（环境工程专业论文）人工快渗系统新填料组合的试验研究.pdf

桂林工学院硕士学位论文 摘要 人工快渗系统( c o n s t r u c t e dr a p i di n f il t r a t i o n ，简称c r i ) 是一种改进型 污水土地处理系统，该系统通过采用渗透性能较好的渗滤介质代替天然土层，从而 大大提高了系统的水力负荷。目前该技术已经被应用于处理生活污水和受污染河水 的实际工程中，效果表明，相比于其它污水土地处理系统，c r i 系统具有更大的水 力负荷；c r i 系统对污水中的c o d c r 、b o d 。和s s 有很好的去除效果，但对污水的脱 氮除磷效果不佳，这制约了该系统的推广应用。为了提高系统的脱氮除磷效果，结 合国内外研究现状，本试验研究采用河砂、沸石和石灰石填料相组合作为c r i 系统 的填料介质，通过处理生活污水，研究该系统的除污效果，重点探讨其脱氮除磷的 效果、机理及影响因素。 1 在对比试验中，分别考察了在湿干比分别为1 ：2 和l ：6 、水力负荷周期分 别为1 2 h 和2 8 h 、水力负荷均为1 5 m 3 m 2 d 的条件下，以河砂、沸石和石灰石组合 为填料的c r i 系统与单纯使用河砂为填料的c r i 系统同时进行了处理生活污水的试 验研究，结果表明，新填料组合的c r i 系统对各项污染物的去除效果均比单纯使用 河砂为填料的c r i 系统好；在以上两种湿干比条件下，经新填料组合c r i 系统处理 后的生活污水，出水c o d c r 分别在1 4 4 5 5 1 m g l 和2 1 i - 4 5 6 m g l 的范围，出 水氨氮分别在1 5 - - - 4 8 m g l 和0 5 8 , - - - 0 9 7 m g l 的范围，出水t n 分别在2 7 6 3 9 7 m g l 和2 3 9 ，- - 3 8 7 m g l 的范围，出水t p 都小于0 1 2 m g l ，出水s s 都小于 8 m g l ，p h 值都在6 - - 9 的范围。 2 对新填料组合c r i 系统的除污机理进行的研究结果表明：系统去除c o d c r 的主要途径是微生物的降解作用，其次是填料对s s 的有效拦截，河砂填料对系统的 c o d c r 去除贡献最大。系统去除氨氮的主要途径是通过发生硝化反应，氨氮被转 化为硝态氮，其次是填料的吸附作用，其中沸石填料对氨氮的吸附能力最强。系 统去除t n 的途径主要依靠填料的吸附，其次是硝化反硝化反应脱氮。系统对t p 的去除率很高，主要归功于石灰石填料对磷的去除，石灰石主要通过和磷发生化学 反应，生成磷的沉淀物，从而使磷得以从水中去除。 3 通过正交试验研究，发现影响该系统c o d c r 去除率的主次因素按顺序依次为： 湿干比、沸石层厚度、淹水时间、水力负荷。影响该系统氨氮去除率的主次因素按 顺序依次为：淹水时间、湿干比、沸石层厚度、水力负荷。影响系统t n 去除率的因 素按主次顺序依次为：沸石层厚度、湿干比、淹水时间、水力负荷。 桂林工学院硕士学位论文 4 试验结果表明了以河砂、沸石和石灰石组合为填料的c r i 系统较单纯使用河 砂为填料的c r i 系统在脱氮除磷的效果方面有较大提高，该新填料组合c r i 系统具 有较大的推广应用价值。文章对该填料组合c r i 系统的下一步研究提出了方案建议。 关键词：人工快渗系统：生活污水；沸石：石灰石；脱氮：除磷；正交试验； n 桂林工学院硕士学位论文 a b s t r a c t c o n s t r u c t e d r a p i di n f i l t r a t i o n ( c p d ) s y s t e mi s o n et y p eo ft h e i m p r o v e d l a n d - t r e a t m e n tt e c h n o l o g i e s t h eh y d r a u l i cl o a d i n go fc r i s y s t e mi sh i g h l yi n c r e a s e db y u s i n gf a s ti n f i l t r a t i o nm e d i ar e p l a c e dt h en a t u r a ls o i l a tp r e s e n t ，t h ec r is y s t e mi su s e d o np r a c t i c a lp r o j e c t s ，w h i c hi n c l u d e dt h ed o m e s t i cw a s t e w a t e ra n dp o l l u t e dr i v e rw a t e r t r e a t m e n ts h o w st h a tt h ec r is y s t e mi sa b l et og e th i g h e rh y d r a u l i cl o a d i n ga n dm o r e e f f e c t i v eo nc o d e r 、b o d s a n ds st r e a t m e n to fw a s t e w a t e r b u tl o we f f i c i e n c y d e n i t r i f i c a t i o na n dp h o s p h o r u sr e m o v a lc o u n t e r a c t e dc r is y s t e ma p p l i e dp o p u l a r l y b a s e do nt h i sc o n s i d e r a t i o na n dc o m b i n e dt h ec u r r e n ts i t u a t i o ni nd e n i t r i f i e a t i o na n d p h o s p h o r u s ，ad e t a i l e dr e s e a r c ho nc r is y s t e mh a sb e e nc o n d u c t e d o nt h i ss t u d ya n d e x p e r i m e n t ，a l l u v i a ls a n d 、z e o l i t ea n dl i m e s t o n ei su e da g g r e g a t ec o m b i n a t i o ni nc r i s y s t e m ，t h ee f f e c to fd o m e s t i cw a s t e w a t e rt r e a t m e n tb yt h ec r is y s t e mw a ss t u d i e da n d e x p e r i m e n t e da n dt h em e c h a n i s mo fd e n i t r i f i c a t i o na n dp h o s p h o r u sr e m o v a lw a sm a i n l y d i s c u s s e d 1 i nt h ec o n t r a s tt e s t i n g , r e s e a r c hr e s p e c t i v e l yd i s c u s s e su n d e rt h ec o n d i t i o no f w e t d r y ( w d ) r a t i o na s 1 ：2a n d1 ：6 、h y d r a u l i cl o a d i n gc y c l e ( h l c ) a s12 ha n d 2 8 h , h y d r a u l i cl o a d i n ga s1 5 m 3 m 2 d ，m ee f f e c to fw a s t e w a t e rt r e a t m e n tb yt w od i f f e r e n t f i l l i n go f c r is y s t e m ，o n eo f t h ef i l l e r st y p ei ss a n d 、z e o l i t ea n dl i m e s t o n ec o m b i n a t i o n ，t h e o t h e rf i l l e rt y p eo n l ya d o p t sa l l u v i a ls a n d ，r e s u l ts h o w st h a to nw a s t e w a t e rt r e a t m e n t ，t h e n e w s t y l ec o m b i n e df i l l e r s ( a l l u v i a ls a n d 、z e o l i t ea n dl i m e s t o n ec o m b i n a t i o n ) c r is y s t e m i sm o r ee f f e c t i v et h a nt h eo t h e ro n eu n d e rt h et w ot y p ew d ，a f t e rw a s t e w a t e rt r e a t e db y t h en e wf i l l e r st y p ec i us y s t e m ，t h ec o n c e n t r a t i o n so fc o d e r 、n i - i s - n 、t ni nt h et r e a t e d e f f l u e n ta r e1 4 4 - - 5 5 1 m g la n d2 1 1 - - 4 5 6 m e g l 、1 5 4 8 m g la n do 5 8 - 0 9 7 m g l 、 2 7 6 - - 3 9 7 m g la n d2 3 9 3 8 7 m e g lr e s p e c t i v e l y ，t h ec o n c e n t r a t i o n so f t pa r ea l ll o w e r t h a no 12 m g l ，t h ec o n c e n t r a t i o n so fs sa r ea l ll o w e rt h a n8 m g l ，t h ev a l u eo fp hw i t h i n t h ec o n f i n e so f6 - 9 2 t h em e c h a n i s mo nt h ew a s t e w a t e rt r e a t m e n tb yt h en e wf i l l e r st y p ec r is y s t e m w a sr e s e a r c h e d ，t h er e s u l t ss h o w ：t h ec o d e rr e m o v a li s m a i n l yc o n s u m e db yt h e m i c r o o r g a n i s m sw h i c he x i s ti nt h ef i l l e r s ，t h es e c o n d l yi st h es si si n t e r c e p t e db yt h e i i i 桂林工学院硕士学位论文 f i l l e r s ，t h ea l l u v i a ls a n dt a k e st h em a x i m u mc o n t r i b u t i o nf o rt h ec o d e rr e m o v a l ) t h e n h 3 - nr e m o v a li sm a i n l yt o o kb yn i t r a t i o n ，i nt h ea c t i o n ，t h en h 3 一ni st r a n s f o r m e di n t o n i t r a t en i t r o g e n ，t h es e c o n d l yj st h ef i l l e r so ft h es y s t e ma d s o r bn h 3 - n a m o n gt h et h e r e t y p e so ff i l l e r s ，z e o l i t et a k e st h em a x i m u mo nn h 3 - na d s o r b e d t h et n r e m o v a li s m a i n l yt o o kb yt h ef i l l e r s a d s o r b i n g ，t h es e c o n d l yi s n i t r i f i c a t i o n - d e n i t r i f i c a t i o n r e m o v a lr a t ef o rt h et pa r eq u i t eh i g h ，t l l em a i n l yr e a s o ni sb yt a k i n gt h ec h e m i c a l c o m b i n a t i o no nl i m e s t o n ea n dp h o s p h o r u s ，t h es o l u b l ep h o s p h o r u si nt h ew a s t e w a t e ri s t r a n s f o r m e di n t os e d i m e n t a r yp h o s p h o r , b yw h i c hw a yt h es o l u b l ep h o s p h o r u si se s c a p e d f r o mt h ew a s t e w a t e r 3 b yu s eo ft h eo r t h o g o n a le x p e r i m e n t a lm e t h o d ，t h eo r d e ro ft h ef a c t o r sw h i c h i n f l u e n c et h ec o d e ri sa sf o l l o w s ：w e v d r y ( w o ) r a t i o n ，z e o l i t et h i c k n e s s ，w a s t e w a t e r f l o w i n gt i m e 、h y d r a u l i cl o a d i n g t h eo r d e ro f t h ef a c t o r sw h i c hi n f l u e n c et h en h 3 一ni sa s f o l l o w s ：w a s t e w a t e rf l o w i n gt i m e ，w e t d r y ( w o ) r a t i o n ，z e o l i t et h i c k n e s s ，h y d r a u l i c l o a d i n g t h eo r d e ro f t h ef a c t o r sw h i c hi n f l u e n c et h et n i sa sf o l l o w s ：z e o l i t et h i c k n e s s 、 w e t d r y ( w d ) r a t i o n 、w a s t e w a t e rf l o w i n gt i m e 、h y d r a u l i cl o a d i n g 4 t h er e s u l t so ft h ee x p e r i m e n ts h o wt h a tc r is y s t e mw i t hn e w - s t y l ec o m b i n e d f i l l e r s ( a l l u v i a ls a n d 、z e o l i t ea n dl i m e s t o n e ) i sm o r ee f f e c t i v eo nd e n i t r i f i c a t i o na n d p h o s p h o r u sr e m o v a lt h a nw h i c hf i l l e ra d o p t sa l l u v i a ls a n do n l y c r is y s t e mw i t h n e w s t y l e c o m b i n e df i l l e r si sv a l u a b l et ob ec o n s t r u c t e da n do p e r a t e d a n o t h e r e x p e r i m e n tp l a na n ds u g g e s t i o ni sp u tf o r w a r di nt h ea r t i c l e k e yw o r d s ：c o n s t r u c t e dr a p i di n f i l t r a t i o ns y s t e m ； z e o l i t e ；l i m e s t o n e ；d e n i t r i f i c a t i o n ；p h o s p h o r u sr e m o v a l ；o r t h o g o n a le x p e r i m e n t a l i v 桂林工学院硕士学位论文 研究生学位论文独创性声明和版权使用授权说明 独创性声明 本人声明：所呈交的论文是我个人在刘康怀教授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，论文中不包含他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得桂林工学院或其它教育机构的学 位或证书而使用过的材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员已在论文中作了明 确的说明并致以了谢意。 学位论文作者( 签字) ：丝盗! 兰 签字日期：2 型星：么：丝 版权使用授权说明 本人完全了解桂林工学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：按照学 校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子 版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手 段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。( 保 密论文在解密后遵守此规定) 学位论文作者( 签字) ： 指导教师签字： 签字日期： 桂林工学院硕士学位论文 引言 由于我国城镇人口和城镇规模的日益膨胀，导致了需水量的不断增加，同时每 天也产生了大量的污水。据统计，2 0 0 6 年，全国废水排放总量为5 3 7 亿吨，其中工 业废水量为2 3 9 5 亿吨，生活污水量为2 9 7 5 亿吨；c o d 排放总量为1 4 2 8 2 万吨， 比2 0 0 5 年增长了1 o n 1 。全国2 2 0 0 多座县城和1 9 2 0 0 多个建制镇的污水处理能 力明显低于全国3 5 平均处理率水平心1 。没有建设污水处理系统的城镇，每天有大量 的污水直接或间接地排入当地水体中，造成了河道污染、湖水富营养化和赤潮频频 发生等一系列环境问题。水污染在我国己成为不容忽视的事实，并已经成为制约我 国经济可持续发展的一个突出问题，解决城镇水污染问题刻不容缓。 国家出台的城市污水处理及污染防治技术政策提出2 0 1 0 年我国设市城市 和建制镇的污水平均处理率不低于5 0 ，设市城市污水处理率不低于6 0 ，重点城 市的污水处理率不低于7 0 口3 。要达到这个目标，就需要加大对城镇污水处理建设的 资金投入，而对于绝大多数的小城镇，无法单独承担起污水处理系统工程建设所需 要的庞大费用；一方面需要扩展资金来源，另一方面，寻找低投入、运行既高效又 稳定的污水处理技术也是非常必要的。 目前，我国城镇生活污水的二级处理方法主要是生物法，包括活性污泥法和生 物膜法。活性污泥法普遍采用的工艺有s b r 工艺、c a s t 工艺、a b 工艺、a 2 o 工艺和 氧化沟法等。常用的生物膜法主要有生物滤池法、生物转盘法、生物接触氧化法和 生物流化床法等h 1 。这些工艺在处理生活污水时，可以取得良好的除污效果，但也 存在一些难以克服的缺点，如：( 1 ) 基建和运行费用高：采用最常用的活性污泥法， 城镇污水厂的建设费用为1 4 0 0 - - 1 7 0 0 元吨污水，平均电耗0 2 6 3 度吨污水。以一 座2 0 万入口的中小型城市为例，每天排放生活污水量约为5 万吨，兴建一座传统处理 工艺的二级处理厂，其建设费用为4 8 3 2 - 5 8 2 4 万元，其中还未包括兴建和完善城市 下水道设施的费用j 每年的运行电耗为3 8 4 万度，仅处理电费已高达2 3 3 万元如3 。( 2 ) 污泥膨胀问题普遍发生：在世界范围内，应用活性污泥法的污水处理厂中，平均有 四分之一以上存在污泥膨胀问题嘲。( 3 ) 剩余污泥的处理问题：活性污泥法会产生 大量的剩余污泥，普遍采用的填埋或焚烧法，对环境也造成二次污染。近年来，对 污水处理厂的剩余污泥处理问题已经受到社会越来越广泛的关注。 综上分析，加快解决日益严重的城市( 镇) 水污染问题，不仅需要加大对污水 处理工艺的开发研究，而且还应根据城市( 镇) 的经济实力、污水量和水质的特点， 桂林工学院硕士学位论文 采用投资低、管理方便、运行稳定、处理效果好、剩余污泥量少的处理方法，以加 快污水处理工艺的发展。 2 桂林工学院硕士学位论文 1 1 污水土地处理系统 第1 章绪论 1 1 1 污水土地处理系统的概念和分类 污水土地处理系统是一种生态处理工程技术，其基本原理是由农田、林地、苇 地等组成的土壤一植物系统，通过生物、化学、物理的固定与降解作用，对污水中的 污染物进行净化，并对污水及氮、磷等资源加以利用。根据处理目标和处理对象的 不同，污水土地处理系统可分为慢速渗滤、快速渗滤、地表漫流、地下渗滤、湿地 系统和人工土层渗滤等六种类型。它们具有处理效果好，投资少，运行管理方便， 操作简单，运行费用低等优点。污水土地处理系统各工艺的比较见表卜1n 0 1 。 表1 - i 污水土地处理系统各工艺类型比较 对污水土地处理的各个工艺分别做如下介绍： ( 1 ) 慢速渗滤系统( s l o wr a t es y s t e m ，简称s r 系统) s r 系统是将污水投配到种有植物土壤的表面，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时得到净化的一种土地处理工艺m 1 。s r 系统适用于渗水性 能良好的土壤，如砂质土壤及亚粘土、蒸发量小、气候湿润的地区。s r 系统技术是 土地处理技术中经济效益大、水和营养成分利用率最高的一种类型。由于其易与农 桂林工学院硕士学位论文 业生产结合，工艺灵活资金投入少，而被许多国家广为应用u 羽。 ( 2 ) 快速渗滤系统( r a p i di n f i l t r a t i o ns y s t e m ，简称r i 系统) r i 系统是一种将污水有控制地投配到具有良好渗滤性能的土壤表面，污水在 向下渗透过程中由于生物氧化、硝化、反硝化、过滤、沉淀、氧化和还原等一系列 作用而得到净化的污水土地处理工艺n 习。r i 系统因为包括包气带( 非饱和带) 和非包 气带( 饱和带) ，所以也称为土壤含水层处理系统( s o i l a q u i f e rt r e a t m e n t s y s t e m ) n 1 。r i 的土层表面对是否栽培植物没有要求，污水均匀投配到土地表面并 很快渗滤到地下。该系统适用于中等或高渗透性的砂土或砂壤土质。 ( 3 ) 地表漫流系统( o v e r l a n df l o ws y s t e m ，简称0 f 系统) o f 系统是一种将污水有控制地投配到生长多年植物、且坡度和缓、土壤渗透 性较差的坡面上，污水在地表以薄层沿坡面流动过程中得到净化的污水处理工艺引。 0 f 系统适用于透水性较差的粘土和亚粘土，地面有2 - - - ，8 坡度的田地。该系统对水 质预处理程度要求低，具有良好的去除效果，植物是该系统的主要组成部分。 ( 4 ) 地下渗滤系统( u n d e r g r o u n di n f il t r a t i o ns y s t e m ，简称u g 系统) u g 系统是一种小规模的生态处理工艺，它的主要原理是强化了土壤一微生物及 土壤一植物生态系统的净化功能，将污水投配到具有一定构造和良好扩散性能的土层 中，污水中的能量通过生态系统的能量流动逐级充分利用，使其中的污染物在生态 系统的物质循环中进行降解，达到净化水质的效果，同时维持了生态系统的正常发 挥口1 。u g 系统仅适用于小量污水的处理。 ( 5 ) 湿地系统( w e t l a n ds y s t e m 简称w l 系统) w l 系统是一种将污水有控制地投配到土壤经常处于饱和状态、生长有芦苇、香 蒲等沼泽生植物的土地上，污水在沿一定方向流动过程中在耐水植物和土壤联合作 用下得到净化的污水土地处理系统。污水湿地系统的类型有天然湿地系统、自由表 面人工湿地系统、地下潜流湿地系统、垂直流人工湿地等n 。湿地系统广泛的应用 于受污染河流、湖泊的治理。， ( 6 ) 人工土层快速渗滤污水土地处理系统( a r t i f i c a lr a p i di n f i l t r a t i o n l a n dt r e a t m e n t s y s t e m ，简称a r i ) a r i 系统是一种污水快速渗滤处理的改良型工艺，通过人工配制土壤的手段， 改变土壤的组成和土壤本身的环境条件，从而强化了土壤的净化功能n 羽。a r i 系统 的原理与r i 系统的完全相同，a r i 工艺的目的是使净化水的水质达到二级生化处 理的水平。此工艺的最大特点就是不受地形、地貌、土壤、水文和气候等自然环境 条件的限制，因此，对a r i 系统的研究与应用较多。 桂林工学院硕士学位论文 1 1 2 污水土地处理系统的净化机理 污水土地处理作为生态处理方法，依靠土壤、含水层和植物的各功能的共同作 用实现污水的净化。污水土地处理系统通常采用淹水和落干相交替的工作方式，污 染物在这一系统中通过物理的过滤、吸附、挥发、化学的分解与转化、植物的吸收 与微生物的降解、吸收等作用由复杂变为简单，由大分子变为小分子，由植物、微 生物不可利用变为它们可利用、可吸收，并进行不断的更新和循环再生，实现了污 水的充分净化和水、肥资源的再生和有效利用n9 卫。 污水土地处理系统对污染物的去除途径有物理、化学、生物及其共同作用，具 体的机理如下蚴矧： ( 1 ) 土壤的物理作用 土壤的物理作用主要有以下三种：过滤：土壤颗粒间的孔隙具有截留、滤除 水中悬浮颗粒的性能。污水流经土壤时，其中的微小悬浮颗粒及粘附在其上的有机 污染物在土壤颗粒间隙中被截滤，污水得到净化。影响土壤物理过滤净化效果的因 素有：土壤颗粒的大小、颗粒间孔隙的形状和大小、孔隙的分布以及污水中悬浮颗 粒的性质、多少与大小等。沉淀：污水中的杂质在土壤颗粒表面上被沉淀、去除， 土壤颗粒相当于是一个有巨大比表面积的沉淀池。吸附：在非极性分子之间的范 德华力的作用下，土壤中粘土矿物颗粒能够吸附土壤中的中性分子。污水中的部分 重金属离子在土壤胶体表面因阳离子交换作用而被置换吸附并生成难溶性的物质而 被固定在矿物的晶格中。金属离子与土壤中的无机胶体和有机胶体颗粒，由于螯合 作用而形成螯合化合物；有机物与无机物的复合化而生成复合物；重金属离子与土 壤颗粒之间进行阳离子交换而被置换吸附。土壤中的粘土、腐殖质和矿物质具有强 烈的吸附活性，能吸附污水中各种溶解性污染物，尤其是阳离子。 ( 2 ) 土壤的化学作用 土壤层是一个容纳各种物质和催化剂的化学反应器，并始终保持动态平衡，当 污水进入土壤层，污染物导致物质平衡破坏，相应发生一系列的化学氧化还原、化 学吸附、离子交换、络合等反应，使污水中的易溶性物质变为难溶性的沉淀，从而 被固定在土壤中与水分离，污水得以净化。如调整、改变土壤的氧化还原电位，能 够生成难溶性硫化物；改变p h 值，能够生成金属氢氧化物：某些化学反应还能够 生成金属磷酸盐等物质，而沉积于土壤中： f e ( o h ) 3 + h 。p o c - + f e p 0 4l + 3 h 2 0 ，3 c a ( o h ) 2 + 2 h ，p 0 4 - - c a ( p 0 4 ) 2l + 6 h 2 0 ( 3 ) 土壤的物理化学作用 土壤中的粘土、腐殖质构成了一个复杂的胶体颗粒体系。各种污染物大多也以 桂林工学院硕士学位论文 胶体状态稳定存在于污水中。当污水进入土壤层，原来两种各自独立的体系便构成 新的胶体体系。由于电解质平衡体系的破坏和土壤层中腐殖质等高分子物质的不饱 和特性，导致在新的体系中发生一系列的胶体颗粒的脱稳、凝聚、絮凝和相互吸附 等物理化学过程，从而使污水得以净化。 ( 4 ) 土壤生物作用 在土壤环境中生长着大量的细菌、真菌、酵母菌、原生动物、后生动物、腔肠 动物、各种昆虫等，并存在一个丰富的土壤微生物酶系。污水中的有机质及氮和磷 等营养素在这个生态系统中，通过微生物的降解和吸收，部分营养物质转化为有机 质贮存在生物体内，从而与水分离。在各种机理中，生物作用是最重要的。 ( 5 ) 植物的吸收作用 植物在污水土地处理系统中，通过其生长需要的营养物质而对污水中的污染物 进行了吸收，促进污染物的降解。 综上分析，在污水土地处理系统对c o d 、b o d 。的去除主要是靠生物和化学降解 作用；氮的去除主要依靠吸附、硝化和反硝化作用：磷和重金属的去除主要依靠吸 附和化学反应生成沉淀，s s 的去除主要是被滤料截留；病原体的去除主要是被过滤、 吸附、干燥、辐射和微生物的吞噬；植物对各个污染物的吸收也降解了部分污染物。 在对大部分污染因子的去除机制中，微生物的贡献是最大的。 1 1 3 污水土地处理系统的应用及发展 污水土地处理工艺从上世纪8 0 年代开始，在发达国家就已经得到广泛应用和重 视。如美国1 9 8 1 - 1 9 8 7 年就建设了近7 0 0 个污水土地处理场，现在共有1 0 0 0 多个 土地处理场在正常运行。德国、荷兰、瑞典、以色列等国家从上世纪8 0 年代开始就 已经广泛的采用土地处理工艺处理城镇污水。澳大利亚维多利亚州成立了水资源与 供水部，大力倡导污水的资源化，他们把具有九十多年历史的w e r i b e 牧场污水土 地处理系统，建设成一个超大型的污水复合处理系统，被公认为是一个成功的典型 t 8 踟 0 发达国家将污水土地处理方法与其它方法相结合，组成了不同类型的污水土地 处理系统，在设计、运行和管理方面，遵循现代生态学的三大原则：整体优化、循 环再生和区域分异，在严格控制重点污染源的基础上通过低费用和低能耗的生态工 程措施，达到社会、经济、生态环境效益的三统一啪。 我国政府自从上世纪8 0 年代开始，开始吸收和总结国外发达国家的水污染防治 经验，积极推动土地处理等技术的研究和发展。经过“八五 、“九五“十五 的 6 桂林工学院硕士学位论文 联合科技攻关，土地处理技术在我国得到了迅速的发展，先后在沈阳、天津、北京 及昆明等地建立了各种污水土地处理的示范工程，取得了大量的研究成果及运行管 理经验，1 9 8 9 年在北京建成了昌平快速渗滤示范工程n 。其它的实际工程如北京市 昌平县占地1 0 0 余亩的污水土地处理试验示范工程、天津市城市污水湿地处理系 统、昆明市慢速渗滤生活污水土地处理试验基地、楚雄市建有慢速渗滤生活污水土 地处理工程等等，实际工程表明了，污水土地处理系统具有较好较稳定的处理效果。 可以预计，随着我国经济的发展，城镇水环境问题的日益突出，污水土地处理 系统将会得到更广泛的研究、推广和应用。 1 1 4 污水土地处理系统的优点和不足 污水土地处理系统具有很多优点，这些优点主要包括例： ( 1 ) 工程简易、基建投资省 污水土地处理系统的基建费用主要决定于土地价格、污水输送距离的远近及预 处理费用。由于污水土地处理系统类型多样，可充分利用当地的地形条件，选择那 些征地费用低、不适于农业开发的土坡、荒山、废弃河道、废矿坑、矿山塌陷和坑 口电厂的粉煤灰场等作为处理场地；一般来说，其投资只有常规生化处理工艺的 l 3 1 2 ，且在处理污水的同时，还兼有国土整治、绿化环境的作用。 ( 2 ) 管理简单方便，运行费用低，处理效果稳定 由于工程构造简单，其运行维护也方便，所以土地处理不需要投加化学药品和 复杂的机械设备，不产生大量污泥，运转和维护费用低，可以节省人力物力，这对 于我国那些缺乏资金和专业技术人员的中小城市和乡镇非常适合。实践证明，设计 合理、运行和维护良好的污水土地处理系统，其出水水质能达到甚至优于其他资源 化技术，尤其是在去除氮、磷、可溶性有机物、细菌等方面，都优于其他常规资源 化技术，而运行维护费用只有常规处理的l 5 1 3 。 ( 3 ) 能充分利用水资源 污水土地处理系统实现污水的充分净化的同时，能使水、肥资源的循环再生和 有效利用，达到污水的处理与利用相结合的目的。经处理后的水可相应作为城市供 水水源、杂用水及工农业用水等。这对水资源短缺的地区更为重要。 污水土地处理系统也存在一些不足及难以解决的问题，这些不足及问题严重制 约了系统工艺的推广和应用n 钉： ( 1 ) 水力负荷低、占地面积大 污水土地处理系统的水力负荷低、占地较突出，大大制约了其在我国的推广应 7 桂林工学院硕士学位论文 用，尤其在土地资源较紧张的城市地区。就目前而言，污水土地处理系统很难在大 中型城市中推广，而只能局限用于小城市和乡镇的污水处理。 ( 2 ) 在寒冷地区的季节性问题 北方一些比较寒冷的地区，污水土地处理系统在冬季往往无法运行。系统运行的 季节性与废水排放的连续性矛盾，在一定程度上限制了污水土地处理系统在北方地 区的应用。 ( 3 ) 公共卫生问题 污水土地处理系统在运行过程中产生的气溶胶、散发的臭气会对周边地区造成环 境卫生问题，此外，如果设计或者运行不当，系统出水可能对场外径流、地下水造 成污染啪 3 钉。 ( 4 ) 堵塞问题 污水土地处理系统的堵塞是系统普遍发生的问题，堵塞的主要原因是悬浮物截 留、吸附、化学沉淀的作用而在浅表层渗滤介质中积累。堵塞它不仅影响系统的水 力负荷，而且也会大大缩短系统的使用寿命。 ( 5 ) 脱氮除磷效果不稳定 传统的污水土地处理的脱氮除磷主要依靠土壤和植物根系对磷和氮的吸附和吸 收，但是无论是土壤还是植物，它们对氮和磷的吸收能力是有限的，并且土壤中能 够与污水中的磷发生化学反应生成沉淀的物质也是很有限的，因此，传统的污水土 地处理工艺普遍存在脱氮除磷效果较差的问题。 通过以上分析，传统污水土地处理工艺出现的不足及问题严重制约了它的推广 和应用；深入研究污水土地处理系统，改进和开发新的工艺，着重解决系统容易堵 塞、水力负荷低、脱氮除磷效果差等问题，将具有十分重要的意义。针对这些问题， 近年来，环保科研工作者们进行了很多的研究，并且获得了很多的成果，其中，中 国地质大学( 北京) 钟佐粲等人嘲研究提出的人工快渗系统就是一种新型的污水土 地处理技术，相比于传统的污水土地处系统，人工快渗系统的水力负荷有了较大的 提高。 1 2 人工快渗系统概述 1 2 1 人工快渗系统的定义 人工快渗系统( c o n s t r u c t e dr a p i di n f il t r a t i o n ，简称c r i ) 是在传统快速渗 滤系统( r i ) 的基础上发展起来的一种崭新的污水土地处理模式，其核心是采用渗 8 桂林工学院硕士学位论文 透性能较好的天然河砂、陶粒、煤矸石等为主要渗滤介质代替天然土层，从而大大 提高水力负荷1 。 1 2 2 人工快渗系统的主要特征 c r i 系统作为一种新的污水土地处理系统，其去除污染物的主要原理类似于普 通的污水土地处理系统，普遍认为c r i 系统的去除机理是在过滤截留，吸附和生物 降解的协同作用下去除污染物的嘶脚1 ，但是c r i 系统通常采用淹水和落干相交替的 工作方式，即定期投放污水，淹没渗滤池，而后停止投放，使滤池表面暴露于大气， 经历干燥和氧化作用的运行方式一方面可以防止由于生物的生长和悬浮物沉淀所造 的渗滤池表层孔隙的过度堵塞，有效地恢复系统渗透性能，另一方面可在系统内部 的浅层剖面上形成氧化还原环境，从而使c r i 具有独特的净污染物功能，处理效率 远远优于传统污水土地处理系统帆铡。 一般说来，c r i 具有如下特征溉删： ( 1 ) 渗滤介质一般选择既具有一定的渗透性能，又具有一定阳离子交换容量的 粉砂、细砂、中砂或砾石等天然砂砾石。 ( 2 ) 滤层厚度一般为卜2 m 。 ( 3 ) 水力途径一般是垂直流，污水白上而下自流通过渗滤介质。 ( 4 ) 快滤池之后不需再设二次沉淀池。 ( 5 ) 一般不需曝气和反冲洗。 ( 6 ) 由于采用人工建造，机动灵活，不受场地条件限制，不会因渗漏而造成对 地下水环境的影响， ( 7 ) 系统的主体结构可以置于地上，也可以埋于地下。因此，受气候条件影响 较少，一年四季都能保证稳定、正常的运行。特别是在北方寒冷地区，更能突出c r i 的实用性h 。 ( 8 ) 采用人工介质回填，系统水力负荷高( 一般大于1 m 3 m 2 d ) ，占地面积小。 ( 9 ) 渗滤介质的可选性，使得系统可以根据不同进水浓度和出水水质要求调整 设计参数，机动灵活。 1 2 3 人工快渗系统的除污机理 ( 1 ) 对c o d 和b o d 。的去除 污水中的c o d 和b o d 。一般由悬浮性和溶解性两部分组成，前者可以通过填料的 机械过滤去除，后者可以通过生物降解作用去除。 9 。 桂林工学院硕士学位论文 ( 2 ) 对氮的去除 c r i 系统对氮的去除原理除了滤料的吸附和截留作用外，滤料表面生长的生物 膜对氮进行分解，但通过微生物代谢作用对氮的降解十分有限。在滤料中，落干时 可产生硝化反应，淹水期产生反硝化作用，氮通过上述转化过程而被去除。 ( 3 ) 对磷的去除 磷在城市污水和河流污水中一般以磷酸盐和有机磷的形式存在，对于c r i 系统 而言，其除磷机制主要是依靠渗滤介质的吸附、以及基质中a 1 、f e 和c a 等金属离 子易与水中的磷素发生吸附和沉淀反应“2 瑚一1 ，从而达到除磷的目的。目前，c r i 系 统中常见的基质主要有河砂：土壤和碎石( 或砾石) 等，这些基质具有除磷效率低、 易吸附饱和、易堵塞等缺点，影响了去污效率。 ( 4 ) 对病原微生物和悬浮物( s s ) 的去除 在生活污水中的病原微生物有细菌、寄生虫和病毒，在污水土地处理系统一般 通过过滤、吸附、干化、辐照生物捕食以及暴露在不利条件下等方式去除m 1 。c r i 系统采用介质颗粒细小的天然滤料为介质，对污水中的s s 去除主要依靠机械过滤。 而与其他污水土地处理系统相比，其有规律分布的细小滤料介质，对s s 的过滤与吸 附效果优势更加明显。 ( 5 ) 油及重金属的去除 c r i 系统对污水中油的去除主要依靠滤料介质的拦截作用，重金属的去除主要 依靠滤料介质的吸附、或与金属离子发生化学反应生成沉淀。无论是拦截作用还是 吸附作用，滤料的除油和去除重金属的能力是非常有限的，并且如果污水中的油污 过多，很容易造成填料堵塞，从而降低滤料的透水性能，影响系统的处理效果；过 高浓度的重金属部分被吸附或沉淀固定，还会导致系统中的微生物中毒死亡，直接 影响系统的去除效果。因此，对于c r i 系统，必须对要处理的污水进行除油预处理。 目前还没有采用c r i 系统处理高浓度重金属污水的研究和实践的报道。 1 2 4 人工快渗系统的研究现状 经过几年的研究和实际应用，c r i 系统已经有了较为广泛的实际应用工程。如 东莞华兴污水处理工程、深圳白花洞村污水处理工程、深圳丰泽湖山庄生活污水处 理工程、深圳观澜高尔夫污水处理工程和桂林阳朔污水处理工程等。综合近几年来 对c r i 系统的应用和研究成果，内容主要集中在以下几个方面： 1 0 桂林工学院硕士学位论文 1 2 4 1 处理不同类型污水的实践 随着对c r i 系统研究的不断深入，c r i 系统用于处理各类污水的实际工程也逐 渐增加，c r i 系统处理的实际废水主要包括生活污水、洗浴污水、受污染河水等。 工程取得了良好的除污效果。 李正昱等利用c r i 系统对生活污水和受污染的河流水进行了研究，结果表明， 出水达到了较好的处理效果。除总磷外，处理生活污水其出水c o d 、s s 、氨氮可以 达到( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 中的一级a 标准；处理受污染的河流水时，其出水c o d 、b o d 。、 s s 、氨氮指标可以达到( g t 3 3 8 3 - 2 0 0 2 ) 中的v 类标准。牟新民等研究c r i 系统处 理受污染的河水，结果表明：经处理后，出水的各项指标可达到或优于地表水环 境质量标准( g b 3 8 3 8 - 2 0 0 2 ) 中的i i 类水水质标准。但系统对t - n 的去除效果较差 “刀。郭伟等研究表明：c r i 系统对含有阴离子表面活性剂( l a s ) 的污水进行了具有较 强的净化功能；在小于l o o m g l 范围内，系统对l a s 的去除率达到9 4 以上。 实践表明，c r i 系统工艺具有设备简单，基建投资少，运行成