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1、污水土壤渗滤技术研究进展 农业资源与环境科学污水土壤渗滤技术研究进展金丹越 张登峰 卢少勇 胡小贞 赵 斌 郑苗壮( 北京锡兰石环境工程技术开发,北京 ;中国环境科学研究院湖泊环境研究中心国家环境保护湖泊污染控制重点实验室,北京 ;昆明理工大学环境科学与工程学院,昆明)摘 要 随着经济的发展 水逐渐成为一种稀缺资源 传统的污水处理工艺 如活性污泥法 存在投资高 能耗高 运转管理要求高及处理效果受进水水质及水量波动影响较大的缺陷 渗滤工艺作为一种、 、 。新型的水处理技术 其设备简单 投资低 操作管理方便 能耗低 净化效果良好 在污水处理领域有、 、 、 、 广阔的应用前景。主要介绍了土壤渗滤及
2、人工快速渗滤工艺的污染物去除机理与效果、存在问题和解决措施。关键词 水资源 渗滤 土壤渗滤 人工快速渗滤中图分类号 文献标识码( )引言的需求的增速加快;另一方面,日益严重的水污染蚕当今世界,水资源不足和水污染成为所有国家在 食大量可供消费的水资源。水资源利用和保护任重道政策、经济和技术上必须面临的复杂问题,是社会发 远,开辟第二水源,回收利用城市污水,能有效提高水展的主要制约因素之一。 世纪 年代以来,全球 的使用率。在东京,城市水回收中心通过三级水处理人口急剧增长,工业发展迅速。一方面,人类对水资源 厂慢砂过滤回收废水,氯消毒后用于冲厕。北京也曾基金项目国家高技术研究发展计划项目“ 受纳湖
3、湾污染负荷有效削减与生态系统重建技术研究与工程示范”。第一作者简介 金丹越, 年出生,女,浙江人,工程师,从事湖泊生态专业,已发表文章 篇,其中文章 篇,参与编写著作 部。通信地址:北京安外大羊坊 号中国环境科学研究院湖泊环境研究中心,。通讯作者卢少勇,男, 年出生,湖南人,副研究员,。收稿日期 ,修回日期: 。 中国城镇水网/0.中中中中中国国国国国农农农农农学学学学学通通通通通报报报报报 第第第第第 卷卷卷卷卷 第第第第第 期期期期期 年年年年年 月月月月月 农业资源与环境科学?建过类似的“ 中水道”系统 。因此,污水作为可再生 层深度等有关。生物膜的表面积大,能吸附污水中的且数量丰富、水
4、质稳定的水资源,采用合适工艺处理 大量有机物。在有机物被微生物降解的同时,土壤颗污水是开发和和利用水资源的重要措施。 世纪 粒表面的生物膜因新陈代谢而不断更新,因此能长期年代诞生的土壤渗滤 工艺,具有投资低、能耗低和 保持去除污染物的能力。运行管理方便等优势,已在国内外污水处理技术中大 综上,土壤对污水中的污染物的主要作用机理如量应用 。 下 :传统土壤渗滤对水中污染物的去除机制和效果 ()对有机物()的作用:土壤对多种有机物处理是利用土壤的物理、化学与生物化学作 有强烈的吸附作用,使之固定于表土层中,通过微生用,去除污水中的污染物,使其转化为新的水资源,达 物的生物氧化,转化为易被植物吸收的
5、低分子 或到重新回收利用的一种污水处理方法。既包含了农田 无机质。此作用必须在好氧条件下进行。过高的污水灌溉的效益,又包含了污水处理与资源化的综合效 负荷与有机负荷,易造成土壤厌氧条件,处理效果下益。 系统对污染物的去除效果一般优于二级处 降且产生异味。理 。 ()对含氮( )、磷()化合物的作用:土壤对污土壤组成和性质 水中的 有一定的吸附能力。有机氮化物通过土壤土壤是 系统中的重要组成部分,对土壤组成 微生物作用,可迅速转化为氨氮( )。 一部分为和性质的了解非常必要。土壤是复杂的由固体、液体 土壤吸附,另一部分通过硝化菌作用,转化为硝氮和气体三相组成的多相疏松多孔体系。土壤固相包括 (
6、)。 与 是农作物 植物的主要营养物,矿物质和有机质 ,矿物质约占土壤固体总重量 因此,部分被其根系吸收,剩余部分随水流向下层的 以上。土壤液相是指土壤中的水分及其水溶 ,在下层土壤的反硝化菌的作用下生成氮气( ),物。土壤气相指土壤孔隙所存在的多种气体的混合 释放于大气中。土壤除 效果取决于土壤处理系统物 。 的类型与进水中的碳氮比( )。土壤对污水中的土壤性质主要指土壤胶体的性质,土壤胶体是指 有较强的吸附能力。污水中磷化物(以正磷酸盐为主)土壤中颗粒直径小于 或小于 ,具有胶体 部分被农作物 植物作为营养物直接吸收,部分与土性质的微粒,一般土壤中的粘土矿物和腐殖质都具有 壤中的钙镁铝离子
7、等发生化学反应,生成各种难溶解胶体性质 。土壤中的许多重要性质,如保肥、供肥能 的磷酸盐,被固定在土壤中。力、土壤污染与净化、酸碱反应、缓冲作用,氧化还原 ()对可交换的阳离子与金属离子的作用:可交反应以及其它性质都与土壤胶体有关。因此,以无机 换的阳离子包括 、 和 ,当其随污水进入和有机(含微生物)组成的土壤团粒结构,经吸附、离 土壤后,通过土壤的离子交换作用而被土壤吸收。但子交换、化学沉淀与生物分解作用,综合处理污水中 吸收过多的钠离子,会使土壤颗粒分散,破坏其渗透各类污染物。 性,导致土壤板结和碱化,毒害农作物正常生长。土壤渗滤对水中污染物的去除机制 土壤渗滤对水中污染物的去除效果也叫
8、土壤含水层处理(, 处理系统对 总磷 和 ),土壤含水层相当于包括好氧、厌氧和缺氧 大肠杆菌的去除率较高,常可达 ,但总氮环境的生物反应器 ,污水的硝化 反硝化作用及微的去除率常只有 。生物对磷的过量积累作用均可顺利进行。污染物经过 地下 工艺类型主要可分为标准的地下土壤渗表土层及下包气带时发生系列的物理(过滤、吸附和 滤沟工艺、地下土壤毛管渗滤沟工艺和复合工艺沉积)、化学(吸附、分解、沉淀、离子交换、氧化、还原 种 。人工快速渗滤系统及其它化学反应)和生物(微生物、植物和动物作用) 过程的协同作用,也可分为非生物机制(物理和化学 定义作用)和生物机制(生物作用)。当污水通过土壤时,土 人工快
9、速渗滤系统壤颗粒截留污水中的悬浮物( )促使微生物快速繁 简称是指人为将污水投配于人工组配的渗滤介殖,这些微生物又吸附水中的 、胶体和溶解态物 质,污水在向下渗流的过程中经物理、化学和生物的质,逐渐形成稳定的生物膜(主要包括菌胶团和大量 协同作用而被净化。是基于污水快速渗滤土地处真菌菌丝),膜上微生物的丰度与污水类型、气候和土 理系统,简称 发展起来的,以优选 中国城镇水网/. 农业资源与环境科学的天然河沙、陶粒、煤矸石等代替天然土层作为主要 好等优点,具有广阔的发展前景 。的过滤介质,水力负荷大为提高,占地减小。 污染物去除效果研究表明,克服了传统 的水力负荷低的 系统目前已有很多研究和示范
10、工程 ,其缺点,保留了其设备简单、投资少、能耗低和出水水质 设计参数和主要污染物的去除效果参见表 。表 人工土壤渗滤 系统与土壤渗滤 系统设计参数与出水水质注 化学需氧量 生物需氧量 悬浮物 氨氮 十二烷基苯磺酸钠 渗滤 。由表 可见(,)系统对 和具有较、化学反应沉淀物、微生物代谢产物等在土壤中积好的去除效果,其去除率在以上,处理效果明显。 累而造成的孔隙减小过程较缓慢;对于粘土粒子含量()由于进水水质、污染负荷、气候等的差别,造成了 高、有效孔隙率小的土壤,上述物质在土壤颗粒表面 系统对、的去除效果不同。 的聚集非常快,由此会导致土壤渗透速率迅速下渗滤工艺存在问题和解决措施降 。石灰石砾石
11、层分解的钙和废水中的硅发生化学存在问题 反应,会产生无机凝胶体,造成土壤堵塞;另外,在较渗滤系统处理污水具有净化效果好、运行经济和 低 值下,的沉积也易造成土壤堵塞。适度的操作简便等优点,在欧洲各国、美国和日本等已应用 土壤孔隙堵塞能扩大土地处理系统内部的非饱和流较多 。但随着土地处理系统运行时间的延长,土壤 动区域,提高处理效果 ,但过度的堵塞将使污水难渗透速率将逐渐下降,发生土壤堵塞,土壤 填料堵塞 以通过土壤层,从而降低系统的水力负荷和有效容问题在其它土地处理系统如人工湿地 中也存在, 积。因此,对土壤堵塞的预防与控制是维持土地处理 等指出砾石床系统处理肉类废水在首年运行 工艺长效运行的
12、关键 。时前端发生堵塞和表面流。 应用示踪剂研 解决措施究了印染污水湿地处理过程中形成的“ 死区”,归因于 土壤堵塞过程分三个阶段 :渗滤速率接近运砾石床底部碎石中的污泥累积。揭示了人工 行初期水平,但呈下降趋势;渗滤速率缓慢且稳定湿地在运行首年其前段填料渗透性急剧降低。在 年 下降;填料表面从间歇积水至持续积水。预防土壤半的运行期间,后端的渗透性仍相对稳定,固体颗粒 堵塞可采取如下措施。累积带并未前移。示踪剂实时检测试验显示平均水力 ()建设预沉池。 引发的堵塞过程较迅速且通停留时间比理论值减少 。等指出在 常无法恢复,因此,在 系统中应着重避免这种堵砾石床湿地的前 段,凝胶体的累积将床体填
13、料空 塞。土壤的堵塞受来水中的 组成的影响。 认隙率约减少 , 的累积固体颗粒为无机物。 为若欲处理的二级处理出水的 ,会造成严填料粒径分布对空隙大小和水容量有决定性的 重的堵塞现象;而 等认为,若欲处理的一级处影响,它是影响土壤堵塞的主要因素之一。粒径大小 理出水的 为 以可降解有机物为主 也不对土壤堵塞的恢复也很重要。 发现粗砂填料含氧 会造成明显的土壤堵塞,可见对土壤的堵塞问题,除量恢复到起始水平比细砂要快的多 。土壤的颗粒分 考虑 的含量之外还应考虑其组成,无机质含量较级状况也是土壤堵塞与否的重要影响因素。颗粒粒径 多的 更易造成土壤孔隙的堵塞。邵坚 等也认为较大的壤性土和砂性土的孔隙率较大,而污水中的 悬浮物的截留和吸附是造成系统堵塞的主要原因,因 中国城镇水网/.