（环境工程专业论文）水平与垂直复合流土地慢渗对农田径流污水脱氮除磷效果研究.pdf

摘要 近年来，随着滇池流域工业、农业的发展，大量的含有氮、磷等营养元素的污水排入滇池， 造成了水体的严重富营养化其中面源污染的贡献率超过5 0 ，因此控制农业生产过量施入农田 的氮磷元素的化肥、农药的农田径流污水，利用当地的土壤、植物等有利的自然条件，形成植物 一土壤慢速渗滤系统，是一种经济、快速的解决面源污染问题的主要措施。 污水慢速渗滤处理系统，简称为s r 系统，是将投配到种有植物的渗透性能良好的土壤表面 的污水在流经土壤表面以及在土壤一植物系统内部垂直渗滤过程中，通过植物的吸收以及土壤内 部的物理化学和生物学作用而得到净化的土地处理工艺，具有投资少，运行管理方便，且能避免 自然条件限制等优点，在处理农田径流污水中发挥着巨大的作用。 为了研究此系统对污水中氮磷元素的去除效果，根据检测得到的滇池流域农田径流污水的水 质数据进行四个部分的模拟试验：水平方向上植物对径流污水脱氮除磷效果的研究；垂直方向上 土壤本身对径流污水脱氮除磷效果的研究；水平与垂直复合流对污水脱氮除磷效果研究以及添加 不同基质对径流污水除磷效果的研究。 试验结果表明：在模拟当地农田径流污水的水质状况下，采用当地农田排水沟中大量生长的 水生植物水葫芦作为复合系统主要植物类型，在水平方向上通过植物的生长，达到了对氮、磷以 及有机物污染物很好的去除，在1 5 天内对t n 与t p 去除率分别达：8 4 0 2 ，7 7 8 7 ，同时也可 以通过水葫芦的根系泌氧达到氨的好氧消化作用。 在垂直方向上，污水通过自然土层过滤反硝化作用( 9 0 c m 以内厚度) 进一步达到对污水中 氮素的去除，对t n 的去除率达7 7 4 0 ，对t p 的去除率达9 0 3 4 ，对n h 4 - n 的去除率为8 5 3 0 ， 对有机氮去除率为8 2 9 5 ，对c o d 去除率为7 6 4 5 。在垂直方向上分别设置的2 0 c m ，4 0 c m ， 6 0 c m ，8 0 c m ，1 0 0 c m 各层出水水质中t n 、t p 的含量呈逐渐降低的趋势，通过水平与垂直方向 上相结合形成的复合流系统，对 i n ，t p 的去除率分别达到黯7 5 ，9 0 5 2 。 农田进行慢速渗滤设计时。再考虑没有种植植物时，慢速渗滤系统的地下排水管可以设置在 深度为7 0 - 9 0 c m 左右的土层中，有植被时可以设置在深度为5 0 - 9 0 c m 左右的土层中。 按照体积比为5 的添加比例向土壤中添加灰渣，粉煤灰、沸石、氧化铝与碳酸钙等吸附磷 的基质，对t p 的去除率最高可达9 8 0 7 ，其中考虑到经济成本、吸附效果等因素，煤渣为最佳 选择。 关键词：慢速处理系统，水平垂直复合流，总氮，总磷，吸附 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s , t h e mm eal o to fs e w a g ew h i c hc o n t a i n sn i t r o g e na n dp h o s p h o rw e r ef l o w e di n t o d i a n c h it a k ew i t ht h ed e v e l o p m e n to fa g r i c u l t u r ea n dt h ei m i n s t y a n dt h es u r f a c ef o u n t a i np o l l u t i o nh a s 5 0 c o n t r i b u t i o nt ot h i s ，s ot h ec o n t o r l i n go ft h ee x c e s s i v ef a r m l a n ds e w a g ew h i c hc o n t a i n sl o t so f c o n t a m i n a t i o na n dm a k i n gu s eo ft h el o c a lf a r m l a n dt r e a t m e n ts y s t e mt oi n f o r mt h ep l a n t s - s o i ls l o w f a r m l a n dt r e a t m e n ta l et h ee c o n o m i ca n df a s t e rm a i nm e a s u r e st os o l v et h i sp r o b l e m l a n dt r e a t m e n ts y s t e mw i t hs l o wr a t ei sa l w a y sc a l l e ds rf o rs h o r t , i ti st h es y s t e mt h a tp u tt h e s e w a g ei n t ot h es o f ts u r f a c ew h i c hw i t hp l a n t sa n dh a v et h ew e l hp e n e t r a b i l i t y t h es e w a g ei sd e p u r a t i v e t h r o u g ht h ep h y s i c a l , c h e m i c a la n db i o l o g i c a le f f e c t sw h e ni tf l o w st h r o wt h es u r f a c eo ft h es o i la n d s e e p st h r o wt h eu p a g h t n e s sw i t hp l a n t s i th a ss o m ee x c e l l e n c yt h a ta r et h el o wi n v e s t m e n t , t h e c o n v e n i e n tc i r c u l a t i o na n dm a n a g e m e n t , a n di ta l s oc a na v o i dt h el i m i t a t i o no ft h en a t u r ec o n d i t i o n s , a n di th a st h el a r g ef u n c t i o ni nd e a l i n gw i t hf l o ws e w a g ew h i c hg e n g r a t e df a r m l a n d i no r d e rt oi n t e n s i v et h ee f f e c ti nr e m o v i n gt h et na n dt p , t h i ss t u d ys i m u l a t e st h el o c a lf a r m l a n d s e w a g et od of o u re x p e r i m e n t s ：t h el e v e ls y s t e mw h i c h 噼t h ep l a n t st or e m o v e i n ，t pa n do t h e r c o n t a m i n a t i o n s ；t h eu p r i g h t n e s ss y s t e m ；t h ec o m p o u n ds y s t e m ；t h ed i f f e r e n tm a t e r i a li nr e m o v i n go f f t h ep h o s p h o r t h er e s u l t ss h o w st h a t ：u n d e rt h el o c a ls e w a g ec o n d i t i o n s t h er a t eo fr e m o v i n go f ft n , t p b e r e a c h e dt o8 4 0 2 a n d7 7 8 7 u n d e rt h ep l a n t sh y a c i n t hi nt h el e v e ls y s t e mi n1 5d a y s a n dm e a n w h i l e ， t h en h 4 + - nc a nb er e m o v e dt h r o u g h o x y g e ne f f e c tw h i c hp r o v i d e df r o mt h eh y a c i n t h t h er a t ei nr e m o v i n go f ft nc a nb et h r o u g hn a t u r a ls o i lf i l t r a t ea n t i - n i t r i f i c a t i o n , a n de n h a n c e t h e e f f e c to fr e m o v i n gn i r t i g o nt p , n h ：- no r g a n i cn i t r o g e na n dc o d 咖b er e a c h e dl o7 7 4 0 9 0 3 4 , 5 0 3 ，8 2 。9 5 ，a n d6 4 5 u n d e ru p i g h 衄e 女s y s t e m ，b u tt h ec h i o m ao fn 0 3 ni si n e r e a s d c o m p a r et ot h eo r i g i n a lw a t e ls e t t i n gc a t c h m e n tt u b e sf r o mt h es u r f a c et ot h ed e p t hi ne v e r y2 0 c m , a n d t h er e s u l ts h o w st h a ta l m o s ta l lt h et h ec o n t a m i n a t i o n sa l er e d u c i n gw i t ht h ed e p t h i n c r e a s i n g t h e nt h ec o m p o u n ds y s t e mh a st h es u p e r i o r i t yt ot h et w oa b o v e ds y s t e m s ，a n dt h em t eo fr e m o v i n g o f f1 n 。t p c a l lb er e a c h e dt o8 8 7 5 a n d9 0 5 2 i nd e s i g i n go ft h es l o wl a n dt r e a t m e n ts y s t e m , t h ed e p t ho ft h e & a i n a g emb es e t t e da b o u t 7 0 - 9 0 c mu n d e rt h es o i lw h i l et h e r ei sn op l a n t sa n d5 0 - 9 0 c mw h i l et h e r eh a ss o m ep l a n t s t h ef i v em a t e r i a la b o u tf l ya s h ，c o a la s h , z e o l i t e ，a z 0 3a n dc o c 0 3a l lh a v et h eh i g hr a t eo f r e m o v i n gt p , a n dc 柚b er e a c h e dt o9 8 0 7 a tm o s t c o n s i d e r i n gt h ee n v i r o n m e n t a la n de c o n o m i cc o s t , t h ef l ya s hi st h eb e s tc h o i c e k e yw o r d s ：s l o wl a n dt r e a t m e n ts y s t e m , t h ec o m p o u n ds y s t e mo fl e v e la n du p r i g m e s s , t n , t p , a d s o r p t i o n 图表目录 表1 - 12 0 0 4 年滇池主要污染指标2 表1 - 2 九条污染严重河流水质状况( 主要污染物) 2 表1 - 3 土地处理前的预处理要求及使用的控制条件表7 表1 - 4 各种典型处理工艺的设计技术指标1 2 表1 5 国内部分污水土地处理系统的运行参数1 2 表1 - 6 慢速渗滤系统去除水中污染物的机理1 5 表2 1 土壤测定项目和方法一1 9 表2 2 水质测定项目和方法2 0 表2 3 滇池流域梁家村农田七壤的物理性质2 0 表2 4 滇池流域农田土壤有机质和全氮含量2 l 表2 5 滇池流域农田径流水质状况2 l 表3 1 相隔不同天数水葫芦对污水的平均净化效果2 4 表4 - 1 土壤中不同添加基质对磷去除效果3 1 表5 - 1 云南土壤垂直流去除污染物的效果3 5 表5 - 2 北京土壤垂直流对污染物的去除率比较3 5 表5 - 3 云南土壤复合流去除污染物的效果4 3 表5 - 4 北京土壤复合流对污染物的去除率比较4 3 表5 - 5 三种系统去除污染物效果的比较5 2 图1 - 1 技术路线图1 8 图3 - 1 水葫芦对不同污染物的去除效果2 4 图4 - 1 不同质量的沸石对磷溶液的吸附晕一2 7 图4 2 不同时间内沸石对磷溶液的吸附量2 7 图4 - 3 沸石的等温吸附曲线2 8 图4 4 添加不同质量的不同材料对磷的吸附量比较2 9 图4 5 不同质量的煤渣对磷的吸附量比较一2 9 图4 - 6 沸石与膨润土的等温吸附曲线2 9 图4 7 煤渣与粉煤灰的等温吸附曲线3 0 图4 - 8 氧化铝与碳酸钙的等温吸附曲线3 0 图4 - 9 不同添加基质的土壤对t p 的去除效果3 2 图5 1 垂直流系统各层渗出水t n 含量的变化3 6 图5 - 2 垂直流系统各层对t n 去除率的比较3 6 图5 - 3 垂直流系统各层渗出水氨态氮含量的变化3 6 图5 - 4 垂直流系统各层对氨态氮去除率的比较3 7 图5 5 垂直流系统各层渗出水有机氮含量的变化3 7 图5 - 6 垂直流系统各层对有机氮去除率的比较3 8 图5 7 垂直流系统各层渗出水硝态氮含量的变化3 8 图5 8 垂直流系统各层渗出水p h 含量的变化一3 9 图5 - 9 垂直流系统各层渗出水d o 含量的变化3 9 图5 1 0 垂直流系统各层渗出水温度的变化3 9 图5 一儿垂直流系统各层渗出水e c 的变化4 0 图5 1 2 垂直流系统各层渗出水t p 含量的变化4 0 图5 1 3 垂直流系统各层对t p 去除率的比较4 1 图5 1 4 垂直流系统各层渗出水c o d 含量的变化4 1 图5 1 5 垂直流系统各层对c o d 去除率的比较4 1 图5 1 6 复合流系统各层渗出水t n 含量的变化。4 4 图5 1 7 复合流系统各层对t n 去除率的比较“ 图5 1 8 复合流系统各层渗出水氨态氮含量的变化4 5 图5 1 9 复合流系统各层对氮态氮去除率的比较4 5 图5 2 0 复合流系统各层渗出水有机氮含量的变化4 5 图5 - 2 1 复合流系统各层对有机氮去除率的比较4 6 图5 2 2 复合流系统各层渗出水硝态氮含量的变化4 6 图5 2 3 复合流系统各层渗出水t p 含量的变化4 7 图5 - 2 4 复合流系统各层对t p 去除率的比较4 7 图5 - 2 5 复合流系统各层渗出水c o d 含量的变化4 7 图5 2 6 复合流系统各层对c o d 去除率的比较4 8 图5 2 7 复合系统各层渗出水p h 的变化4 8 图5 - 2 8 复合系统各层渗出水d o 含量的变化4 8 图5 - 2 9 复合系统各层渗出永e c 的变化4 9 图5 - 3 0 复合流与垂直流各层对t n 去除率的比较4 9 图5 3 1 复合流与垂直流各层对氨态氮去除率的比较5 0 图5 3 2 复合流与垂直流各层对有机氮去除率的比较5 0 图5 - 3 3 复合流与垂直流各层对t p 去除率的比较5 1 图5 - 3 4 复合流与垂直流各层对c o d 去除率的比较5 1 图5 - 3 5 各种系统对污染物的去除率比较5 2 i i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名 声涛凤 时唰： 2 0 0 年( 月m 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名： 声清风 时间： j 0 0 7 年月“门 导师签名 名l 籀 f ) , j - f i j ：夕 年6 玛- & 中国农业大学硕十学位论文第一章绪论 1 1 立题背景 第一章绪论 滇池是云南高原面积最大的淡水湖，位于昆明市西南，素以“高原明珠”而著称。湖面的海拔 高度为1 8 8 6 m ，南北长3 9 k m ，东西最宽为1 3 k m 。滇池北部有一堤坎并修有一人工船闸，将湖体 分为南北两部分，南部为滇池的主体，称为外海，北部称为草海，草海面积仅8 k i n 2 。湖泊水域 面积为3 0 6 3 k i n 2 ；平均水深4 4 m ，蓄水量1 2 9 亿m 3 。它是当地工农业生产和城乡生活用水的主 要水源。滇池流域总面积为2 9 2 0 k m 2 ，年径流量为5 7 x 1 0 8 m 3 。流域内的主要河流有盘龙江、金 汁河、宝象河、海源河、马料河、落龙河，捞鱼河等，出水口为螳螂江。从2 0 世纪7 0 年代以来， 滇池污染和流域的生态问题已成为该地区经济和社会发展的障碍，其中水环境污染问题是滇池的 最突出的主要问题之一( 陈吉宁，李广贺，王洪涛，2 0 0 4 ) 。 1 1 1 滇池污染现状 滇池属老年性高原湖泊，是昆明市唯一的纳污水体。由于水量补给不足，水体滞留时间长， 加之历史上的围湖造田，侵占滇池水面，长期以来污染物大量排入滇池，使湖水严重富营养化。 在2 0 世纪7 0 年代，滇池无论草海还是外海水质均为l 类，从2 0 世纪舳年代初期水质逐渐被 污染，2 0 世纪9 0 年代迅速恶化。近3 0 年的时间，滇池水质从l 类下降至劣v 类，外海从2 0 世纪舳年代的富营养化发展到2 0 世纪9 0 年代的严重营养化。 近些年来，我国政府投入巨资来治理滇池污染。但未能达到预期效果。按滇池流域水污染 治理“九五”计划及2 0 1 0 年规划，2 0 0 0 年演池草海水质应达到地面水环境质量v 类标准，外 海水质达到或接近地面水环境质量类标准；到2 0 1 0 年，草海水质应达到地面水环境质量 类标准，外海水质达到地面水环境质量类标准到2 0 0 4 年，滇池水质虽较以前有所改善，但 湖体水质仍为劣v 类；草海水质仍为劣v 类；外海由劣v 类变为v 类( 如表1 - 1 所示) 。国家环保 总局发布的 2 0 0 5 年6 月地表水质报告指出，。草海水质仍为劣v 类，重度富营养；外海水质 仍为v 类，轻度富营养；全湖平均为中度富营养”( 国家环保总局，2 0 0 5 ) 。滇池的主要污染物仍 为t n 、t p 和有机污染物。 中国农业大学硕+ 学位论文 第一章绪论 表1 - 12 0 0 4 年滇池主要污染指标( 国家环保总局2 0 0 5 ) t a b l e l - 1 t h e m a i n p o l l u t i o n g u i d e l i n e o f d i a n c h i l a k e 1 1 2 滇池污染特点及原因分析 进入滇池污染较严重的鸟龙河、新河、运粮河、明通河、枧漕河、船房河、采莲河、小青河、 盘龙江九条河中，除小清河与盘龙江外，其余7 条均是城市纳污河流。九条河流水质状况见表1 - 2 。 比较可以看出，滇池入湖河流中明通河、枧槽河水质污染较严重，且水量最大。 表1 - 2 九条污染严重河流水质状况( 主要污染物) ( 单位；m g l ) ( 国家环保总局2 0 0 5 ) t a b l e l - 2 t h e w a t e rq u a l i t y o f n i n eh e a v yp o l l u t e dr i v e r s 滇池水环境污染主要表现在：湖体污染物浓度不断增加。富营养化面积不断扩大，2 0 世纪8 0 年代以来增长速度加快。水体中藻类数量急剧增加。藻类暴发频次增多，持续时间 长，并有上升趋势。滇池水污染特征主要表现在富营养化和有机污染两方面，即氮、磷和c o d 含量不断增加。 滇池的主要污染源为：城市生活污水和工业废水形成的点污染源；由降雨径流、湖面降 水降尘及农业、农村人为活动形成的面污染源；由沉积底泥造成的湖内污染源。每年进入滇池 的污水中主要污染物是t n 、t p 和c o d 。 近年来国内外的研究结果已经证明：在所有的水质问题中，有5 0 以上是由面源污染造成的。 特别是在湖泊和水库的流域内，农业和城市径流所携带的营养物质( 氮、磷等) 过量输入湖泊或 水库，造成此类水域的富营养化，导致水体原有的生态平衡破坏。这些污染物的来源，首先是生 2 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 活污水，其次是面源污染( 即化肥、土壤等造成的污染) ，最后才是工业污染。特别是造成滇池 严重富营养化的主要污染物n 和p ，生活污染源占了4 5 巧6 ，面源污染占3 3 - 4 0 ，工业 污染源只占1 0 一1 4 ( 张乃明，张玉娟，陈建军，2 0 0 4 ) 。从对污染源的分析可知，治理滇池污 染应以生活污染源和面源污染控制为重点，结合工业污染治理，这样才能保证滇池水质不再恶化， 然后再实施湖体污染治理才能根本解决滇池的污染问题，恢复湖体原有的功能。农村面源污染种 类繁多，产生量大，分布面广控制面源污染是一项系统工程，其中包括农村垃圾、人畜粪便、 作物秸秆等固体废弃物的处理，生活污水、生产废水的处理，化肥的减量合理使用，农药和有毒 有机物的控制，水土流失的治理等方面( 张乃明，余扬，洪波等，2 0 0 3 ) 。 1 1 3 滇池污染治理研究现状 尽管云南省近年已完成了1 7 项以点污染源治理为主的滇池污染治理工程项目，在过去几年 内遏制了滇池水污染的继续恶化。但湖区广大农村的面源污染仍十分严重。目前滇池城市排水管 网不配套，雨污混流严重制约了城市污水处理厂发挥作用，加之滇池本身属于封闭性湖泊，湖水 交换率低，因此滇池治污仍然不尽如人意，滇池7 0 的水体仍处于富营养化状态。从1 9 9 8 年起， 昆明市全面禁止使用含磷洗涤剂。昆明市通过1 9 9 9 年“零点行动”的实施，使摊入滇池的工业 废水与1 9 9 5 年相比，捧入量减少5 6 ，化学耗氧量捧放量减少了7 9 ，t n 排放量减少了7 9 ， t p 排放量减少了9 0 ，收到了明显的效果( 段永惠，张乃明，2 0 0 3 ) 。 昆明市疏挖盘龙江淤泥9 万m 3 ，疏挖大观河淤泥6 万叠，有效地改善了两条河流的水质。疏浚 了滇池草海2 8 3 k r a 2 ，疏挖底泥4 2 4 万m 3 ，清除了大量的沉积污染物，其中t p 为7 9 0 0 t ，t n 为 3 9 6 0 0 t ，各种重金属5 0 0 0 多t ，使疏浚区平均水深增加l m ，水质明显改善( 陆轶峰，李宗逊，雷 宝坤，2 0 0 3 ；金相灿，刘鸿亮，屠清瑛等，1 9 9 0 ) 虽然国家和地方政府对点源污染进行了大力 的治理，但是滇池的富营养化表征并没有得到明显的改善。农村面源污染还没有得到有效的控制。 由农村面源污染所产生的有机物、t n 、t p 是污染负荷的主要来源，入湖河道和沟渠是主要输移 途径( 陈吉宁，李广贺，王洪涛，2 0 0 4 ) 。 据农业部全国农业技术推广服务中心统计，在1 9 8 5 - 2 0 0 2 年1 7 年问，蔬菜播种面积由4 7 5 3 万公顷增加到1 7 3 5 3 万公顷，平均每年增加1 0 左右，总产量达到5 2 9 0 8 9 万吨，全国蔬菜总产 值跃居种植业第二位。 与此同时，中国化肥施用总量从1 9 4 9 年的0 6 万吨( 纯养分) 增加到2 0 0 1 年的4 2 5 3 8 万吨， 单位面积的化肥施用量从1 9 5 2 年的0 7 5 k g h m 2 增加到2 0 0 1 年的3 2 7 0 k g h m 2 2 0 0 2 年我国化肥 的施用量达4 3 3 9 万吨，其中氮肥2 1 5 7 万吨，约占5 0 左右。我国农药的施用总量也呈逐年增加 的趋势，1 9 9 1 年总使用量为7 6 1 万吨，1 9 9 5 年为1 0 8 7 万吨，2 0 0 1 年达到1 2 7 5 万吨，比1 9 9 1 年增加6 7 5 ，单位播种面积用量为8 1 9 k g h m 2 。 化肥农药的使用目前在一些地区表现出过量施用的特点。据张福锁等( 2 0 0 5 ) 对山东、江苏 等8 省4 4 个县3 0 0 0 多个农户的调查表明，在集约化农业区，大田作物氮肥的年施用量已达 4 5 0 - 6 ( ) 0 k g h m 2 ，蔬菜、花卉等作物氮肥的平均用量达5 6 9 2 0 0 0 k g h m 2 ，远远超过了作物高产条 件下的吸氮量，仅有1 0 - 2 0 氮肥被利用。过量施用氮肥已成为中国东部集约化农业区相当普 遍的问题，而且盈余的氮素将会在土壤中逐渐积累，随着灌溉水或是雨水淋洗到地下水，引起地 3 中国农业大学硕十学位论文第一章绪论 下水的硝酸盐污染。据报道南方太湖地区农田平均氮素过剩每年每公顷超过3 0 0 k g ，使得太湖流 域富营养化中化肥的贡献率达到5 5 水体富营养化相当严重，极大地危及当地居民的饮用水资 源。 云南滇池流域单位面积农川化肥的使用数鼍，无论是氮肥还是磷肥都远远高于全国的平均水 平，且由于施入土壤中的化学肥料有效利用率很低，氮肥为3 0 - 4 0 ，磷肥当季利用率只有 1 0 - 2 0 ，农田大量氮、磷通过径流进入地表水体。因此，农田径流污染主要来源于化肥农药的 使用、农村固体废弃物、农村生活污水，而在众多的农田面源污染物来源中，农田土壤氮磷流失 所占比例最大，污染贡献率达9 5 和9 3 ( 段永惠，张乃明，洪波等，2 0 0 5 ) 。 由此看出，目前对面源污染的控制就是当务之急。因此，分析农村面源污染现状构成，采取 针对性强的农业面源污染防治对策已成为解决滇池水体富营养化的关键。 面源污染中的城市生活污水和工业废水中有机污染物含量较多，即c o d 值较高；而在农村， 由于大量农药、化肥的施用，致使其生产生活污水中的氮磷元素含量较高，而c o d 值不高，因 此去除农田径流污水中的氮磷元素就成为治理农村面源污染的主要目标。 总之，要解决滇池的水污染问题，就要控制流入滇池径流污水中的氮磷等营养元素的含量， 而径流污水主要产生于面源污染，因此控制农业生产而过量施入农田大量的含氮磷元素的化肥和 农药的农田径流污水，以及通过一些水处理方法降低污水中氮磷的含量，就可以减少进入滇池水 体的氮磷含量，进而降低甚至彻底解决湖泊的富营养化问题。因此。在当地自然条件下控制农田 径流污水，就是要利用当地的土壤、植物等自然有利条件，形成植物一土壤慢速渗滤系统，以开 发一种经济，快速的农田径流污水处理方法( 杨树华。贺彬，1 9 9 8 ) 。 1 2 研究意义 控制面源污染是一项复杂的系统工程，包括很多的治理方面制定污水处理的工艺与方法要 依据于具体情况而定。目前我国大部分城市所用的生活污水与工业废水的处理工艺费用较高，不 能在农村大范围内推广应用( 郭笃发，姜爱霞，1 9 9 5 ) ，因此应根据当地的地理环境条件和所处 理的对象，选择运_ 【 ； 基建投资低、处理能耗低、运行维护要求低、出水水质较好且有较高的氮磷 及有机污染物去除率的污水土地处理系统来进行污水治理( 李国学。李莲芳，2 0 0 5 ；刘忠翰，彭 江燕等，2 0 0 5 ) ，将是非常适合我国国情和广大农村中小城镇地区生活污水处理的方法，它具有 重人的意义： ( 1 ) 构建社会主义和谐社会，以循环经济理念促进村镇与城市的协调发展：为了全面执行 党中央十六届四中全会提出的“构建和谐社会，坚持以人为本”的执政方针，提高村镇地区人 们的居住环境和生活质量，实行村镇地区污染物控制成为必然之趋。坚持科学发展观，发展循环 经济，建没生态型社会是我国的基本国策。村镇的建设与发展也是生态型社会建设的重要组成部 分，村镇水污染是影响生态型村镇建设最重要的问题。循环经济是生态型社会的重要特征，生态 型社会下的农村经济也应按照循环经济的思路发展。村镇污染控制和资源化再利用是农村经济循 环发展链条中不可缺少的一环。 4 中国农业大学硕七学位论文第一章绪论 ( 2 ) 是解决滇池面源污染问题的重要组成部分；造成目前滇池污染的主要原因有周边村镇 生活污染、周边村镇农业污染以及畜禽养殖污染。要想解决面源污染的问题，就必须解决上述三 方面问题。滇池村镇生活污染控制也是解决面源污染问题的一个重要部分。 ( 3 ) 改善滇池周边村镇居住环境，提高生活水平：滇池周边村镇地区由于经济水平相对较 低，生活设施简陋，生活习惯导致污染物管理差，使生活环境变差，致使。污水横流，垃圾遍地” 因此，对村镇地区污水及雨污染物治理是实现村镇居住环境变好，生活质量提高的必由之路。 1 3 国内外土地处理技术现状和发展趋势 1 3 1 土地处理技术的原理 土壤渗滤也叫土壤含水层处理( s a t ，s o i l a q u i f e rtr e a t m e n t ) 。污染物经过表土层及下包气带时 产生一系列的物理、化学和生物作用，可分为生物和非生物机制( 何孟常，林春野，2 0 0 6 ；b a n i n a ，1 9 9 9 ：成徐州，吴天宝，陈天柱等，1 9 9 9 ) 许多微生物和化学物质通过非生物机制如吸附 分解、沉积、离子交换、氧化、还原及其他化学反应在土壤表层被去除( f a r q u h a rgd ，v o n c a e m m e r e r s ，b e r r yj ，1 9 8 0 ) 。一些污染物由于过滤吸附和沉淀而截流在土壤中，使污染物浓度 降低( k r u z i ca n d r e wp ，1 9 9 7 ；p e s c o d m b ，1 9 9 2 ；h e r m a n ，1 9 9 1 ) 。土壤对污水的另一主要 处理机制是生物降解。当污水通过土壤时，土壤颗粒截留废水中的悬浮物质使微生物很快繁殖起 来，这些微生物又进一步吸附水中的悬浮物质、胶体和溶解状态的物质，逐渐形成生物膜( 1 e e k s o n t a l ln ，2 0 0 0 ) 。生物膜主要由菌胶团和大量真菌菌丝组成。对于不同的废水、不同的气候情况 和不同的土壤层深度，生物膜上的微生物的数量和种类也不相同。生物膜有很大的表面积，能够 大量吸附废水中的有机物。在有机物被微生物降解的同时，土壤颗粒表面的生物膜由于新陈代谢 而不断更新。因此能长期保持对污染物质的去除作用( b o u w e rh ，1 9 9 1 ：b r i s s a n df ，1 9 9 1 ) 。 1 3 2 国外土地处理技术发展状况 污水土地处理系统作为一种新的现代处理技术，其发展可追溯剑公元前雅典的污水灌溉习惯； 1 6 世纪德国出现了污水灌溉农业，1 9 世纪7 0 年代这种方法传到了美国。在早期的污灌实践中， 人们的主要目的是把土地作为污水的受纳体，而不是主动地、科学地净化污水，从而使其达到预 定的处理标准。由于当时人口稀少，可利用的土地多，加之土地处理便利，污灌得到了广泛的应 用随着社会经济的发展，人口激增，土地资源紧张，而且污水中病原菌对人体健康威胁增加， 机械处理污水逐步代替了土地处理，污灌随之萧条。近年来，由于水资源的短缺，迫使人们重新 考虑利用土地处理净化污水污水土地处理系统是一种投资少、能耗低、成本低的现代废水处理 新技术，在许多国家得到了运用和发展。美国、澳大利亚、加拿大、墨西哥等国家在土地处理方 面的研究和运用均取得了良好的效果( s c r e e d 。e j m i d d l e b r o o k sr w c r i t e s ，1 9 8 8 ) 污水生态工程土地处理系统可分为慢速渗滤，快速渗滤和地表漫流等三大主要类型。其中慢 速渗滤研究和发展的历史最长。在技术上逐步趋向成熟。近年来快速渗滤和地表漫流系统也加快 了研究和发展速度。据统计，仅在美国，目前运行的慢速渗滤系统就有8 0 0 多个，快速渗滤系统 5 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 3 0 0 多个，地表漫流系2 0 多个( 党酋胜，黄钟，张伯鸣等，2 0 0 2 ) 。此外，近年来各种类型的湿 地系统获得迅速发展，使用日益广泛。自1 9 7 4 年前西德首先建造人工湿地污水处理系统以来，这 项技术在欧洲许多国家得到推广应用，并在美国和加拿大等国得到迅速发展( m go v e r c a s h ， v r h o v s e kd ，1 9 7 9 1 。目前，欧洲已有数以百计的人工湿地系统在运行之中。1 9 8 5 年以来，美国田 纳西河流域管理局在美国东部建造了一系列的人工湿地系统以处理该流域内的污水。地下毛管渗 滤法在日本的农村已得到实际应用，并且已经取得了很好的效果( b a h r i a1 9 9 9 ) 。 目前，美、法、德、以色列等发达国家都在大力推行土壤渗滤技术。在法国，有3 0 1 1 j 5 0 个污 水处理厂使用渗滤池进行污水处理，出水或储存于含水层或抽走回用。法国地中海沿岸的g r a nd u r o i 市为减少或避免二级处理出水对附近旅游点海水的污染，出水经过几米深的自然土壤层的渗 滤后回灌于地下的含水层中( b r i s s a n df ，1 9 9 1 ) 。美国a r i z o n a 州t u c s o n 市二级处理出水经土 壤渗滤后储存于土壤含水层中，在干旱季节抽出用于供水。该州的p h o e n i x 地区在1 9 6 7 年开始研 究用土壤含水层系统处理二级出水，此系统产生的再生水可以用于灌溉等用途。工程总费用为 1 0 0 4 美元m 3 ( 1 9 7 3 年) ，比常规污水厂的三级处理要便宜得多( 卡尔普，1 9 9 1 1 。d a nr e g i o n 工程是以色列最大的水回用项目，负责t e l 2 a v i v 地区和临近地区城市污水的收集、处理、地下回 灌和回用，服务人口1 3 0 万，日处理城市污水2 1 7 x 1 0 5 m 3 d 。该工程利用回灌池进行回灌，并 在其四周合适的位置布置回收井，从而将回灌区与其余的含水层分开( k a n a r e k a ，m i c h a i lm ， 1 9 9 6 ) 。该工程成功发展与实践的包括s a t 在内的特殊回灌一回收方法应被视作城市污水处理流 程中一个完整的部分。经过s a t 处理获得的高质量的出水应用于农业灌溉等多种非饮用用途。 美国把土地处理列为a i 技术( 即可供选择的革新技术) 美国环境保护局明文规定，凡采用 此项技术者，可在投资费方面得到联邦政府的优惠支持和补贴( u s e n v i r o n m e n tp r o t e c t i o n a g e n c y ，1 9 8 1 ) 。在上述政策导向下，美国建成了现代化的m u s k e g o n c o u n t r y 土地处理系统，为 保护l a k em i c h i g a n 的水质作出了重要贡献。全国已有4 5 个州发展了污水土地处理系统，污水的 处理量占污水总排放量的2 5 左右。俄罗斯认为污水土地处理系统是实现污水资源化和保护水体 生态环境的重要途径，国家污水设计规范中规定，只要当没有条件实现自然生物处理时才能考虑 人工生物处理。在澳大利亚的维多利亚州成立了水资源与供水部，同时建立了改良污水委员会， 大力倡导污水的资源化，他们把具有九十多年历史的w e f i b e 牧场污水土地处理系统，建设成一个 超人型的污水复合处理系统，被公认为是一个成功的典型( 郭建饮) 。 1 3 3 国内土地处理技术利用现状 我国污水土地处理方面的研究起步较晚，但也取得了一定进展和成果。近年来，污水土地处 理的观念也发生了很大变化。之前较少考虑土地对污水的净化能力和充分利用其中的水肥资源， 土要把十地作为污水的受纳体。目前污水七地处理系统工作不再盲目、被动，它已经和污水的机 械处理一样，经过合理设计能达到预定的处理标准( 张永吉，1 9 8 1 ) 。我国的污水十地处理系统 的研究始于8 0 年代初，主要任务是通过合理利j j 自然生态系统的功能，发展低成本、低能耗的 城市污水土地处理技术。在“六五”“七五”和“八五”期间，虽然也针对不同目的开展了大量 的实验研究，建立了土地处理系统，但仅限于处理目的，尚未提高到回用的高度，在对污水进行 投配到土地处理系统之前必须要对污水进行前处理( 云桂春，皮运正，胡俊，2 0 0 4 1 。 6 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 表1 - 3 土地处理前的预处理要求及使用的控制条件 t a b l e l 一3 t h e c o a t m l c o n d i t i o n s o fr e q i r c m e n t sa n d t h e u s e a g e b e f o r e l a n d t r e a t m e n t ( 党酉胜，黄钟，张伯鸣等2 0 0 2 ) 污水在土地处理前进行必要的预处理的目的在于：防止作物及其副产品直接与未处理过的污 水接触；保证在灌溉田工作的人员的健康，使他们不与污水接触；防止未经处理的污水污染土壤 及地下水；防止污水在贮存、输送过程中发生臭气。近年来，国外污水土地处理系统发展迅速， 设计，建设和运行了一大批新型的污水土地处理系统，为我国的污水土地处理技术的发展提供了 很多成功的经验。我国已先后开辟了十多个大型污水灌区，灌溉面积达到6 8 8 8 余万亩。特别在 我国北方，由于干旱和缺肥，污水灌溉对利用水肥资源，发展农业生产，确实收效明显。但是， 在一些污水灌区，由于场地选址不