生活污水土地处理技术

四川有色金属2009年4月Sichuan Nonferrous Metals●36.文章编号:1006- 4079(2009)01- 0036 -05生活污水土地处理技术封丹，严群，李健昌,赖兰萍，韩磊，黄俊文，罗仙平(江西理工大学资源与环境工程学院，江西赣州341000)摘要:生活污水土地处理技术是一种基于土壤-微生物~植物系统的作用从而实现污水资源化与无害化的技术。本文阑述土地处理系统的机理、各种工艺及应用，指出其当前存在的问题及应对措施，并对其在我国的前景做出了展望。关键词:污水;土地处理系统;渗滤中图分类号: X799.3文章标示码: ALand Treatment Techniques of Domestic WastewaterFENG Dan, YAN Qun, Li Jian- chang, LAI Lan-ping, HAN Lei, HUANG Jun-wen, LUO Xian-ping(School of Resources and Environmental Engineering, Jiangxi University of Scienceand Technology,Canzhou 341000.Jiangi,China)Abstract: Land treatment technique of domestic wastewater carrys out wastewater renovation and innocuousefluent discharge based on Boil -biologic - plant function .In the present paper ,principles of land treatmentaystems and all kinds of treating techniques and the application were described ,pointing out existingproblems and measure8 in the preent ,and the application proepect of them in our country was suggested 。Key words: sewage; land treatment system; infiltration生活排放量为859.4万吨);氨氮排放量为149.8 ;1前言万吨(其中，工业排放量为52.5万吨，生活排当前，我国每年废水排放量不断增加,全国放量为97.3万吨)。由此可见，生活污水的排放水环境总体上呈恶化趋势。据国家环境保护总局量明显要比工业废水的大，必须寻找一种生活污2005年的统计,在国内生产总值比上年增长水处理技术。9.9%的形势下，全国废水排放总量为524.5亿吨然而，许多污水处理厂仍使用传统的“钢混(其中，工业废水排放量为243.1亿吨，生活污建筑"网, 基建与运行费用高,大部分地区难以水排放量为281.4亿吨);化学需氧量排放量为承受，也不能解决诸如水体富营养化等问题。因1414.2万吨(其中，工业排放量为554.8 万吨,此，人们不得不寻求低成本、高效率的污水处理基金项目:江西省教育厅科学技术研究项目(No.赣教技字[200] 216号)，江西省自然科学基金项目(2007GQH0655)与江西省青年科学家(井冈之星)培养对象计划项目(207DQ00400)。作者简介:封丹(1984-), 女，浙江杭州人，硕士研究生,环境工程专业,研究方向为水污染控制工程。●37.封丹等:生活污水土地处理技术第1期革新技术和代用技术，走污水资源化的新路线。土地处理系统基本工艺可分为三种:慢速滲因为在众多污水处理技术中，土地处理系统不仅滤(SR)、 快速渗滤(RD、地表漫流(OF)。其主设备简单，而且净化水质可达二级处理,甚至三要差别在于相应工艺中污水运移的速率和水力路级深度处理水平，所以在欧美- -些技术发达的国径不同。适当改变某些应用条件可成为与上述三家比较普及。近年来，各发展中国家也开始积极种基本工艺类型不同的改良型，如:湿地系统研究和推广这一技术明。污水土地处理系统的(WL)、地下渗滤系统(SD)、 人工快速渗滤系统不足就在于占地面积大，但对于经济不发达的农(CRI)及土地处理复合系统等工艺。土地处理系村来说，不仅起到保护当地生态环境和合理利用统工艺类型的选择，主要是根据土壤性质、透水水资源的作用，反而不占用土地，而且节省了其性、地形、种植作物种类、气候条件和对污、废它污水生物处理技术的占地。水处理程度的要求等来选择的。表1是土地处理系统各工艺类型的比较。2污水土地处理系统2.1.1慢速渗滤处理系 统污水土地处理系统可以定义为:利用土壤-慢速渗滤处理系统(slow rate iniltration微生物植物系统的陆地生态系统的自我调控机treatment system,简称SR)是将污水投配到种有制和对污染物的综合净化功能处理城市污水及一植 物的土壤表面，污水在流经土壤表面以及在土些工业废水，使水质得到不同程度改善，实现废壤-植物系统内部垂直渗滤时得到净化的土地处水资源化与无害化的常年性生态系统工程问,是理工艺川。水力负荷和有机负荷是其重要的设生态学四大基本原理在水资源领域的具体运用计参数。 由于馒速渗滤土地处理技术易与农业生网。其工艺流程简单表示如图1所示。产结合，工艺灵活，资金投人少，从而使其是土地处理技术中经济效益最大、水和营养成分利用率最高的一-种类型，可适用于人口相对集中排污系统比较完善的地区。圈1污水土地处理工艺流程图0赵建芬等四对传统的污水慢速渗滤土地处Fig.1 Process of wastewater理系统进行改进，处理污水水量较传统方式大，land treatment system处理效率高，处理出水水质优良，除总氮外各指污水土地处理系统作为生物-化学工厂内,标满足《地面水环境质量皿类标准),系统出水处理机理十分复杂，是利用土壤以及其中的微生可回用。物和植物对污染物进行综合净化,使有机物转化2.1.2地表漫流处理系统为无机物，有毒物质变成无毒物质并被生物吸地表漫流处理系统(overland flow reatment收，这一过程包含了物理过滤、物理吸附、物理ystem,简称0F)是将污水有控制地投配到生长沉积、物理化学吸附、化学反应和化学沉淀、金多年生植物、坡度和缓、土壤渗透性较差的坡属整合，有机物重组及降解等作用，对于不同的面，污水在地表以薄层沿坡面流动过程中得到净污染物，有不同的作用起主导作用9。其工艺化的一种污水处理工艺类型凹。该系统在低水.类型灵活多样，工程简易,基建投资省，只是常平预处理的情况下可得到净化效果较好的出水并规处理的1/3-1/2， 且在处理污水的同时还有国以地表径流收集出水，是污水利用率高和对地下土整治、绿化、美化环境的优点，管理简单方水影响最小的处理工艺。便，运行维护费用只有常规处理的1/5-13,处孙敏等网在新沂河中游的滩地上构建地表理效果稳定。漫流系统并开展了处理污染河水的中试研究,结2.1土地 处理系统工艺类型及其特点果表明，当COD<30mg/L时，系统对COD的平第1期封丹等:生活污水土地处理技术均去除率为20%- -35%,当COD≥30mg/L时，系统配到具有- -定构造和良好扩散性能的土层中，使.对其平均去除率为45% -55%;系统对氨氮的平污水中的污染物在生态系统的物质循环中进行降均去除率为70% -85%，出水氨氮平均浓度≤解, 净化水质,使污水中的能量通过生态系统的1mg/L;植物在地表漫流系统中的主要作用是均能量流动逐级充分利用，以维持生态系统正常发匀布水和延长污水在地表的停留时间,对COD挥的中小规模的生态处理工程叫。该系统的关和氨氮的吸收作用有限。键性间题在土壤的选择与配制及合适的水力负2.1.3快速渗滤土地处理系统荷。研究表明，在进行污水地表漫流土地处理系快速滲滤土地处理系统(napidifiltrtion统设计时，需要考虑的场地工艺参数主要包括:land treatment system,简称RI)是将污水有控制地面最佳坡度为2% -8%;土壤类型选择渗透性地投配到具有良好渗滤性能的土壤表面，污水在能低的土壤，以粘土、亚粘土最为适宜，或在向下渗透过程中，在生物氧化、硝化、反硝化、0.3- 0.6m以下有不透水层;植物选择以根系发过滤、沉淀、氧化和还原等- -系列作用下，得到达，耐污性强，固定吸收污染物强的植物为主;净化处理的- -种污水土地处理工艺类型四。RI对于城市污水，水力负荷通常采用2- 4cm/d;污系统因为包括包气带(非饱和带)和非包气带水投配频率为5- -7d/周;污水投配时间为5- -24h。(饱和带)，所以也为土壤含水层处理系统(eoil-王绍春等(192 以苏州拙政园的园林景观水aquifer treatment systerm) (k切。 在RI系统运行为原水，对地下滲滤系统处理园林景观水的效果中，污水是周期地向渗滤田灌水和休灌，使表层进行了探讨,结果表明，园林景观水水质有了明土壤处于淹水/干燥，即厌氧、好氧交替运行状显的改善而且达到了B类园林景观水水质，独态，在休灌期,表层土壤恢复好氧状态，在这里度、高锰酸盐指数、氨氮和正磷酸盐的去除率都产生强力的好氧降解反应,被土壤层截留的有机比较稳定，分别为35% -70%、10%-35% ，物为微生物所分解，休灌期土壤层脱水干化有利2.84%-75.81%和27%左右，况且系统运行性能于下一个灌水周期水的下渗和排除。在土壤层形稳定。.成的厌氧、好氧交替运行状态有利于氮、磷的去2.1.5湿地处理 系统除。影响系统运行的因素有很多，但主要表现在湿地处理系统(weland eystem， 简称WL)3个方面: 1) 渗透系数; 2)水力负荷; 3)运行是将污水有控制地投配到土壤经常处于饱和状周期(湿干比)。但是RI系统有一定的局限性:态，生长有芦苇、香蒲等沼泽生植物的土地上，1)对场地的适用性有一定的要求; 2) 污水处理污水在沿--定方向流动过程中在耐水植物和土壤效果受到气温的影响很大; 3)对进水水质有一联合 作用下得到净化的一-种土地处理系统。污水定的要求。湿地系统的类型有天然湿地系统、自由表面人工何江涛等呐对污水快速滲滤土地处理系统湿地系统、地下潜流湿地系统、垂直流人工湿地进行了适当改进，其水力负荷得到大量提高，试等内。验结果表明，在水力负荷达到2.943m/d时,各人工湿地污水技术起源于德国，其对污水的污染组分仍可得到较好的去除，COD和BODS去处理综合 了物理、化学和生物的三种作用。湿地除率分别为70% 90%和70% -80% ; TN和NH,*系统成熟以后，基质表面和植物根系吸附了大量的去除率分别为70% -95%和80%- -9S%。微生物形成生物膜，污水流经生物膜时，大量的2.1.4地下渗滤处理系统ss被基质和植物根系截留，有机污染物则通过地下渗滤处理系统(ubuface ifilration生物膜的吸收、同化及异化作用而被去除，湿地treatment system,简称SI)是利用并强化土壤微床系统中因植物根系对氧的传递释放，使其周围生物及土壤-植物稳定生态系统的净化功能,采的环境依次呈现好氧、缺氧和厌氧状态,保证了用在土壤亚表面布水的方式投配污水，将污水投污水中的氮磷不仅能被植物和微生物作为营养成39●封丹等:生活污水土地处理技术第1期分而直接吸收，而且还可以通过硝化、反硝化作的污水土地处理技术基础上发展起来的一-种崭新用及微生物对磷的过量积累作用将其从污水中去的污水处理系统。该系统利用土壤-含水层系统除，最后通过湿地床基质的定期更换和裁培植物所具有的潜在天然净化功能对污水进行综合处的收割而使污染物最终从系统中去除叫。理，同时通过过滤截留、吸附和生物降解的协同鄢璐等[网研究了人工湿地中水力停留时作用使污染物得以去除，使水质得到不同程度的间、植物、填料和水力流态对净化效率和氧状态改善，从而实现污水的无害化和资源化。目前，的影响。结果表明,湿地溶氧和净化效果受水力与其它城市污水二级处理方法相比，CRI系统具停留时间影响较大，最佳停留时间时溶解氧出现有净化效果好、设备简单、操作管理方便、基建最低值，选取5d为最佳停留时间;植物种类的投资和运行管理费用低以及处理能耗低等优点。不同将影响湿地供氧;填料孔隙率和表面性质的冯绍元等肉在三家店水库下游建立人工快不同将直接影响其复氧效果;垂直流人工湿地独速渗滤系统，对地表微污染水净化效果进行试验特的结构设计和水力流态使其更有利于湿地内部研究，结果表明,系统对CODM和NH'-N的平的供氧。均去除率分别为45%和65%,在冬季低温阶段,2.1.6人工快速渗滤系统系统它们的平均去除率仍可以达到20%和60%;人工快速渗滤系统. (constructed rapidCODM和NH*--N去除率分别随着渗透速率的增加infiltration,简称CRD)是由中国地质大学(北而降低和不明显，CODM和NH'-N受水温的影响京)水资源与环境学院钟佐燊教授等叫在传统分别是较大和不明显。表1土地处理系统各工艺类型的比较072工艺特点慢速渗馆快速渗滤地表漫流湿地系统地下渗滤人工快速渗龙表面布水表面布水或者布水方式高压喷洒高低压布水地下布水年水力负荷0.6~66-122 .3~313-300.4~3100-208(m/a)年有机负荷2000360001500018000(kgBOD/ha.g)占地性质农林牧征地牧业经济作物绿化占地面积(m/a)12:22预处理最低程度一级处理格栅、筛滤格栅、筛谑化粪池、径流、下渗、污水最终去向下渗、蒸散地面收集蒸散土壤渗透车(cm.h-1)≥0.15中≥5快≤0.5慢0.15-0.5中对地下水质的影响有影响会有影响轻微影响冬季污水冬季部分气候的影响需储存终年运行污水储存典型植物谷物、牧草无要求牧草芦苇草皮、花木2.2土地处理系统存在的问题及措施的关键问题。要从物理、化学和生物等方面预防综合国内外的研究成果，污水土地处理系统和控制土壤堵塞，目前的方法主要有:一是加强存在的问题主要体现在以下几个方面:系统的预处理，降低系统的有机负荷;二是根据2.2.1系 统的堵塞系统处理水质的要求，选择滲透性能适中的渗滤土壤堵塞是影响土地处理系统长期稳定运行介质。第1期封丹等:生活污水土地处理技术402.2.2去除机理的研 究报,2006，(5) :1-7.污水土地处理系统对有机污染物的去除，主[2] Check G G.Wller D HLoe s A.cal.Tbe lteal-low and-ilersyelem for sepicuank ellueat treslmeat J .Weler Eriron,1994,娶是依靠微生物的作用。这方面的研究主要集中(66) :919- -928.在对微生物的培养、微生物在系统中的分布、微[3] Tomon M B.ealLand pplication d munieipel wustewater [J，生物量、微生物活性以及具体的菌种的研究。Groundwater Enviromen,1985, (8) :244 251.2.2.3系统的复氧问题[4]郭伟,李培军,污水快速渗滤土地处理研究进餍[] ,环境圬染污水土地处理技术是一种自然处理技术，一治理技术与设备,2004.5 (8) :1-7.般不需要人工曝气，但为了提高复氧效率，目前(5]高拯民,李宪法城市污水土地处理利用设计手册凹.北京:中国标准出版社, 1991:8-28.复氧采用的方法主要有三种:一是采用干湿交替[6] Begen S.D.Bdlo SMFidley JLDeip pinciple for的工作方式加强系统复氧;二是通过设置通气管oolgiananineringEcologoalangineering200L, 09 201-210对系统进行复氧;三是利用植物的根系对系统内[7]杨文涛刘春平,文红艳,等.拽谈污水土地处理系统[]} .土壤部进行复氧。通报2007.38 (2) :394.(8]孙宗健,王金生,腾彦国,等.人工土壤渗峰工艺研究与应用2.2.4重金属污染[J] .环境科学与技术,2007.30 (2) :10.重金属污染也是制约土地处理系统发展的主[9] Felde K V,Kkunst S.N and COD removal in vertical- -Alow要问题,可以通过对污水的预处理、特有植物吸收ayatems J] .WesLci.ch.1997.36 (5) :79-85.修复缓解重金属的积累,从而减少污染的发生。10] 徐新阳,于锋主编污水处理工程设计[M北京:化学工业2.2.5占 地面积大出版社.2003:96.占地面积大是阻碍土地处理系统发展的主要(11] 贾宏字，孙铁珩李培军.等.污水土地处理技术研究的最新进餍0.环境污染治理技术与设备2001,2 (]) :62 65.因素，只有在水力负荷、出水水质和堵塞三者之[12]赵建芬马香玲,靳路明等.污水慢速渗滤土地处理系统的改间找到平衡点才能解决此问题。进试验研究[J]农业工程学报.2006.22 (9) :85-88.[13]完颜华,李立房,崔金费坡度、水力负荷及布水方式对地表3结语与展望漫流系统冲刷奉的影响J] .兰州铁道学院学报，1994,13(3) :49-54.生活污水的特性本身决定了污水治理方法的14]孙敏,阮晓红,张旭东等地表漫流系统处理污染新沂河水的特殊性，传统的处理技术存在很多弊端而难以得中试研究[0] .中国给水排水2006.22 (9) :46 49.到推广。作为城市污水处理革新替代技术的污水[15]严群.成先雄.农村生活污水土地处理技术[u] .四川环境，土地处理技术为生活污水提供了一种低耗、省2005,24 (2) :40-42.钱、低污染的污水生态处理技术,其在实现污水16] P.Nems.C. S.Ojha, ealTechno eonomie evluation of soil-aquifer Lrealment using primary efluent a Ahmedabed Indis.资源化和保护水体生态环境过程中发挥重要作We.LRe.2001.35: 2179-2190.用，从而在很大程度上缓解城市用水紧张。[17] Ronald W.Crite.She wood C. Reed, elApplyin tretmem许多实际运行经验表明，土地处理技术适用waslewaler lo land.BiCcle200 (4) : 32-35.于在我国广大农村地区的生活污水处理，对[18]何江铸,钟佐朵.汤鸣皋,等人工构建快速渗滤污水处理系统BOD、COD、氨氮、总氮和总磷具有很高的去除的试验0.中国环境科,2002.,22 (3) :239- 243.率，且投资省、管理方便、出水效果稳定，有国[19]王绍春,费忠民,张维佳.地下渗进系统处理园林景观水的实验研究I苏州科技学院学报2007.20 (3) :45 47. :土整治、绿化美化环境的优点。但是，该系统还(201王绍春，费忠民张维佳.地下渗謔系统处理园林景观水性能存在局限性，如是否对周围的环境会造成不利的测试0 ,环境科学与管理,2007.32 (10) :62-64.影响、去除机理等方面的基础性研究都有待更深[21] 刘家宝人工快速渗滤系统污染物去除机理及其处理效果研人的研究。究[D]北京:中国地质大学.2006.[22]擎璐,王世和,刘弹等、人工湿地氧状态影响因素研究[] .水处理技术,2007,33 () :31-34.参考文献[23)码绍元,郑艳侠,唐泽军,，等.人工快速渗谴系统对地表微污染水净化效果的试验研究([] .水利学报2007,38 (4) :422- -(1]国家环境保护总局. 2005中国环境状况公报[N .中国环境425.