土地处理系统电子教案

1、水处理工程技术教案项目城镇污水处理技术任务污水的自然处理学时4学时知识点土地处理系统学时2学时教学内容污水土地处理系统及组成，污水土地处理系统的净化机理，污水的土地处理系统的工艺类型教学重点土地处理工艺类型教学难点土地处理工艺类型土地处理系统净化机理参考资料水处理工程技术 张宝军 重庆大学出版社水污染控制技术 张宝军 中国环境出版社水处理工程 王学刚 中国环境出版社水污染控制技术 王金梅 化学工业出版社1污水的土地处理系统及组成（1）污水土地处理系统污水土地处理系统是在人工控制下，将污水投配在土地上，通过土壤植物系统净化污水的一种处理工艺。污水生态处理技术以土地处理方法为基础，是污水土地处理系

2、统的进一步演化和发展，以土壤介质的净化功能为核心，在技术上特别强调在污水污染成分处理过程中修复植物微生物体系与处理环境或介质(如土壤)的相互关系，特别注意对环境因子的优化与调控。土地处理系统是一种环境生态工程，污水土地处理系统能够经济有效地净化污水，还能充分利用污水中的营养物质和水来满足农作物、牧草和林木对水、肥的需要，并能绿化大地、改良土壤。 （2）污水土地处理系统的组成污水土地处理系统的组成部分包括：预处理系统；调节及贮存设备；污水的输送、配布和控制系统；土地净化田；净化水收集、利用系统。其中，土地净化田是土地处理系统的核心环节。2 污水的土地处理系统净化机理土地处理系统是一个系列的处理过

3、程，包括沉淀池、稳定池等处理技术以及土壤植物系统。这里主要介绍土壤植物系统。该系统是一个复杂的生命及非生命活动的总称，包括土壤、水和空气三大要素。土壤植物系统净化作用是一个十分复杂的综合过程，按净化过程的作用性质，可以分为物理化学作用和生化作用两大类型。（1）物理化学作用物理化学作用包括过滤、吸附和离子交换，化学反应的化学沉淀等。过滤是依靠土壤颗粒间的孔隙来截留、滤除水中的悬浮颗粒。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、多少与大小等都会影响土壤的过滤净化效果。悬浮颗粒过粗、过多以及微生物代谢产物过多等，会导致产生土壤颗粒的堵塞。吸附是在非极性分子之间的范德

4、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，由于螫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；某些有机物与土壤中重金属生成可吸性螯合物而固定在土壤矿物的晶格中。化学沉淀是污水中的重金属离子与土壤的某些组分进行化学反应生成难溶性化合物而沉淀。如果调整、改变土壤的氧化还原电位，能够生成难溶性硫化物。改变pH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，

5、而沉积于土壤中。（2）生化作用生化作用包括土壤微生物的生物降解、转化及固定作用，以及植物的吸收、转化、降解与合成。在土壤中生存着的种类繁多、数量巨大的土壤微生物，对土壤颗粒中的有机固体和溶解性有机物具有强大的降解与转化能力，这也是土壤具有强大自净能力的主要原因。土壤为细菌、放线菌、真菌、藻类及原生动物提供了适宜的生活环境，由于它们不断地进行各种代谢活动，维持着土壤环境内土壤与其它环境介质之间的物质循环。在植物生长季节，土壤中植物的根系活动特别活跃。植物通过根系可以吸收土壤和污水中的水、氮、磷等，作为构造植物体所需的物质，同时一些非植物生长必需的金属离子和部分有机物也可以随植物体蒸腾拉力被植物吸

6、收和积累，从而可以去除污水中大量的营养型污染物和部分有机物。根际土壤由于土质较为疏松和植物根系的传导作用，使氧气充分，同时根系分泌的酶、氨基酸为微生物生存提供了必要的养分，为污染物的降解提供了有利条件。3 污水的土地处理系统的工艺类型（1）慢速渗滤系统慢速渗滤处理系统是以表面布水或高压喷洒方式将污水投配到种有作物的土地表面，污水缓慢地在土地表面流动并向土壤中渗滤，一部分污水直接为作物所吸收，一部分则渗入土壤中，而使污水得到净化。见图1。图1 慢渗处理系统向土地布水可采用表面布水或喷灌布水。一般采用较低的投配负荷，以减慢污水在土壤层的渗滤速度，使其在含有大量微生物的表层土壤中长时间停留，保证水质

7、净化效果。该系统一般不考虑处理水流出。在该处理系统中，投配的污水一部分被修复植物吸收，一部分在渗入底土的过程中其中的污染物被土壤介质截获，或被修复植物根系吸收、利用或固定，或被土壤中的微生物转化、降解为无毒或低毒的成分。工程设计时需要考虑的场地工艺参数：土壤渗透系数为0.0360.360m/d；地面坡度小于30%，土层厚大于0.6m，地下水位大于.6m。（2）快速渗滤系统快速渗滤系统是将污水有控制地投配到具有良好渗滤性能的土壤表面，污水在重力作用下向下渗滤过程中通过生物氧化、硝化、反硝化、过滤、沉淀、还原等一系列作用而得到净化的污水处理工艺类型。快速渗滤系统周期性地向具有良好渗透性能的渗滤田灌

8、水和休灌，使表层土壤处于淹水、干燥，即厌氧、好氧交替运行状态。在休灌期，表层土壤恢复为好氧状态，被土壤层截留的有机物为好氧微生物所分解，休灌期土壤层的脱水干化有利于下一个灌水期水的下渗和排除。在灌水期，表层土壤转化为缺氧、厌氧状态，在土壤层形成的交替的厌氧、好氧状态有利于氮、磷的去除。快速渗滤处理系统见图2。图2 快速渗滤系统（a）污水灌入；（b）由地下管道回收处理水；（c）由井群回收处理水进入快速渗滤系统的污水必须经过一定的预处理，一般经过一级处理即可。如场地面积有限，需加大滤速或需要较高质量的出水，则应以二级处理作为预处理。处理水一般采用地下排水管或井群进行回收，可用于补给地下水。（3）地

9、表漫流系统地表漫流系统是以表面布水或低压、高压喷洒形式将污水有控制地投配到生长多年生牧草、坡度和缓、土地渗透性能低的坡面上，使污水在地表沿坡面缓慢流动过程中得以充分净化的污水处理工艺类型。由于对污水预处理要求程度较低，出水以地表径流收集为主，对地下水影响最小。在处理过程中，除少部分水量蒸发和渗入地下外，大部分再生水经集水沟回收，其水力学过程见图3。图3 地表漫流系统该系统的工艺目标是：在低预处理水平达到相当于二级处理出水水质；结合其他强化手段，对有机污染及营养物负荷的处理可达到较高水平；再生水收集与回用。该工艺以处理污水为主，兼行生长牧草，因此具有一定的经济效益。处理水一般采用地表径流收集，减

10、轻了对地下水的污染。污水在地表漫流的过程中，只有少部分水量蒸发和渗入地下，大部分汇入建于低处的集水沟。（4）湿地处理系统污水湿地处理系统是将污水有控制地投配到土壤植物微生物复合生态系统，并使土壤经常处于饱和状态而且生长有芦苇、香蒲等耐水植物的沼泽地上，污水在沿一定方向流动过程中在耐湿植物和土壤相互联合作用下，使污水得到净化。见图4。图4 污水湿地处理系统湿地处理系统对污水净化的作用机理是多方面的。有物理的沉降作用，植物根系的阻截作用，某些物质的化学沉淀作用，土壤及植物的吸附与吸收作用，微生物的代谢作用等。此外，植物根系的某些分泌物对细菌和病毒有灭活作用，细菌和病毒也可能在对其不适宜环境中自然死

11、亡。在湿地处理系统中，以生长在沼泽地的维管束植物为主要特征。繁茂的维管束植物向其根部输送光合作用产生的氧，每一株维管束植物都是一部“制氧机”，使其根部周围及水中保持一定浓度的溶解氧，为微生物提供了良好的栖息场所，使根区附近的微生物能够维持正常的生理活动。其次，植物也能够直接吸收和分解有机污染物。湿地处理系统有以下几种类型。天然湿地系统利用天然洼淀、苇塘，并加以人工修整而成。中设导流土堤，使污水沿一定方向流动，水深一般在3080cm之间，不超过1m，净化作用类似于好氧塘，适宜作污水的深度处理。见图5。图5 天然湿地处理系统示意图自由水面人工湿地用人工筑成水池或沟槽状，底面铺设隔水层以防渗漏，再充

12、填一定深度的土壤层，在土壤层种植维管束植物，污水由湿地的一端通过布水装置进入，并以较浅的水层在地表上以推流方式向前流动，从另一端溢入集水沟，在流动的过程中保持着自由水面。本工艺的有机负荷率及水力负荷率的确定，应考虑气候、土壤状况、植物类型以及接纳水体对水质的要求等因素，特别是应将使水层保持好氧状态作为首要条件，一般采用较低的负荷率。本工艺的有机负荷率介于18110kgBOD5（had）的较大幅度。我国天津的运行数据，当进水BOD5150mg/L时，水力负荷取值150200m3/(had)，出水可达二级处理水标准。人工潜流湿地处理系统人工潜流湿地处理系统又名人工苇床，是人工筑成的床槽，床内充填介

13、质以支持芦苇类的挺水植物生长。床底设粘土隔水层，并具有一定的坡度。污水与布满生物膜的介质表面和溶解氧充分的植物根区接触而得到净化。根据床内充填的介质不同，人工潜流湿地处理系统又可分为两种类型。一种如图6所示，床内介质由上、下两层组成，上层为土壤，种植芦苇等耐水植物，下层为易于使水流通的介质，如炉渣、碎石等，则为植物的根系层。污水由沿床宽设置的布水管流入，布水沟内充填碎石。在出水端碎石层底部设多孔集水管与出水管相连，出水管上设闸阀，以调节床内水位。图6 人工潜流湿地处理系统另一种类型的人工潜流湿地处理构筑物称为碎石床，即在床内充填的只有碎石、砾石类的一种介质，耐水植物直接种植在介质上，其它与前一种类型的人工湿地相同。碎石充填深度应根据种植的植物根系能够达到的深度而定，一般芦苇为6070crn，介质粒径可介于1030mm之间。（5）污水地下渗滤处理系统地下渗滤处理系统是将污水投配到具有一定构造和良好扩散性能的地下土层中，污水在经毛管浸润和土壤渗滤作用向周围和向下运动过程中达到处理、利用要求的污水处理工艺类型，见图7。图7 地下渗滤（毛管浸润式）示意图该处理系统主要应用于分散的小规模污水处理，其工艺目标主要包括：直接处理污水；在地下处理污水的同时为上层覆盖绿地提供水分与营养，使处理场地有良好的绿化带镶嵌其中；产生优质再生水以供回用；节约污水集中处理的输送