（市政工程专业论文）复合填料床渗滤系统对城市生活污水处理效果的研究.pdf

保密2 年 ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt o t o n g j iu n i v e r s i t yi nc o n f o r m i t yw i t ht h er e q u i r e m e n t sf o r t h ed e g r e eo fm a s t e ro fp h i l o s o p h y p e r f o r m a n c e so fin f il t r a t i o ns y s t e mw i t h c o m p o s i t e f ill e rf o rd o m e s t i c w a s t e w a t er sc h 0 0 1 d e p a r t m e n t ：s c h o o l o fe n v i r o n m e n t a l e n g i n e e r i n g 一一 d i s c i p l i n e ： c i v i le n g i n e e r i n g 一 一 m a i o r ： m u n i c i p a le n g i n e e r i n g 一一 一 c a n d i d a t e ：y u a n 1 i nq u e s u p e r v i s o r ： vp r o f m i n m a r c h ，2 0 0 8 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：阕琵朴 二oo l 举弓月侈日 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。 学位论文作者签名： 阑压林 - 0o ) k 年弓 0 只| ；b | 污水土地处理法是利用土壤及生存于该环境中的植物、动物、尤其是微生 物的相互依赖共同作用的生态学方法，以同时实现对污水中污染物“处理 与 “利用的两大个功能，达到污水的充分净化以及水、土地资源的循环再生和 有效利用。 土地毛细管渗滤处理系统特别适用于污水管网不完备的地区，是一项处理 分散排放的污水的实用技术。被输送到渗滤场的污水先经布水管分配到砾石层 中，然后在土壤毛细管的作用下上升至填料区，通过土壤的物理、化学、微生 物的生化作用和植物的吸收和利用得到处理和净化。该系统运行稳定，可靠， 抗冲击负荷能力强，对b o d 。、氮、磷去除率高：维护简便，基建投资少，运行费 用低：整个系统在地下，不会散发臭味，地面草坪还可美化环境；污水的储存、 输送等过程均在地下进行，热损失较少，在冬季仍能保持一定温度，维持基本 的生化反应，保证较稳定的去除效果。但其对总氮的去除效果不显著；占地面积 较大。 本课题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，研究了土地毛管渗滤系统对城镇污水的处理。从土 壤与煤渣分层填料，土壤、煤渣与草炭分层和混合填料，煤渣渗滤柱反应器三 个方面研究了土地毛细管渗滤系统对污水中有机物、氨氮、总氮和总磷等的去 除效果；比较了不同填充介质对各类污染物质的去除效果；研究了不同运行工 况( 进水方式、水力负荷等) 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了工艺设计参数和运行管理方案。 本课题主要得出以下研究结论： 1 研究表明，与传统土壤毛细管渗滤系统相比较，土壤与煤渣分层装填的 土地毛管渗滤系统不易堵塞、对生活污水处理效果显著；从去除不同污染物性 能的综合比较来看，采用土壤与煤渣分层装填的填料构造，改善了土壤的水力 渗透性能，对生活污水具有良好的处理效果，污水中有机物、氨氮、悬浮物和 磷的去除率较高，在水力负荷o 1 m d 条件下对t p 和s s 的去除率可达8 0 以上。 2 连续运行方式与运行周期为2 天( 1 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 摘要 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 。 3 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。 4 为提高土地毛细管渗滤系统对t n 的去除效果，在土壤中添加草炭后， 构成土壤、煤渣与草炭的分层和混合填料，在水力负荷0 1 m d 的条件下，试验 结果表明，添加草炭并未明显提高系统对t n 的去除效果。 5 土壤、煤渣与草炭分层和混合系统的进水中添加l g l 的葡萄糖，连续运 行两个月后，试验结果表明，系统的t n 去除率提高到5 0 ，而且c o d 的去除 率也有大幅提高。结果表明，溶解性的碳源能被微生物很好的吸收并提高系统 对污染物的去除率。 6 对土壤和煤渣分层系统中的不同高度处填料的s s 和含水率的分析可知， 煤渣高于土壤，因此，有必要将煤渣作为填料，观测煤渣反应器对于污染物的 去除效果。结果表明，煤渣对n h 3 - n ，c o d ，t p ，s s 的去除率均 7 0 ，尤其 对于有机物的去除具有效果好，耐冲击性的特点，试验结果说明煤渣对于有机 质的去除符合一级反应动力学模型，反应的动力学常数为0 0 1 4 7 。 7 在较高的水力负荷o 4 m d 的条件下，煤渣反应器对于生活污水中的污染 物去除效果如下：反应器对c o d 的去除效果稳定且 8 0 ，与0 2 m d 相比差别 不大；对n i - 1 3 n 的去除率达到9 9 以上，说明煤渣对氨氮具有很好的吸附性能； 反应器对t p 的去除率在较高水力负荷条件下，下降明显，t n 的去除率也不足 2 0 ，表明较高的水力负荷会影响填料与污水的接触，从而影响系统对t p 和t n 的处理效果。 8 土地毛管渗滤系统对生活污水具有较好的处理效果。在0 1 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 1 m d 的较低水力负荷下运行 时，处理效果则更好。 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。 i i 摘要 关键词：城镇污水可持续发展土地毛细管渗滤系统生活污水氮磷 i i i a b s t r a c t a b s t r a c t l a n di n f i l t r a t i o nt r e a t m e n tf o rs e w a g ei sae c o l o g ym e t h o dt or e m o v ep o l l u t a n t s i nt h ew a s t e w a t e rb yt h eu s eo ft h ep l a n t s ，a n dm i c r o o r g a n i s m sw h i c ha r es u r v i v i n g i nt h ee n v i r o n m e n t , i nt h em e a n t i m e ，t of u l l yp u r i f y i n gw a s t e w a t e r , r e c y c l i n ga n d e f f e c t i v eu s i n gl a n dr e s o u r c e sw i t ht h et w oi n t e r c o u r s ef u n c t i o n so ft h e ”t r e a t m e n t a n dt h e ”r e c y c l e ” i no r d e rt oa c h i e v i n gar e g i o n a ls e w a g er e c y c l ea n dr e s o u r c eu t i l i z a t i o n ，l a n d t r e a t m e n ts y s t e mi sav a r i e t yo fe c o l o g i c a la n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nr e q u i r e m e n t s o ft h et e c h n o l o g yi n t e g r a t e di n t oas y s t e mw i t ht h ec o r eo fl a n di n f i l t r a t i o nt r e a t m e n t a sas e c o n d a r yt r e a t m e n ts y s t e mi naw h o l ep r o c e s s i n g ，i ti sa ni m p o r t a n tp a r to ft h e p r o j e c ti np r a c t i c e i np u r s u i to fc o o r d i n a t i o na n di n t e g r i t y ，i tn e e d sc a r e f u ld e s i g n i n g ， o p e r a t i n ga n dm a n a g e m e n t t h e r e f o r e ，i tw i l lb eo fg r e a ts t r a t e g i cs i g n i f i c a n c ei n f u r t h e rs t u d yo fi t sr e l a t e dm e c h a n i s mo ft h es y s t e ma n dt h ea p p l i c a t i o no ft h e i n t e g r a t e dt e c h n o l o g y b e c a u s eo ft h ew a s t e w a t e rt r e a t m e n tf a c i l f f i e sl a g g e db e h i n d 、s l u d g et r e a t m e n t a n dd i s p o s a ld i f f i c u l t i e s ，t h i sp a p e rr e s e a r c h e ds o i li n f i l t r a t i o ns y s t e m sf o rt h en e w s u b u r b o fs h a n g h a i l a n di n f i l t r a t i o ns y s t e mr e m o v a le f f i c i e n c yo nt h eo r g a n i c c o m p o u n d si ns e w a g e ，a m m o n i an i t r o g e n ，t o t a ln i t r o g e na n dt o t a lp h o s p h o r u sw a s s t u d i e df r o mt h r e er e a c t o r so fs t r a t i f i e ds o i la n dc i n d e rf i l l e r , s o i l ，c i n d e rl a y e r e da n d m i x e dw i t hp e a tf i l l t od e t e r m i n i n gt h er e c o m m e n d e do p e r a t i n gm o d ea n dt h e p r a c t i c a la p p l i c a t i o n o ft e c h n o l o g yt o p r o v i d e t h e p a r a m e t e r s a n d o p e r a t i n g m a n a g e m e n t ，l a n di n f i l t r a t i o ns y s t e m sw e r ef i l l e dw i t hd i f f e r e n tm a t e r i a lo nd i f f e r e n t o p e r a t i n gc o n d i t i o n s ( w a t e r , h y d r a u l i cl o a d i n g ，e t c ) f o rt h er e m o v i n gi m p a c to f p o l l u t i o n t h em a i nc o n c l u s i o na r e ： 1 t h er e s u l t ss h o w e dt h a tc o m p a r e dt ot h et r a d i t i o n a ls o i li n f i l t r a t i o ns y s t e m ，s o i l f i l l e dw i t hc i n d e rs t r a t i f i e di n f i l t r a t i o ns y s t e mw a sl e s ss u s c e p t i b l et op l u g 、e f f e c t i v e l y a b s t r a c t r e m o v a lp o l l u t a n t sa n dh a sag o o de f f e c to no r g a n i cc o m p o u n d si nt h ew a s t e w a t e r ， 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 sr e m o v a lr a t e i nt h ew a t e r l o a do fo 1m d , t pa n ds sr e m o v a le f f i c i e n c yw e r ea sh i g ha s8 0p e r c e n t 2 c o m p a r e dt oi n t e r m i t t e n to p e r a t i o nm o d e ，c o n t i n u o u so p e r a t i o nm o d eh a s b e t t e rr e s u l t s ：c o da v e r a g er e m o v a lr a t ew a si n c r e a s e da b o u t10p e r c e n t ；n h 3 - n a v e r a g er e m o v a lr a t ew a s t h es a m e ；t na v e r a g er e m o v a lr a t ei n c r e a s ea b o u t8p e r c e n t a n dt pa v e r a g er e m o v a lr a t ei n c r e a s e da b o u t1 4 3 n i t r o g e nr e m o v a lw a si n e f f e c t i v ei nt h es y s t e m t h er e s u l t ss h o w e dt h a tl a c k o fc a r b o ni nt h ea n a e r o b i ce n v i r o n m e n ta tt h eb o t t o mo ft h ed e v i c ew a st h er e a s o n w h yt nr e m o v a le f f i c i e n c yi sn o th i g h t h e r e f o r e ，i tn e e d e dt oc o n s i d e rf o l l o w i n g u p s u p p l e m e n t a r yn i t r o g e nr e m o v a lp r o c e s s ，o ri m p r o v e m e n to ft h es y s t e mi no r d e rt o i m p r o v en i t r o g e nr e m o v a lc a p a c i t yi nh i g h e rd r a i n a g ee m i s s i o no c c a s i o n s 4 i no r d e rt oi m p r o v et nr e m o v a le f f i c i e n c y ，a d d i n gp e a ti nt h es o i lt om a k e r e a c t o r so fl a y e r e da n dm i x e dm a t e r i a l si nt h eh y d r a u l i cl o a d i n go fo 1m d t h e r e s u l t ss h o wt h a tt h ea d d i t i o np e a th a dn o tm a r k e d l yi m p r o v e dt nr e m o v a le f f i c i e n c y i nt h es y s t e m s 5 a d d i n glg lg l u c o s et ot h es y s t e m sm a d eb ys o i l ，p e a ta n dc i n d e rt oi m p r o v e t nr e m o v a le f f i c i e n c y ，a f t e rt w om o n t h s ，t h er e s u l t ss h o wt h a tt nr e m o v a le f f i c i e n c y w a si n c r e a s e dt o5 0 a n dc o dr e m o v a le f f i c i e n c yw a sa l s oi n c r e a s e d i nc o n c l u s i o n ： s o l u b i l i t yc a r b o nc a nb ev e r ya b s o r b e db ym i c r o o r g a n i s m si nt h el a n di n f i l t r a t i o n s y s t e m st oi m p r o v et h er e m o v a lo fp o l l u t a n t s 6 i nd i f f e r e n tl a y e ro ft h es y s t e m s ，s sa n dm o i s t u r ea n a l y s i ss h o w e dt h a tc i n d e r w a sh i g h e rt h a ns o i l ，t h e r e f o r e ，c i n d e rr e a c t o rw a so b s e r v e df o rt h er e m o v a lo ft h e p o l l u t a n t s t h er e s u l t ss h o w t h a tc i n d e rr e a c t o rh a sag o o de f f e c t i v eo nr e m o v eo ft h e p o l l u t a n t s ，f o re x a m p l e ，o nt h en h 3 一n ，c o d ，t p ，s st h er e m o v a le f f i c i e n c yw e r e 7 0 ，e s p e c i a l l yf o rt h er e m o v a lo fo r g a n i cm a t t e r ，t e s tr e s u l t ss h o w e dt h a tc i n d e rf o r t h er e m o v a lo fo r g a n i cm a t t e rf i t sak i n e t i cm o d e l ，t h ek i n e t i cc o n s t a n t sf o rt h e r e a c t i o nw a s0 014 7 7 a tt h eh y d r a u l i cl o a d i n go f0 4 m dt h er e m o v a le f f i c i e n c yo ft h ec i n d e r r e a c t o rw e r ei nt h ef o l l o w i n g ：c o dr e m o v a le f f i c i e n c yw a ss t a b l y 8 0 ，a n dl i t t l e d i f f e r e n c ec o m p a r e d0 2m d ；r e m o v a lr a t eo fn h 3 - nw a sm o r et h a n9 9 。i ts h o w e d i i r e f l e c t i n gt h a th i g h e rh y d r a u l i cl o a dw o u l d a f f e c tt h ef i l l e ra n ds e w a g ec o n t a c t s ，t h u s a f f e c t i n gt h et r e a t m e n te f f e c t i v ei nt h es y s t e m s 8 l a n di n f i l t r a t i o ns y s t e m sh a v ea ne f f e c t i v et r e a t m e n to np o l l u t a n t s o na 0 1 r r d dh y d r a u l i cl o a d , t h ee f f l u e n tm e e t st h en a t i o n a ls t a n d a r do fw a t e rd r a i n a g eb c l a s s ( g b 18 918 2 0 0 2 ) o b v i o u s l y ，i nt h eh y d r a u l i cl o a do fl e s st h a n0 1 n v d , t h e 仃e a t m e n te f f e c tw i l lb eb e t t e r l a n di n f i l t r a t i o ns y s t e m sa r ei n t e g r a t e dw i t hs e w a g ea n ds l u d g et r e a t m e n t t o g e t h e rw i t hal o wc o n s u m p t i o n ，s t a b l eo p e r a t i o n ，a d v a n t a g e sm a n a g e m e n t i th a s a d v a n t a g e sc o n s i s t e n tw i t hs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n tn e e d sf o rc h i n a ss m a l la n d m e d i u m - s i z e dt o w n su n d e re x i s t i n ge c o n o m i ca n ds o c i a lc o n d i t i o n s t h i sp r o c e s sh a s c e r t a i nt e c h n i c a la n de c o n o m i cc o m p e t i t i v ea d v a n t a g ea n ds o c i a la n de n v i r o n m e n t a l b e n e f i t ss i g n i f i c a n t l yt ot h es m a l lt o w n sa n dn e wu r b a na r e a sw i t hg o o dp r o s p e c t sf o r t h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o n k e yw o r d s ：s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fu r b a ns e w a g e ，l a n di n f i l t r a t i o ns y s t e m ， n i t r o g e n ，p h o s p h o r u s i i i 目录 第1 章引言1 1 1 课题来源1 1 1 1 上海市郊新城市化地区污水处理现状1 1 1 2 上海市郊新城市化地区污水处理面临的问题和对策1 1 2 课题背景4 1 2 1 国外研究进展4 1 2 2 国内研究进展5 1 3 研究目标与内容6 1 3 1 研究目标6 1 3 2 研究内容6 1 4 研究技术关键与创新点8 1 4 1 技术关键8 1 4 2 创新点8 第2 章土地毛细管渗滤系统对生活污水的处理效果9 2 1 土壤与煤渣填料床小试9 2 2 进水水质和测定方法1 0 2 2 1 进水水质1 0 2 2 2 监测项目及方法1 0 2 3 试验条件的确定1 0 2 3 1 适宜水力负荷的确定1 l 2 3 2 适宜湿干比的确定1 3 2 4 土壤与煤渣填料床中试1 7 2 4 1 试验装置1 7 2 4 2 试验水质1 8 目录 2 4 3 试验方法1 8 2 4 4 监测项目及方法1 8 2 4 5 试验结果及分析1 9 2 5 连续进水条件下，中试装置对生活污水的季节性处理效果2 5 2 5 1 试验水质2 6 2 5 2 试验方法2 6 2 5 3 监测项目及方法2 6 2 5 4 试验结果2 7 2 5 5 试验结果的讨论2 9 2 6 添加草炭的小试系统对城市生活污水的处理效果3 1 2 6 1 试验装置与方法3 1 2 6 2 试验结果与讨论3 2 2 7 本章小结3 8 第3 章煤渣渗滤柱对城市生活污水的处理效果4 0 3 1 煤渣的物理和化学性质4 0 3 2 试验装置与方法4 0 3 2 1 试验装置4 0 3 2 2 试验方法4 1 3 3 试验水质和测试方法4 1 3 3 1 试验的进水水质4 1 3 3 2 监测项目及方法4 2 3 4 试验结果4 2 3 4 1n h 3 - n 的去除效果4 2 3 4 2t n 的去除效果4 3 3 4 3c o d 的去除效果4 4 3 4 4t p 的去除效果4 6 3 4 5s s 的去除效果4 7 3 4 6 填料和系统出水的p h 值变化4 8 i i 3 5 2 生物反应动力学模式简介：5 0 3 5 3 煤渣处理有机质的反应动力学5 2 3 6 不同高度层煤渣的呼吸强度5 5 3 7 较高水力负荷下煤渣对生活污水的处理效果5 6 3 7 1 试验水质和测试方法5 6 3 7 2 试验结果5 6 3 8 本章小结5 9 第4 章结论及建议6 1 4 1 结论6 1 4 2 建议6 2 致谢6 3 参考文献6 4 附录6 7 个人简历在读期间发表的学术论文及研究成果6 8 i i i 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 水质已成为当务之急。 1 1 2 上海市郊新城市化地区污水处理面临的问题和对策 1 1 2 1 面临的问题 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 第1 章前言 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 一5 5 0 万吨，并以每年2 0 0 6 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 o 5 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 2 2 工艺选择 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 2 第1 章前言 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弘。 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 奴，而每公顷耕层土壤中的微生物量可达0 1 l x l o ”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 将被土壤微牛物完全 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。 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，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。这种基于自然牛态原理、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，i ( 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p 1 ； ( 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 ； 第1 章前言 ( 7 ) 受气温等环境因素影响小，冬季运行稳定p 1 ； ( 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。 同济大学在上海市科委重大课题中心城区和新城市化地区面源污染控制关 键技术与工程示范项目中承担了子课题七“污水毛管渗滤就地处理技术研究 ， 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，出水水质可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。 1 2 课题背景 1 2 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 于传统二级处理出水水质，在日本已兴建了2 0 0 0 0 多套这种净化设施p 。德国、 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分析等方面。 u s e p a ( 2 0 0 2 ) 叫根据土壤的性质不同所推荐的水力负荷在o 0 0 8 m d o 0 6 6 m d 之间；p e l l 和n y b e r g u 等人用砂层厚度为7 5 e 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 纠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 e 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 4 第1 章前言 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