（市政工程专业论文）污水毛管渗滤就地处理技术研究.pdf

摘要 摘要 针对上海市郊新城市化地区污水量小、分布散，污泥处理处置困难，污水 处理设施滞后等问题，本课题研究土地毛管渗滤系统对城镇污水的处理。从实 验室试验和生产性模拟试验两方面研究土地毛管渗滤系统对污水中有机物、悬 浮物、氨、磷等污染物的去除效果；分析比较不同种类渗滤填料的吸附性能和 渗透性能，选择适宜的渗滤填料及装填方式；研究不同运行工况( 进水方式、 水力负荷、进水溶解氧浓度和植被等) 对不同污染物质去除的影响，并确定推 荐的运行方式；为该技术的实际应用提供工艺设计参数和运行管理方案。 本次实验室试验在前期近1 0 个月试验研究的基础上，继续观察和分析煤渣 和土壤分层填装试验装置继续长期运行后的污水处理效果和各项工艺性能，历 时5 个多月。生产性模拟试验则是以实验室试验研究为基础，在室外自然条件 下进行的规模扩大试验。生产性模拟试验添加了预处理工艺，采用两套土地毛 管渗滤系统( 处理能力分别为o 2 5 m 3 d 和0 5 0 m 3 d ) ，在八种工况条件下运行了 2 5 7 天。生产性试验验证了实验室试验研究成果，为工程设计提供设计参数和运 行管理方案。 本课题的主要研究结论如下： ( 1 ) 实验室研究表明，与传统土壤毛管渗滤系统相比较，土壤与煤渣分层 装填的土地毛管渗滤系统不易堵塞、水力负荷较高，对生活污水处理效果显著。 当水力负荷为0 1 m d 时，该装置长期运行1 5 个月后，处理后出水各项指标均能 达到城镇污水处理厂污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 中的二级排放标准。 其中对污水中c o d 、s s 、t p 等污染物的去除率仍保持在较高的水平，而对n h 3 - n 的去除效果则呈现逐渐下降的趋势。 ( 2 ) 土地毛管渗滤系统所使用的填料的物理化学性质以及装填方式对于处 理效果起着关键性的作用。将不同渗透系数的土壤与煤渣填料分层装填，既能 维持土壤内微生物的生长环境，又可以改善土壤的水力渗透性能，对生活污水 中的有机物、氨氮、悬浮物和磷等污染物具有良好的处理效果，且不易堵塞， 可长期稳定运行。 ( 3 ) 采用双层沉淀池对生活污水进行预处理后，可有效降低污水中的悬浮 摘要 固体含量( 平均去除率8 4 3 ) ，并对污泥进行厌氧消解，减少污泥量的产生。 同时还可降解部分有机污染物( c o d 平均去除率达4 5 ，b o d 5 平均去除率达 5 9 ) 、氨氮( 平均去除率达1 2 7 ) 、总氮( 平均去除率达1 9 8 ) 和总磷( 平 均去除率达2 7 1 ) ，减轻了后续渗滤装置的处理负荷。在实际工程应用中应设 置预处理工艺，保证土地毛管渗滤系统运行的安全性和稳定性。 ( 4 ) 在土地毛管渗滤系统地表种上植物有利于表层土壤的复氧，同时植物 的生长也会吸收填料内的部分氮、磷养分。但在污水处理的总体效果上看来， 渗滤系统的表层植被对于处理后出水中各项污染物指标的影响程度比较有限。 ( 5 ) 连续运行方式与运行周期为两天( 一天进水，一天落干) 的间歇运行 方式相比，总体上连续运行方式比间歇运行方式的处理效果较好一些。c o d 平 均去除率增加约1 0 ；n h 3 - n 平均去除率增加不大：t n 平均去除率增加约8 ； t p 平均去除率增加约1 4 。 ( 6 ) 系统稳定运行后对总氮的去除效果不明显。结果表明装置底部的厌氧 环境和碳源不足，反硝化效率不高，使出水总氮浓度仍然较高。在排放要求较 高的场合，需要考虑后续的脱氮补充工艺，或对系统进行改良以提高脱氮能力。 ( 7 ) 土地毛管渗滤系统对生活污水具有较好的处理效果。在0 2 m d 水力负 荷下运行时，能满足其出水污染物指标达到城镇污水处理厂污染物排放标准 ( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 中的二级排放标准；而在小于0 2 m d 的较低水力负荷下运行 时，处理效果则更好。 ( 8 ) 本工艺推荐如下工艺参数：进水水质b o d 5 2 0 0 m g l ，水力负荷可选 0 1 0 2 m d 。 土地毛管渗滤系统集污水和污泥处理于一体，具有能耗低、运行稳定、产泥 量少和管理方便的优势，适合我国中小城镇现有的经济和社会条件，符合可持 续发展需要。本工艺具有一定的技术经济竞争优势，社会、环境效益显著，在 小城镇和新城市化地区具有良好的实际应用前景。 关键词：新城市化地区，土地毛管渗滤系统，双层沉淀池，城镇污水，可持续 发展 玎 a b s t r a c t a b s t r a c t i nt h en e w l yu r b a n i z e da r e a so fs h a n g h a i ，t h ew a s t e w a t e rt r e a t m e n s ti sad i f f i c u l t p r o b l e mb e c a u s et h ew a s t e w a t e ri sl e s si na m o u n t , d i s t r i b u t e sl o o s e l y , t h et r e a t m e n t a n dd i s p o s a lo fs l u d g ei st r o u b l e s o m ea n dw a s t e w a t e rt r e a t m e n tf a c i l i t i e sl a gb e h i n d i nt h e s ea r e a s t h i sr e s e a r c hf o c u s e do nt h et r e a t m e n to fm u n i c i p a lw a s t e w a t e vi 1 1 t h e s ea r e a sb yt h eo n s i t es o i lc a p i l l a r ys e e p a g es y s t e m t h er e m o v a le f f i c i e n c i e so f o r g a n i cm a t t e r , s u s p e n d e ds o l i d s ，a m m o n i a , p h o s p h o r u sb yt h eo n s i t es o i lc a p i l l a r y s e e p a g es y s t e mw e r es t u d i e do nb o ml a b s c a l ea n dp r o d u c t i o n - s c a l eb a s i s ；t h ec h o i c e o fp r o p e rf i l l i n g sa n dl o a d i n gm e t h o d sw a sm a d eo nt h eb a s i so ft h ea n a l y t i c a l c o m p a r i s o no ft h ea b s o r p t i o np e r f o r m a n c ea n dp e n e t r a b i l i t y ；t h ei n f l u e n c eo f d i f f e r e n tr u n n i n gc o n d i t i o n s ( s u c h 勰t h ei n f l u e n tw a y s ，h y d r a u l i cl o a d i n g s ，t h e d i s s o l v e do x y g e na n dp l a n t s ) o nt h er e m o v a le f f i c i e n c i e so fd i f f e r e n tp o l l u t a n t sw a s p e r f o r m e d ，a c c o r d i n gt ow h i c ht h em o s tf a v o r a b l er u n n i n gw a yw a sr e c o m m e n d e d ； t h ed e s i g np a r a m e t e r sa n dt h em e t h o d so fr u n n i n ga n dm a n a g e m e n to ft h ep r a c t i c a l u s eo ft h i st e c h n o l o g yw e r ed e t e r m i n e d t h i se x p e r i m e n tw a sb a s e do nt h ep r e v i o u sl a b - s c a l ee x p e r i m e n tw h i c hl a s t e d10 m o n t h s t h er e m o v a le f f i c i e n c i e sa n de v e r yt e c h n i c a lp e r f o r m a n c eo ft h ee x p e r i m e n t a l a p p a r a t u sw h i c hc o n s i s t e do fc i n d e ra n ds o i lf i l l i n gi nd i f f e r e n tl a y e r s ，w e r eo b s e r v e d a n da n a l y s e d ，l a s t i n gm o r et h a n5m o n t h s t h ep r o d u c t i o n - s c a l ee x p e r i m e n tw a s b a s e do nt h el a b - s c a l ee x p e r i m e n ta n dw a sp e r f o r m e di nt h en a t u r a lo u t d o o r e n v i r o n m e n ti no r d e rt oe n l a r g et h ee x p e r i m e n t a ls c a l e t h ep r e t r e a t m e n tp r o c e s sw a s a d d e di nt h es i m u l a t i v ep r o d u c t i o ne x p e r i m e n tu s i i l gt w oo n s i t es o i lc a p i l l a r ys e e p a g e s y s t e m s ( t h ei n f l u e n to fe a c hs y s t e mw a s 0 2 5 m 3 da n do 5 0 m d ) a n dt h ee x p e r i m e n t w a sl a s t e d2 5 7d a y su n d e r8n m n i n gs i t u a t i o n s t h ep r o d u c t i o ne x p e r i m e n tc o n f i r m e d t h ef i n d i n g so ft h el a b - s c a l ee x p e r i m e n ta n do f f e r e dt h ed e s i g np a r a m e t e r sa n d r u n n i n ga n dm a n a g e m e n tm e t h o d sf o rt h ep r o j e c td e s i g n t h em a i nc o n c l u s i o n so ft h er e s e a r c hw e r ea sf o l l o w i n g ： 1 t h ee x p e r i m e n tr e s u l t ss h o w e dt h a tc o m p a r e dw i t ht r a d i t i o n a ls o i lc a p i l l a r y i i i a b s t r a c t s e e p a g es y s t e m ，t h es o i lc a p i l l a r ys e e p a g es y s t e mc o n s i m i n go fs o i la n dc i n d e rl o a d e d i nd i f f e r e n tl a y e r sw a sn o te a s yt ob ec l o g g e d ，c o u l dr u ni nh i g hh y d r a u l i cl o a d i n gr a t e a n da t t a i n e dr e m a r k a b l er e m o v a le f f i c i e n c i e sw h e nt r e a t i n gd o m e s t i cw a s t e w a t e r w h e nt h eh y d r a u l i cl o a d i n gr a t ew a s0 1m da n dt h en m n i n gd u r a t i o nw a s15m o n t h s ， e v e r yi n d e xc a nr e a c hl e v e l2s t a n d a r do f d i s c h a r g es t a n d a r do fp o l l u t a n t sf o r m u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t ”( g b18 918 2 0 0 2 ) t h er e m o v a le f f i c i e n c i e so f c o d ，s s ，t pc o u l dm a i n t a i ni nah i g hl e v e lb u tt h a to f n h 3 0 nk e p tg o i n gd o w n 2 t h ep h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e sa n dl o a d i n gw a y so ft h ef i l l i n g su s e di n s o i lc a p i l l a r ys e e p a g es y s t e mp l a y e dc r u c i a lr o l eo nt h et r e a t m e n te f f i c i e n c i e s t h e l o a d i n go fs o i la n dc i n d e rw h i c hh a dd i f f e r e n tp e n e t r a t i o nc o e f i c i e n c i e si nd i f f e r e n t l a y e r sc o u l dm a i n t a i nt h eg r o w t he n v i r o n m e n to ft h em i c r o b e si nt h es o i l ，b e t t e rt h e h y d r a u l i cp e n e t r a t i o np e r f o r m a n c e ，a t t a i ng o o dr e m o v a le f f i c i e n c i e so ft h eo r g a n i c m a t t e r s ，a m m o n i a , s u s p e n d e ds o l i d sa n dp h o s p h o r u s ，b ep r e v e n t e df r o mc l o g g i n ga n d r u n i n a l o n g t e r m 3 a f t e ru s i n gp r e t r e a t m e n to ft h ei m h o f ft a n k ，t h es u s p e n d e ds o l i d sc o u l db e r e d u c e d ( t h ea v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c yw a s8 4 3 ) ，a n dt h es l u d g ec o u l db e d i g e s t e da n a e r o b i c l ya n dr e d u c et h es l u d g eo u t p u t a tt h es a m et i m e ，t h es y s t e mc o u l d d e g r a d ep a r to ft h eo r g a n i cm a t t e r s ( t h ea v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c yo fc o d w a s 4 5 ， t h a to fb o d sw a s5 9 ) ，a m m o n i a ( a v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c ya t t a i n e d12 7 ) ，t o t a l n i t r o g e n ( t h ea v e r a g er e m o v a le f i c i e n c yw a s l9 8 ) a n dt o t a lp h o s p h o r u s ( t h ea v e r a g e r e m o v a le f i c i e n c yw a s2 7 1 1s ot h a tt h et r e a t m e n tl o a d i n go ff o l l o w i n gt r e a t m e n t f a c i l i t yc o u l db ea l l e v i a t e d i nt h ep r a c t i c a lp r o j e c t s ，t h ep r e t r e a t m e n tf a c i l i t ys h o u l d b eu s e dt og u a r a n t e et h es a l t ya n ds t a b i l i t yo ft h es o i lc a p i l l a r ys e e p a g es y s t e m 4 t h ep l a n t so nt h es u r f a c eo ft h es o i lc a p i l l a r ys e e p a g es y s t e mh e l p e dt h e o x y g e na b s o r p t i o no ft h es o i l t h eg r o w t ho ft h ep l a n t sc o u l da l s oa s s i m i l a t ep a r t n i t r o g e na n dp h o s p h r u si nt h ef i l l i n g s ，b u tc o n s i d e n n gt h et o t a lr e m o v a le f f i c i e n c i e s ， t h ei n f l u e n c ec r e a t e db yt h ep l a n t so nt h er e m o v a lo fc o n t a m i n a n t sw a sl i m i t e d 5 c o m p a r i n gt h ec o n t i n u o u sn m n i n g 、i t l li n t e r m i t t e dr u n n i n g ，w h i c hh a da r u n n i n gp e r i o do f2d a y s ( f e e di n f f l u e n ti no n ed a ya n dd r yi no n ed a y ) ，t h er e s u l to f t h ef o r m e rw a sb e t t e rt h a nt h a to ft h el a t t e ri ng e n e r a l t h er e m o v a le f f i c i e n c yo f c o dr o s eb ya b o u tlo ；t h en h 3 一nr e m o v a le f f i c i e n c yg r e wi n s i g n i f i c a n t l y ；t h e 1 v a b s t r a c t r e m o v a le f f i c i e n c yo f in g r e wb ya b o u t8 ：t h er e m o v a le f f i c i e n c yo ft pi n c r e a s e d b ya b o u t1 4 6 t h en i t r o g e nr e m o v a le f f i c i e n c yw a sn o tr e m a r k a b l ea f t e rt h es t a b l er u n n i n g o ft h es y s t e m t h ef i n d i n g sd e m o n s t r a t e dt h a ti nt h eb o t t o mo ft h ea p p a r a t u s ，i tw a s a n a e r o b i ca n ds h o r to ft h ec a r b o n ，r e s u l t i n gi nt h el o we f f i c i e n c yo ft h ed e n i t r i f i c a t i o n a n dh i 【g hc o n c e n t r a t i o no ft h et ni nt h ee f f l u e n t i nt h ep l a c e sw h e r et h ed i s c h a r g e r e q u i r e m e n t sw e r ev e r yh i g h ，t h ea d d i t i o no fd e n i t r i f i c a t i o nf a c i l i t i e ss h o u l db et a k e n i n t oc o n s i d e r a t i o no rt h es y s t e ms h o l db eb e t t e r e dt oi m p r o v et h ed e n i t r i f i c a t i o n a b i l i t y 7 t h es o i lc a p i l l a r ys e e p a g es y s t e mc o u l da c h i e v eg o o dr e m o v a le f f i c i e n c y w h e nt r e a t i n gd o m e s t i cw a s t e w a t e r w h e nr t m n i n gu n d e rt h el o a d i n gr a t eo f0 2 m d ， t h ep o l l u t a n ti n d i c e so ft h ee f f l u e n tc o u l dr e a c hl e v e l2s t a n d a r do f d i s c h a r g e s t a n d a r do fp o l l u t a n t sf o rm u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t ( g b18 9 18 - 2 0 0 2 ) ； w h e nr u n n i n gu n d e rt h el o a d i n go fl e s s0 2 m d ，t h et r e a t m e n te f f i c i e n c yc o u l db e m u c hb e t t e r 8 t h er e c o m m e n d e dp a r a m e t e r so ft h i sp r o c e s sw e r et h a tb o d sw a sl e s s 2 0 0 m g la n dt h eh y d r a u l i cl o a d i n gc o u l db ec h o o s e db e t w e e n o 1 - 4 ) 2 m d t h es o i lc a p i l l a r ys e e p a g es y s t e mc o u l dt r e a ts e w a g ea n ds l u d g et o g e t h e r 、析t l l l o w e n e r g yc o n s u m p t i o n , s t a b l er u n n i n g ，l o ws l u d g eo u t p u t a n dc o n v e n i e n t m a n a g e m e n t ，t h e r e f o r ei tc o u l ds u i tt h ep r e s e n te c o n o m i ca n ds o c i a ls i t u a t i o n si nt h e s m a l lc i t i e sa n dt o w n sa n df u l f i l lt h er e q u i r e m e n t so fs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t t h i s s y s t e mw a sc o m p e t i t i v eo nt h et e c h n o l o g i c a la n dc o s tb a s i sa n dr e m a r k a b l ei nt h e s o c i a la n de n v i r o n m e n t a lb e n e f i ta n dh a dap r o m i s i n gp r a t i c a la p p l i c a t i o np r o s p e c ti n t h es m a l lt o w n sa n dn e w l yu r b a n i z e da r e a s k e yw o r d s ：n e w l yu r b a n i z e da r e a s ，s o i lc a p i l l a r ys e e p a g es y s t e m ，i m h o f ft a n k ， m u n i c i p a lw a s t e w a t e r , s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t v 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：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，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：童咩 刎年；月歹。e t 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在；年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：杉缇学位论文作者签名： 己午 渺7 年多月歹日多呷年；月? 口e l 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名：青砂年签名：呵砂冲 z 叼年；月了9 日 第1 章绪论 1 1 课题背景 第1 章绪论 1 1 1 上海市郊新城市化地区污水处理现状 上海市是一座国际化的大都市。随着城市的现代化，污水治理问题正逐步 得到解决。根据( 2 0 0 5 年上海市环境状况公报，2 0 0 5 年上海的环境基础设施 得到了进一步完善，三年以来，新增污水处理能力3 4 9 万立方米日，郊区城镇 污水治理设施覆盖率提高了1 6 ，城市污水集中处理率达到了7 0 ，中心城区 污水实现了由输送外排向集中处理的转变。但是，在城乡结合部位的新城市化 地区，由于污水治理规划滞后于城市化发展，其污水治理设施的布局和设施数 量还不能满足需要，在内环线之外仍然有相当数量的地区是污水收集系统的空 白区，这些地区的生活污水大部分未经收集和处理就直接排放，成为黄浦江和 苏州河水系的主要污染源。尤其是近年来，上海市郊的新城市化地区面积不断 扩大，人口持续密集，污水排放量逐步增加，大量的村镇生活污水、垃圾、农 业养殖废物和农田退水( 含农药、化肥) 未经妥善处理，它们产生的污染物直接 排放或随地表径流进入附近水体，成为黄浦江、苏州河两岸区域性水环境的重 要污染源。市郊环境已产生不同程度和不同类型的污染，生态系统严重退化， 无法完成地表径流污染物拦截和就地净化的功能，形成了上海市郊新城市化地 区建设发展的制约瓶颈。 因此，在分析市郊径流污染特点与径流汇集区生态退化现状的基础上，以 污染物净化为核心，重建和恢复径流汇集区的生态系统，控制径流污染与改善 水系水质己成为当务之急。 1 1 2 小水量分散污水处理面临的问题与对策 上海市政府在2 0 0 5 年八届八次会议上明确，要建立“1 9 6 6 城镇体系。即 “一个中心城”，“9 个新城”，“6 0 个左右新市镇”和“6 0 0 个左右中心村”。对 于中心城及新城地区产生的生活污水可以采取集中方式处理。然而对于6 0 个新 1 第1 章绪论 市镇及6 0 0 个中心村所产生的污水，若采用集中处理方式会面临以下诸多问题： ( 1 ) 单个污染源的污水量少，位置分散 在黄浦江苏州河水系的城郊地区分布的生活污水水源数量很多，但一般水 量较小、距离主干污水收集系统较远。根据2 0 0 0 年上海市污染源调查结果的分 析，上海市郊生活污水水源的特点是组团式分布，每一组团对应于一个乡镇。 镇与镇之间的距离较远，地形平坦。若采用污水集中处理模式，不仅需要建设 污水输送干管，而且往往还要利用泵站提升，工程效益与投资的比值较低。 ( 2 ) 小型污水处理厂运营困难 上海郊区污水处理设施的建设滞后于污水量的增长。由于种种原因，还会 出现建好的污水处理厂“有厂无网、有厂无水的现象。由于大多数小城镇的 经济发展水平相对偏低( 人均收入仅为中心城区的1 2 ) ，使得污水处理厂的建 设资金和运行经费短缺，已建成的城镇污水厂往往由于运行费用太高而无法正 常运转。 ( 3 ) 缺乏适宜的污水处理工艺 小城镇与大城市相比，不仅经济实力较弱，而且技术和管理水平较低，造 成其污水处理技术需求的特殊性。因而污水处理工艺的选择是否得当直接关系 到污水处理设施建设的成败。实际上，目前我国小城镇的绝大多数污水厂并未 根据小城镇的特点选择和采用适当的处理工艺，造成许多污水厂在建成后，往 往由于多种原因而不能正常发挥其工程效益和环境效益。 ( 4 ) 污泥的处理与处置成为普遍性难题 随着我国污水处理事业的发展，污水处理过程中产生的污泥量正在日益增 加。据统计，目前我国城市污水处理厂每年排放干污泥约2 0 万吨，以湿污泥计 约3 8 0 万 - 5 5 0 万吨，并以每年2 0 的速度递增。虽然城镇污水处理厂产生的 污泥体积仅约为处理的水体积的0 3 - - 0 5 卜1 左右，但污泥处理设施的投资却占 到总投资的3 0 4 0 ，甚至超过5 0 。因此，无论从污染物净化的完善程度， 还是从废水处理技术开发中的重要性及投资比例来看，污泥处理都占有十分重 要的地位。 1 1 3 污水处理工艺的选择 上海市郊新城市化地区生活污水处理中存在的问题，也代表了全国小城镇 2 第l 章绪论 污水处理所存在的问题。目前我国小城镇污水厂的常用工艺是一级强化处理技 术和生物处理法。一级强化处理技术虽然具有明显的处理效果，但是大量污泥 的处理问题以及投药所产生的生物毒性和生态安全问题往往难以解决。生物处 理法包括厌氧处理工艺、活性污泥法( s b r 工艺、氧化沟和a b 法等) 、生物膜 法以及各种联合生物处理技术。另外，自然生态系统处理工艺如土地毛管渗滤 技术、稳定塘处理技术、湿地处理技术等，由于具有无能耗或低能耗、处理出 水容易回用、污泥产出率低，符合生态理念和自然物质循环规律等特点，日益 受到人们的重视。 在选择适合上海市郊新城市化地区生活污水水源特点的污水处理工艺时， 应体现“生态平衡 和“环境友好的可持续发展特色，满足如下要求：( 1 ) 保 证污水经处理后达标排放；( 2 ) 处理工艺应具有较强的适应冲击负荷的能力，去 除效率高；( 3 ) 处理工艺简便易行、运行稳定、维护管理方便，能利用当地的 技术和管理力量正常运行；( 4 ) 治理设施( 包括收集系统在内) 、建设费用和运 行费用低廉，节省能耗，适用于郊区目前的经济发展水平和已有设施的实际状 况；( 5 ) 能因地制宜，充分利用当地自然条件，如利用天然荒地、洼地等；( 6 ) 污 泥产量少，稳定程度高。 污水的土地处理比较适合上述要求。通常的污水生物处理法是利用微生物 能够分解氧化有机物这一功能而人为地创造有利于微生物生长的环境，使微生 物大量增殖，以提高分解氧化有机物的效率的一种污水处理方法。其中污水的 土地处理是利用土壤的净化功能，通过土壤的物理过滤、化学沉淀、交换吸附 以及以土壤微生物为主的生物化学分解、氧化等过程而实现的【2 卅。 土壤中存在着数量庞大、种类繁多的土壤微生物。就种类而言可达数百种， 就数量而言每克干土中可达数亿至数十亿个。一般每公顷地的耕层土壤约为 1 0 4 k g ，而每公顷耕层土壤中的微生物量可达o 1 l 1 0 ”个p 1 。地球表面每年由 高等植物合成的植物干物质约为1 0 1 0 吨数量级，其中的o 5 将被土壤微生物完 全分解矿质化。土壤微生物的这种巨大作用，对维持地表生物圈的生态平衡具 有举足轻重的意义。基于这一原理，人们可以根据不同的土壤类型、性质及地 质、地貌、气候及水文条件，有控制的将污水投配到地表，利用土壤一生物系 统的自净功能而使污水得到净化。 本论文研究的土地毛管渗滤系统是污水的土地处理方法之一。利用土壤具 有净化功能这一机理，可以选择一些无毒无害的填料与土壤混合或分层装填， 3 第1 章绪论 人为强化土壤的微生物作用和土壤渗透性，促进其处理污水的能力。这种基于 自然生态原理、利用土壤一植物一微生物系统的综合作用对污水进行净化治理 的人工强化处理技术，与其他污水处理方法相比具有以下优点： ( 1 ) 对进水负荷的变化适应性较强，耐冲击负荷； ( 2 ) 对有机物、氨氮和磷具有较好的去除效果，出水水质稳定，可以用于农 业灌溉或冲厕等用途； ( 3 ) 仅在预处理中产生少量污泥。这些污泥可作为农田改良剂，因而无需配 套专门的污泥处置措施h ： ( 4 ) 系统大部分置于地下，没有臭气散发和蚊蝇孳生等环境问题； ( 5 ) 系统建成后可以在上层种植草坪，对地表景观影响小； ( 6 ) 基建费用低廉，运行维护费用较省，若维护得当，不易发生堵塞和污染 物穿透等事故1 ； ( 7 ) 受气温等环境因素影响小，冬季运行稳定； ， ( 8 ) 与其他土地处理系统相比，系统埋深较浅，系统的防渗层能够避免对地 下水的污染。 本课题针对上海市郊新城市化地区生活污水的特点以及场地条件，研究了 与传统的纯土壤型土地毛管渗滤系统不同的新型填料的土地毛管渗滤系统。应 用该系统可提高运行水力负荷，减少占地面积。系统具有抗堵塞能力强、能耗 低、操作方便和填料价廉的特点。 1 2 土地毛管渗滤系统 1 2 1 国内外研究进展 1 2 1 1 国外研究进展 国外很早就开始了土地毛管渗滤系统的研究，工艺已经比较成熟，工程应 用已经相当普遍。根据美国统计局1 9 9 9 年的数据，全美国1 1 5 亿家庭中大约有 2 3 的生活污水由地下渗滤装置处理；日本的新见正早在6 0 年代初就开始研究 地下土壤净化污水的处理技术，他开发的土壤毛管浸润沟污水净化工艺的出水 水质优于二级处理出水水质，在日本己兴建了2 0 0 0 0 多套这种净化设施i 引。德国、 4 第1 章绪论 法国、以色列等国家也都在大力推行土地毛管渗滤技术，并且这些国家还将土 地毛管渗滤技术应用于市政污水的深度处理，通常是将污水处理厂的二级出水 经过自然土壤层的渗滤回灌于地下含水层中，防止污水厂排水对地面景观的破 坏，回灌水在旱季还可以抽出回用。 国外对于土地毛管渗滤系统的研究主要集中在研究不同渗滤系统的填料、 提高水力负荷、污染物去除机理及堵塞原因的分析等方面。 u se p a ( 2 0 0 2 ) 1 9 1 根据土壤的性质不同所推荐的水力负荷在0 0 0 8 m d - - - 0 0 6 6 m d 之间；p e l l 和n y b e r g 1 0 j 等人用砂层厚度为7 5 c m 的渗滤系统处理城镇 污水，进行了为期7 8 天的研究，水力负荷为0 0 6 7 m d ，c o d 去除率可达9 1 ； s v a n c u y k 1 1 等人进行了为期一年的砂渗滤系统处理生活污水的研究，处理的最 高水力负荷为0 0 8 4 m d ，出水的c o d 、b o d 5 、n h 3 - n 、t n 和t p 的平均浓度分 别为1 4 m g l 、3 7m g l 、0m g l 、5 4m g l 和3 6 5m g l ，平均去除率分别为9 6 4 、 8 3 7 、1 0 0 、4 8 和2 0 6 。对t n 、t p 的去除效果不是很理想，并且认为砂 渗滤层厚度为6 0 c m 或9 0 c m 对c o d 和b o d 5 的去除率影响不大。由于受到土壤 渗透系数的影响，采用纯土壤填料的土地毛管渗滤系统的水力负荷无法进一步 提高。u s e p a ( 1 9 9 1 ) 建议水力负荷不宜超过土壤饱和渗透系数的1 0 ，一般 在1 0 - - - 4 o c m d 。因此若要在保证出水水质的情况下提高水力负荷，应考虑处理 系统内部填料的选配。 在去除污染物机理研究方面，a m y 认为在土地毛管渗滤过程中，有机物在 渗流区内的去除机理主要是生物降解，吸附只是小部分。室内土壤渗滤模拟试 验结果表明，以参数d o c ( 溶解性有机碳) 表征的有机物通过降解作用去除了 5 0 - - - 6 0 t 1 2 1 ：q u a n r u d 等人指出，7 5 的溶解性有机物在土地毛管渗滤系统中 主要是靠生物降解作用去除的。q u a n r u d 的研究还指出，土地毛管渗滤系统有很 大的缓冲能力，出水浓度稳定，受进水水质影响的程度很小f 1 3 1 。但土地毛管渗 滤系统对总氮的去除却不是很理想。氮的去除是通过硝化作用与反硝化作用来 进行的，反硝化作用是影响氮去除的主要因素。在具有良好通气性能的土壤中， 硝化反应在表层1 5 c m 的土壤中即可迅速完成。影响反硝化细菌生长的主要因 素是氧化还原条件和碳源。土地毛管渗滤系统在一定条件下对磷有良好的去除 作用，主要是通过土壤颗粒的吸附作用、化学沉淀反应、微生物同化作用和植 物吸附作用来进行的。 堵塞是土地毛管渗滤系统研究得比较多的问题，因为它会降低渗滤系统的 5 第1 章绪论 水力传导性能，阻碍土壤的通气传氧作用，严重影响渗滤系统的净化效果，也 影响到系统寿命1 1 5 , 1 6 , 1 7 , 1 8 , 1 9 。造成渗滤系统介质孔隙堵塞的原因主要有悬浮物截 留、吸附堵塞，化学沉淀堵塞，土壤颗粒遇水膨胀崩解堵塞以及微生物生长造 成的堵塞等。r i c e 的研究表明i z ，对于二级处理出水，s s 大于1 0 m g l 就会造 成严重的堵塞现象；而l a n c e 掣2 1j 的研究表明，对于一级处理出水，8 0 m g l 的 s s ( 大多为可降解的有机物) 也不会造成明显的堵塞，因此对于s s 造成的堵塞 不仅要考虑污水中的s s 含量，还要考虑其组成。无机质含量较多的s s 更易造 成土壤孔隙的堵塞。m a g e s a n 等1 2 2 | 人则倾向于微生物的生长是造成系统堵塞的主 要原因。 1 2 1 2 国内研究进展 在我国，随着经济的发展，环境问题日益突出，污水处理不仅在城市，在 乡镇的要求