21元。

设备养护与人工费：设备养护年总花费约3万元，员工工资1 100元/（人·月），则吨水成本为0.20元。

总运行费主要有电费和设备养护与人工费，处理1 t 甜菜制糖冲洗废水的运行费约为0.41元。。

5 结论

（1）项目充分结合当地的自然气候条件，根据企业自身污水水量和水质的特点选择适合的处理工艺，采用成熟的土地处理技术工艺处理甜菜冲洗废水，经格栅、沉砂池、沉淀池一级处理，稳定塘处理贮存后出水，实现COD 去除率50% ，SS 去除率98.67%，氨氮去除率49.6%，经土地处理后实现有机污染物和氮磷的去除，整个过程无尾水排放，吨水成本为0.41元。

（2）用高效的机械喷灌设备取代传统的灌溉方式，充分利用了废水中的氮磷等营养物质，能改善土壤的理化指标，提高土壤肥力，增加农作物产量，节省水、肥资源的投入，节约农业种植成本同时达到了增产增收的目的，且土地处理法农业灌溉得到的农产品符合相关农业生产标准。