（环境科学专业论文）复合填料人工快渗系统处理化工尾水的实验研究.pdf

c o m p o s i t e f i l l e r - c s y s t e mt r e a t st h et a i l r a c eo f t h ec h e m i c a lp l a n t sr e s e a r c h a b s t r a c t 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 ma sa t y p eo fl a n dt r e a t m e n t ，o v e r c o m e st h e t r a d i t i o n a l s h o r t c o m i n g st h a t l o wh y d r a u l i cl o a d i n go fr a p i di n f i l t r a t i o ns y s t e m p r e s e r v i n gi t ss i m p l ee q u i p m e n t ，l o wi n v e s t m e n t ，l o we n e r g yc o n s u m p t i o na n dg o o d w a t e rq u a l i t y c u r r e n t l yr e s e a r c h e so nt h ec r is y s t e ma r ef o c u s e do ns h e n z h e ni n c h i n a a n db a s i c a l l yt h ep r o c e s s i n go fs e w a g e i nt h ec e n t r a lr e g i o n 、析t hl o c a ls o i l c h a r a c t e r i s t i c su n d e rt h ec r is y s t e m sa n di t su s ea tt h et a i l r a c eo ft h ec h e m i c a lp l a n t s i ss e l d o mr e p o r t e d w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc i t i e s ，w a t e rp o l l u t i o na n dw a t e rs c a r c i t yi s i n c r e a s i n g l yp r o m i n e n t i nt h i sp a p e r ，r e v i e w i n gal o to fi n f o r m a t i o no nt h eb a s i so f l i t e r a t u r e ，t a i lw a t e rf o rc h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n dc o n v e n t i o n a lw a s t e w a t e r t r e a t m e n ts y s t e m sh i g hi n v e s t m e n t ，w a s t ea n do t h e ri s s u e s ，a c c o r d i n gt os e w a g e t r e a t m e n ta n d t e c h n o l o g i c a lt r e n d s ，u s ec r i t ot r e a tt h et a i l r a c eo ft h ec h e m i c a lp l a n t s i nh e f e i o u re x p e r i m e n tu s e st w ot y p e so fo r g a n i cl o a d ( 0 2 5 k gc o d m - 3 d “& o 1 k gc o d m - 3 d 。1 ) ，t h r e eo p e r a t i n g - d r y i n gs c h e d u l e s ( 1 ：1 ，1 ：2 ，l ：3 ) 、c o n s i d e r e d i n f l u e n c i n gf a c t o r st h a tt w od i f f e r e n tf i l l e r s ( s o i l - s a n dm i x e da n dp u r ef i v e rs a n d ) 、 t h r e es o i l q u a r t zr a t i o s 一1 ：9 ，1 ：1 2 5 a n d l ：6 、v o t ew i t ht w ow a y s ，e t c s t u d i e se i g h t e x p e f i m e n t a lc o n d i t i o n s a n dt h ef e a s i b i l i t yo ft h eu s en a t u r a lf i v e rs a n ds o i lo f p r o c e s s i n gc h e m i c a lp l a n to u t f a l lt r e a tt h et a i l r a c e ，a n dt h ei n t e g r a t i o no ft h ev a r i o u s a s p e c t so fi n t e g r a t e da n dc o m p a r e dw i t ht h ep e r f o r m a n c eo fp u r er i v e rs a n df i l l e r ， m a k et h er e m o v a lo f p o l l u t a n t sa n d w a t e re f f e c t sa n dc o r r e l a t i o nb e t w e e n o p e r a t i n g - d r y i n gr a t i o ，l o a d i n gr a t e ，a n df i l l e rt y p e t h er e s u l t ss h o wt h a t ：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 sc o dr e m o v a l e f f i c i e n c yo ft h et a i l r a c ei sg o o d ，b u tu n s t a b l e t h eb e s tc a nb e9 0 & l e s st h a n6 0 t h ew o r s t a m m o n i an i t r o g e nr e m o v a le f f i c i e n c ym o r es t a b l e ，b u to b v i o u s l yn o ta s g o o da s c o d t h e r ew e r el a r g ed i f f e r e n c eo ft h er e l a t i v e l yw h e ni nd i f f e r e n t o p e r a t i n g - d r y i n gr a t i o i tw a sb a dw h e nd e a l i n gw i t hal a r g eo p e r a t i n g d r y i n gr a t i o t h eb e s te f f i c i e n c yo fs y s t e mi si nl o wl o a d ，s m a l lo p e r a t i n g d r y i n gr a t i o ，i nt h i s 3 c o n d i t i o nt h et r e a t m e n te f f e c to fs o i lc o l u m ni sb e t t e rt h a nt h ep u r es a n do n e s o i l - s a n dr a t i o ，w e t d r yr a t i oa n dp a c k i n ga l lt y p e so fe f f e c t so nt h eo p e r a t i o no ft h e s y s t e mh a v eag r e a t e ri n f l u e n c e ，t h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nt h e s et h r e ef a c t o r sw h e n d e a l i n gw i t hm o r es i g n i f i c a n tc o d u n d e rt h eb e s tc o n d i t i o n ，t h ec o n f i g u r a t i o n s a v e r a g ec o d & n h 4 + - nc o n c e n t r a t i o nb a s i c a l l ya c h i e v et h ei vw a t e rs t a n d a r d s 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 o i l s a n dr a t i o o p e r a t i n g - d r y i n g r a t i o o r g a n i cl o a d i n g t a i l r a c e 4 插图清单 图1 1 工艺流程图2 4 图2 1 化工厂尾水17 图2 2 尾水污染物紫外扫描图1 7 图2 3 实验用土壤18 图2 4 实验用河砂1 9 图2 5 承托层原料19 图2 - 6 实验主体装置图2 0 图2 7 渗透系数测定装置2 1 图2 8 氨氮标线2 4 图3 1 工况1 的c o d 处理效果2 8 图3 2 工况1 的c o d 去除率2 9 图3 3 工况2 的c o d 处理效果3 0 图3 4 工况2 的c o d 去除率3 1 图3 5 工况3 的c o d 处理效果3 2 图3 6 工况3 的c o d 去除率3 3 图3 7 工况4 的c o d 处理效果3 4 图3 8 工况4 的c o d 去除率3 5 图3 9 工况5 的c o d 处理效果3 6 图3 1 0 工况5 的c o d 去除率3 7 图3 1 1 工况6 的c o d 处理效果3 8 图3 1 2 工况6 的c o d 去除率3 9 图3 1 3 工况1 的氨氮处理效果4 0 图3 1 4 工况1 的氨氮去除率4 1 图3 15 工况2 的氨氮处理效果4 2 图3 16 工况2 的氨氮去除率4 3 图3 17 工况3 的氨氮处理效果4 4 图3 18 工况3 的氨氮去除率4 5 图3 19 工况4 的氨氮处理效果4 6 图3 2 0 工况4 的氨氮去除率4 7 图3 2 1 工况5 的氨氮处理效果4 8 图3 2 2 工况5 的氨氮去除率4 9 图3 2 3 工况6 的氨氮处理效果5 0 图3 2 4 工况6 的氨氮去除率5 1 图3 2 5 间歇投配时的c o d 处理效果”5 2 图3 2 6 间歇投配时的c o d 去除率5 3 7 图3 2 7 间歇投配时的氨氮处理效果 5 4 图3 2 8 间歇投配时的氨氮去除率 5 4 图3 2 9 改变土沙比后的c o d 处理效果5 5 图3 3 0 改变土沙比后的c o d 去除率5 6 图3 31 改变土沙比后的氨氮处理效果58 图3 3 2 改变土沙比后的氨氮处理率5 8 图5 1 设想的中试装置图6 3 8 表格清单 表2 1 氨氮标线数据2 3 表3 1 工况l 的c o d 处理效果2 8 表3 2 工况1 的c o d 去除率2 9 表3 3 工况2 的c o d 处理效果3 0 表3 4 工况2 的c o d 去除率31 表3 5 工况3 的c o d 处理效果3 2 表3 - 6 工况3 的c o d 去除率3 3 表3 7 工况4 的c o d 处理效果3 4 表3 8 工况4 的c o d 去除率3 5 表3 - 9 工况5 的c o d 处理效果3 6 表3 1o 工况5 的c o d 去除率3 7 表3 11 工况6 的c o d 处理效果3 8 表3 1 2 工况6 的c o d 去除率 3 9 表3 1 3 工况1 的氨氮处理效果 4 0 表3 1 4 工况1 的氨氮去除率m 4 1 表3 15 工况2 的氨氮处理效果4 2 表3 1 6 工况2 的氨氮去除率4 3 表3 17 工况3 的氨氮处理效果4 4 表3 18 工况3 的氨氮去除率4 5 表3 19 工况4 的氨氮处理效果4 6 表3 2 0 工况4 的氨氮去除率_ 4 7 表3 。2 1 工况5 的氨氮处理效果4 8 表3 2 2 工况5 的氨氮去除率4 9 表3 。2 3 工况6 的氨氮处理效果5 0 表3 2 4 工况6 的氨氮去除率51 表3 2 5间歇投配时的c o d 处理效果与去除率5 2 表3 2 6间歇投配时的氨氮处理效果与去除率5 3 表3 2 7 改变土沙比后的c o d 处理效果与去除率5 5 表3 2 8 改变土沙比后的氨氮处理效果与去除率5 6 表4 1 以湿干比为控制变量时c o d 去除率与影响因素的相关性分析5 9 表4 2 以负荷率为控制变量时c o d 去除率与影响因素的相关性分析6 0 表4 3 以湿干比为控制变量时氨氮去除率与影响因素的相关性分析6 0 表4 4 以负荷率为控制变量时氨氮去除率与影响因素的相关性分析6 1 9 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据 我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得 金目巴王些太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名： 弓王；车 签字e t 期：护印车毒7学位论文作者签名： ：，土一 车签字期：a 寸7 口华一 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金起王些态堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权金艘 工些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 i 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：乡z；举 j 签字日期：如口午j 7 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮箱： 导师躲堋闺 签字日期： 致谢 本论文是在导师刘因教授和周元祥副教授以及崔康平副教授的悉心指导下 完成的，从论文的选题、构思、撰写直到最后完成，导师都倾注了大量的心血和 智慧，同时，对我的生活给予了充分的关心和帮助。导师渊博的学识、活跃的思 维及平易近人的工作作风给我留下了深刻的印象。导师敬业精神、严谨的治学态 度以及勇于创新的开拓精神始终是我学习的榜样。在此，谨向导师表示最真诚的 谢意! 感谢在实验阶段期间，为我提供实验条件和便利的洪天求教授、李如忠教授、 课题组的周元祥副教授和崔康平副教授! 感谢王忠燕、李功成和曹宇等师兄弟对 我的热心关怀! 感谢曹帆同学、石倩倩同学、张展同学对我的实验帮助! 感谢李 继、丁飞、石国玉师弟对我的协助! 感谢孙刚、洪齐齐、舒坤、武强同学在生活 中给予的支持和帮助! 感谢从本科到研究生学习期间，关心和精心培养我的各位老师和资环学院的 领导，愿他们身体健康，工作顺利! 感谢各位师弟师妹，和他们在一起朝夕相处，给我留下了美好的回忆! 感谢我的父母和家人，正是他们默默无闻的奉献与鼓励，才使我有信心和毅 力顺利完成学业! 最后，向所有关心、帮助和支持我的老师、同学和朋友们表示衷心的感谢! 谢谢你们1 5 作者：汪洋 2 0 1 0 年3 月3 1 日 第一章绪论 1 1 研究目的和意义 水是人类赖以生存并从事各种生产活动、社会赖以发展的不可或缺的 自然资源。随着人口增长经济发展以及人民生活水平的提高人类对水资源 的需求日益增长，已经不仅仅是天然水的内涵了。水资源作为一种战略资 源的同时，也是一种经济资源，并且因为参与到工农业的生产活动中而变 得十分珍贵。【l 】今年的西南五省大旱，直接考验了用水的安全问题，许多 地区因为没有完善的水处理设施而让水资源丧失再利用价值，造成水的 大量浪费，更污染了其它水体，使许多缺水的地区人们的日常生活受极 大影响，部分省份甚至因为缺水而出现“环境难民”，全国用水的安全状 况敲响警钟。 我国多年平均降水总量约为6 2 万亿m 3 。可利用的地表水和地下水 的资源总量约为2 8 万亿r n 3 ，排在巴西、俄罗斯、加拿大、美国、印度 尼西亚之后居世界第6 位。但因人口太多，人均水资源量少于2 5 0 0 m 3 ， 仅为世界人均水平的1 4 ，居世界第1 1 0 位，是世界1 3 个贫水国之一。根 据可持续发展报告称，按照国际上的标准，我国已接近人均拥有水资源量 2 0 0 0 m 3 这个严重缺水状态的边缘。从地区来看全国有18 个省区的3 0 的 国土、6 0 的人口都处于严重缺水的边缘。连人均拥有水资源量10 0 0 m 3 这 样的人类生存的起码需求量都达不到，其中更有1 0 个省区1 1 的国土面 积，有1 3 以上人口严重缺水。而且由于水资源的时空分布不均，开发利 用难度大等特点，许多地区和城市都处于严重缺水状态。目前全国6 7 0 多 座城市中有4 0 0 多座城市都有不同程度缺水，其中严重缺水的有大约3 0 0 多个。全国城市缺水总量达l6 0 0 万m 3 ，年缺水量为6 0 亿m 3 。每年因 缺水或供水不足而受影响的城市人口约4 0 0 0 万，影响工业产值超过2 0 0 0 亿元以上且呈增长之势【2 】 【5 1 ，我国面临着严重的水量危机。与此同时，水 污染却在日益加剧。目前我国无论是地表水还是地下水的水质污染都相当 严重，根据1 9 9 8 年对全国近1 1 万k m 的河流所进行的评价，符合地面水 环境质量标准i i i 类标准的只占2 9 4 ( 河段统计)；符合i i i 类标准的 占3 3 0 属于i v 、v 类标准的占2 0 3 ；超v 类标准的占1 6 9 。如 果将i i i 类标准也作为污染来统计则我国有7 0 6 的地表水资源被污染。 我国地下水水质亦不容乐观。“八五”期间中国水资源的质量评价结果显 示：我国北方省区尤其是海河流域的浅层水或深层水均遭到不同程度的污 染，局部地区和城市的地下水污染状况严重并呈上升趋势。进入2 1 世纪 虽然我国已经加大了环境治理的力度，水质恶化的势头已有所缓和，但从 1 总体上来看，水质恶化的状况并没有从根本上得到控制，并且正由大陆向 海洋、从城市向乡村扩展。如果再不及时采取有效措施，一些城市地区或 流域乃至全国可能发生水质危机。f 6 卜【7 j 目前我国的人均需水量和总需水量均在不断增加，城市污水的排放量 也随之相应地逐年增加。2 0 0 4 年我国污水排放量已达4 8 2 4x1 0 5 m 3 ，其中 工业废水排放量为2 2 1 1 1 0 5 m 3 ，而生活污水排放量为2 6 1 3 x 1 0 5 m 3 ，目前 我国水污染控制的重点已经从先前的工业点源为主，转变到现在的以城市 生活污水为主。据有关部门估计，到2 0 1 0 年，我国城市生活污水排放总 量可达1 0 5 0 1 0 5 m 3 ，其中村镇污水排放量可达2 7 0 x 1 0 5 m 3 。嫡】 目前废水的生物处理方法主要分为两大类：活性污泥法和生物膜法。 【9 】活性污泥法包括了延时曝气、渐减曝气、深井曝气、纯氧曝气、氧化沟 和完全混合曝气、s b r 工艺、a b 法等污水处理工艺。氧化沟的特征是有 机负荷低、对水温、水质水量的变化均有较强的适应性，污泥产率低且基 本己达到稳定的程度，不需再进行消化处理。而s b r 工艺与传统的活性污 泥法相较，有系统组成简单不需设污泥回流设备和二沉池，且s v i 值较低 污泥易于沉淀，一般情况下不产生污泥膨胀的优点。接触氧化法中的吸附 段负荷高，微生物种群在良好的环境条件下增殖速度很快。通过该段对污 染物的去除从而大大减轻了b 段的负荷，而b 段的主要功能是去除有机 污染物。【l o 】生物膜法包括生物滤池、生物转盘、生物接触氧化、和生物流 化床等。生物滤池的发展经历了由低负荷生物滤池到高负荷生物滤池、塔 式生物滤池和最近发展起来的曝气生物滤池四个阶段。高负荷生物滤池和 生物滤塔尽管其水力负荷和生物膜的活性均较高，但不抗冲击负荷且很容 易发生堵塞【1 1 】，而具有截留悬浮物和利用反冲洗的方式更新生物膜解决 堵塞问题的曝气生物滤池则是生物滤池工艺成熟的标志。【l2 j 生物接触氧化 法同时具有活性污泥法和生物膜法的优点，其特点是填料表面布满生物 膜，因丝状菌的大量繁殖而形成了立体结构的生物网，污水在其中通过时 能够非常有效的提高净化效果，同时由于曝气的作用，生物膜保持了较高 的活性，厌氧膜的增生被抑制，可一直保持较高浓度的活性生物量。据有 关报道称每平方米填料表面上的活性生物膜量可达1 2 5 9 。【l 列而生物流化床 具有很高的处理负荷，占地面积小，生物浓度和生物活性等均较高等优势。 传统的废水生物处理方法尽管有很多优点，但同时也存在着一些难以 克服的缺点，主要体现在如下几个方面： ( 1 ) 运行管理复杂。比如活性污泥法启动较慢，且经常出现污泥膨 胀现象。据报道在法国平均有四分之- n 用活性污泥法的污水处理厂中存 在着污泥膨胀问题。【1 4 j 而在国内则高达5 0 。 2 ( 2 ) 基建和运行管理的费用高。按照目前城市污水活性污泥传统技 术的基建标准15 0 0 元( m 3 - d ) 计，建立一个日处理量为1o 万m 3 ( 相当 于中等城市日排污水量) 的常规方法的二级污水处理厂，其污水处理设施 的基建费用约1 5 亿。而年运转费一般约为基建投资的1 0 一2 0 。 如 此的投资强度，普通城市均难以承担一尤其是在处理分散居民点的小流量 生活污水或者少量工业废水时，其处理单位水量时所需的费用会更高。 ( 3 ) 传统的污水二级生化处理法可有效的去除s s 和b o d 等污染 物，但对n 、p 等主要富营养物质的去除率较低( 约3 0 一5 0 ) 。经 处理后的出水一旦排入自然水体，将引起“水体富营养化”等环境问题。 一般来说传统的二级出水仅能用于农业灌溉和工业冷却水。因此从改善生 态环境的这个度来说，城市污水的二级处理只能减轻污染，不能彻底地消 除污染，也不能从根本上使污水完全资源化。且动力消耗较大。 污水的土地处理也是一种生化处理方法，起源于污水的农田灌溉。欧 洲自1 6 世纪始即有记载，而在1 9 世纪初在英国利用土地处理污水及污泥 己盛行。大概到1 9 世纪7 0 年代这种方法传播到美国，并发展了污水农 场来处理“废水。在这些位于城市外围的农场里，人们并不是将充满氮 磷和有机物质的废水直接排入水体，而是将它当作一种可以用来肥田的天 然肥料。而在我国也有人利用人粪尿以及有机肥料等废物施到农田菜地 里，以提高肥力、增加了农业产量的同时也净化环境的优良经验。 早期营建r i ( 快速渗滤) 系统，主要是为了让地表水体免遭直接的污 染。当时并未认识到土壤一含水层系统所具有的潜在的天然净化功能。进 入二十一世纪后，由于工业的迅速发展，城市人口开始膨胀，污水中的各 种化学工业物质的数量与日俱增，人们对于土地处理这种形式简单的污水 处理方法的科学与否产生了怀疑；与此同时由于生化处理技术不断获得突 破，污水的二级生化处理工艺日趋成熟，人们开始把污水处理的重心向传 统的二级生化人工处理系统转移。1 1 5 】但是由于生物膜法和活性污泥法等常 规的二级生物处理方法均存在难以克服的缺点，近些年来污水的土地处理 系统作为“代用技术 在国内外均得到复兴和发展，世界上的许多国家目 前都在积极研究和大力推广城市污水的土地处理与利用，来代替三级处 理。然而土地处理在具有基建省、能耗小和处理成本低等优点的同时，但 同时也具有占地面积大、场地条件要求高和受气候条件影响等缺点，从而 使其应用受到很大限制。 人工快速渗滤( 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 n ，简称c r i )系统作 为土地处理的一种类型，克服了传统快渗系统水力负荷低的缺点，保留 了其设备简单、投资少、能耗低和出水水质好等优点。它是指有控制地 将污水投放于人工构筑的渗滤介质的表面，使其在向下渗透的过程中经 3 历不同的物理、化学和生物作用，最终达到净化污水的过程。它是在传 统的污水快速渗滤土地处理系统( r a p i di n f i l t r a t i o n ，简称r i )的基础 上发展起来的，其核心是采用渗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，从而大大提高了水力负荷。 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，使渗池淹没，而后停止投放，使渗池表面暴露于大气，经历干燥和 氧化作用。这一方面可以防止由于生物的生长和悬浮物沉淀所造成的渗 滤池表层孔隙的过度堵塞，有效地恢复系统的渗透性能，另一方面可在 系统内部的浅层剖面上交替形成氧化还原环境，从而使系统具有独特的 净化污染物功能。 c r i 系统去除污染物的机理迄今尚未完全清楚，但普遍认为它是在过 滤截留、吸附和生物降解的协同作用下去除污染物的。系统以人工配制的 人工土壤作为滤料，改变了土壤的组成和土壤本身的水力条件， 通过物 理、化学和生物化学等作用使污水得到净化，可以获得较高的水力负荷 率和处理效率。l i 叫 系统的水力负荷高，占地面积小。不需建二沉池，不用曝气，不受场 地条件限制。可以埋于地下运行，受气候条件影响相对较少，在北方比较 寒冷的地区，更加能够突出c r i 系统的实用性。系统还可以根据不同污染 物和进水的浓度或出水水质的要求，随时调整设计参数，非常灵活。、c r i 系统以其低投资、低能耗、操作管理方便以及净化效果良好而受到重视。 虽然目前在许多方面还有待于进一步研究，但是随着水体生态环境建设的 进步加强，可以实现污水无害化、资源化的c r i 技术将成为解决我国水 资源危机的重要技术途径。 1 2 国外研究概况 从2 0 世纪8 0 年代开始，污水土地处理系统作为“革新替代技术”在国 外得到复兴和发展，在美国，美国环保局在1 9 81 年和19 8 4 年出版了城 市污水土地处理工艺设计指南及其续补本，对城市污水土地处理技术的 推广起到了关键作用，据统计，在19 81 年，美国的c r i 系统就达到3 2 0 个，到19 8 7 年进一步发展到10 0 0 多个。各种不同形式的污水土地处理系 统总数达到了3 4 0 0 多个，占全部污水处理系统的10 - 2 0 。在丹麦，对 处理相当于2 0 1 0 0 0 人口所产生的沙滤系统调查了5 0 个，结果发现这些 砂滤系统都建设在上世纪8 0 年代，调查还辨明，从19 8 6 年到19 9 0 年， 砂滤系统以每年7 个的速度增加。在以色列，几乎所有经过一二级处理的 污水都进入土地处理系统，经过一定距离后取出回用。这种水除了直接 作为饮用水水源需要进一步处理以外，可广泛应用于工农业的各个领 4 域。在荷兰的阿姆斯特丹市，一个利用莱茵河水作为供水水源的预处理 程序为，把莱茵河水送到沙丘渗滤池内，经过地下8 0 m 的渗流距离和9 0 d 的水力停留时间后，再经取水管进入水厂。其监测结果表明，通过地下 含水层渗滤，不仅s s 得以去除，河水中的有机物也下降了8 0 以上。除 此之外，其它国家也有很大的发展，前苏联甚至在其国家污水设计规范 中特别规定，中小城市一般不采取人工生物处理方法，鼓励污水土地处 理系统的发展。【l 7 j c a s t i l l o 1 8 】等人利用间歇土壤渗滤( i n t e r m i t t e n ts o i lp e r c o l a t i o n ) 来处 理氧化塘出水，提高了水质并将其回用于农业。该研究采用了充填不同 的当地土壤( 石灰，砾石和沙) 、以不同的厚度构建模拟土柱进行试验， 各土柱根据填料性质的不同，而在不同湿于比、不同渗透速率下进行实验。 出水的优劣分别用卫生学指标( 粪便大肠菌、大肠杆菌以及沙门氏菌、m s 2 噬菌体、原生动物) 、物化指标( t o c 、c o d 、b o d 5 和氮) 以及水力学指 标等进行综合评价。研究结果表明，用间歇土壤渗滤法处理氧化塘出水效 果良好，而随后进行的中试效果更佳，可达到世界卫生组织规定的农业回 用a 级标准，无需消毒即可用于非限制性的灌溉。 m a k n i 1 9 】用渗滤法深度来处理二级出水，主要研究了细菌( 以总细菌 数、粪便大肠菌和链球菌作为指标) 的去除效果与水力负荷和温度之间的 关系。试验采用的滤床有1 5 m 厚，分别装填粒径o 2 7 r a m 和0 5 3 m m 的沙 子，运行方式为五天渗滤，两天落干。研究结果表明，系统的处理效果良 好，出水可直接用于非限制性灌溉。 s a b b a h 2 0 】等对用间歇渗滤( i n t e r m i t t e n ts a n df i l t r a t i o n ) 系统处理兼性 塘出水，研究了系统的运行参数，包括日渗滤次数，水力负荷等。并研究 了滤池的运行参数和运行效果之间的关系，。 y u k s e l 【2 1 】等对进水分别进行预臭氧化和普通曝气氧化的后直接进行过 滤的处理效果进行了研究，主要的考察指标为有浊度、水头压损失和颗粒 物( p a r t i c l ec o u n t ) 。研究结果表明，在不加絮凝剂情况下，预臭氧化出水 水质略优于曝气氧化。而在预臭氧化的过程中又分为两类：一类是在进入直 接过滤环节前加臭氧，另一类则是在臭氧化和进入直接过滤环节之间直接 存在一定时间间隔。试验结果表明，随着臭氧化的进行，水头压先是逐渐 减小，而随着时间推移，水头压又慢慢升高。 a n d e r s e n 2 2 】等采用双层滤料( 硅石+ 杏核壳、硅石+ 无烟煤) 构建渗滤 系统，对处理污水的效果以及滤料本身在反冲洗时产生的膨胀效应进行了 研究。研究结果表明，硅石+ 杏核壳柱相对于硅石+ 无烟煤柱在浊度的去除 效果上稍好。而在反冲洗时杏核壳柱分层良好，并没有明显的混合现象。 5 c o o p e r 和i s r a e l 【2 3 】分别对砂滤系统处理化粪池出水可能引起的堵塞 问题进行了研究，实验结果表明，水温对堵塞过程影响很大，而温度低水 力传导差，并且易堵塞。结论认为造成堵塞的最大因素是沙孔隙中过高的 细菌浓度。而悬浮物尤其是纤维状物质的沉积加速了堵塞的过程。使用双 氧水去除堵塞可能只有暂时的效果，且过后会使出水水质下降。 s c h w a g e ra 和b o l l e rm 通过研究发现只要缩短h l c ，c r i 系统对氨氮 的去除效果就有了明显改善，研究认为原因主要有：缩短h l c ，可以提 高c r i 系统的复氧效率，加大了系统的复氧量，因此有利于有机污染物的 好氧生物降解以及硝化作用的进行【2 4 2 5 】；在相同的水力负荷条件下， 缩短h l c ，增加单位时间内污水投配次数并减少了每次投配的污水水量， 有效避免了介质吸附达饱和以及产生污染物穿透的可能性，可以保证系统 具有稳定的出水水质【26 1 。 l a t v a l a 发现采用活性污泥进行微生物接种就可以大大缩短c r i 系统 运行至稳定所需的时间，系统试运行2 0 多天就己达到了稳定；而采用传 统的自然培养法对c r i 系统进行微生物培养，则系统运行至稳定需要近3 个月时间。m i k a e l 更认为如果在寒冷地区，系统至少需要4 至6 个月时间 试运行才能稳定1 27 。2 8 】。 a n t o n i o u 发现当渗池中有丰富的微生物，同时渗滤介质中又恰好有足 够的碱度来缓冲整个反应过程中p h 值的下降时，将十分有利于硝化作 用的顺利进行。l 2 9 j 近些年来，国外的地埋式砂滤系统的发展日新月异。【3 3 2 j 尽管地理式 砂滤系统与c r i 很类似，但因为其水力负荷较低( 一般小于o 2m d ，) 一般不能称为c r i 。在我国，c r i 系统的研究还处于起步阶段，在许多 方面有待于深入研究。p 纠 1 3 国内研究概况 我国政府自从2 0 世纪8 0 年代初就确立了根据我国国情和各地区的自 然和社会经济状况，积极实行人工处理的自然处理并行的技术政策p 4 。 在吸收和改进发达国家传统的污水人工土地处理技术的同时，积极推行代 替二级处理的土地处理、稳定塘等自然处理技术【3 引。土地处理技术经过“七 五 、“八五”联合科技攻关，实现了从小试、中试到实用规模的试验、示 范研究【36 1 ，确定了完整的技术分类系统，明确了各种类型的工艺特征、技 术要点和工程参数，为在我国推行这一技术奠定了坚实的基础p 。 崔理华等【3 8 】采用模拟滤床土柱试验来研究城市污水的人工土快滤处 理法的进水水质条件，研究结果表明，进入滤床污水的s s 允许浓度为 6 0 8 0 m g l ，人工滤床的b o d 5 降解过程基本上符合一级反应动力学规律， 6 系统具有较强的好氧处理能力，但是冬季要求进水b o d 5 在1 8 0m g l 以 下，而整个处理系统进水b o d 5 浓度要求在2 5 0 5 0 0 m g l 以下。同时滤床 对进水c o d 浓度要求范围为2 0 0 3 0 0 m g l ，而整个处理系统对进水c o d 浓度要求在4 0 0 7 0 0 m g l 以下。另外，崔理华等【39 j 还在成都进行了城市污 水的人工快滤床与水生植物复合处理系统的研究。在滤床表面直接种植了 水花生、紫云英等植物。试验结果表明，在连续配水8 h ，停灌落干6 4 h ， 湿干比1 ：8 的条件下。该系统的处理效果良好，在各个季节的渗滤速率和 水力负荷率分别为：春季0 4 4 2 c m m i n 和6 7 9 m ，夏季0 4 0 5 c m m i n 和6 2 1 r n ， 秋季0 5 4 6 c m m i n 和8 3 8 m ，冬季0 4 6 9 c m m i n 和7 3 9 m ，系统的年水力负 荷率和渗滤速率分别为2 8 8 m 和0 4 6 9 c m m i n 。人工快滤床的c o d 、b o d 和s s 年有机负荷分别达到5 7 2k g ( m 2 a ) ， 2 6 6k g ( m l a ) 和1 9 5k g ( m 2 a ) 。研究发现人工土快滤床上种植水生植物能提高其对污染物的去除 效率，并且提高d o 含量。但由于植物根系直接在快滤床的表面生长及其 死亡的根系残留于人工土快滤床中，非常影响系统的水力传导性能，从而 影响到人工土快滤床的水力负荷的问题仍未能解决。 邹伟国等【4 0 j 对c r i 系统处理污水中的c o d ，氨氮、浊度和亚硝酸盐 的效果和反冲洗可能对滤池的影响进行了实验研究。在研究系统对c o d 的去除时，同时考虑了滤料、水温及臭氧预处理等各种因素的影响；在研 究系统对氨氮去除的同时考虑了温度、进水氨氮浓度和h r t 的影响。研究 结果表明。c r i 系统对有机物、氨氮、锰等污染物均具有比较好的处理效 果，适合用来处理微污染原水。滤料的介质对滤池的生物作用有非常重要 的影响，试验结果表明，采用活性炭+ 砂的双层滤料滤池处理效果最好， 虽然常规砂滤池也具有一定的处理效果，但在挂膜及处理效果上相对于其 它滤料更容易受到原水水质、温度、d o 、h r t 以及滤速等因素的影响。 c r i 池在进行生物作用的同时仍能够保证出水浊度的要求。 牟新民等【4 1 】对c r i 系统处理深圳市茅洲河河水的效果进行了相关研 究，该实验主要考虑了渗滤介质的性质以及系统对进水水质的要求。研究 结果表明，c r i 系统对茅洲河水具有比较好的污染物去除效果，经系统处 理后，出水的氨氮、c o d c ，、b o d 5 和l a s 均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：在保证系统出水水质的 前提条件下，c r i 系统的平均水力负荷不低于1 5 m 天，是传统r i 系统水 力负荷阈值的3 6 倍；但c r i 系统对t n 的去除效果较差，此问题有待于 进一步研究。 齐明亮等【4 2 】对r i 系统的水力负荷进行了研究。通过对三种土样进行 筛分，按粒径分成细砂、中砂和粗砂。分别分析土样的物理性质、测定其 渗透系数以及进行渗透系数影响因素试验。研究表明，土层的渗透系数随 7 着时间呈指数递减，并逐渐达到一个稳定值，该值即为稳定渗透系数，是 快速渗滤系统设计中的重要参数，水力负荷设计的大小取决于土层性质， 细砂的颗粒比较小，给水度小，而持水度大，相应的设计水力负荷就小； 中砂得设计水力负荷中等，粗砂设计水力负荷最大。 胡文容和陈超【4 j 】对新型生物活性滤池的净水效能和相关特性进行了 研究。该研究考虑了反冲洗、滤速( 水力负荷) 以及温度等影响因素对生 物活性滤池的影响。研究结果表明，活性滤料不仅挂膜容易，而且价格便 宜，使用该滤料后，生物活性滤池的处理效果好，运行稳定，操作简便。 影响该滤池性能的主要因素是滤料层高度、反冲洗、滤速、水温等。生物 活性滤料滤池与臭氧预氧化联用的处理工艺对黄河微污染原水处理效果 比较理想。出水浊度 0 3 的日常生活污水和某些食品工业污水的处理。例如，当前 我们国家有一些中型造纸企业正运用此种系统处理法，对造纸厂的污水进 行处理。此外，这种快速渗滤土地的处理方法还将可能会对地下水的环境 造成负面影响。他们在研究中还强调说，快速渗滤土地的方法还会受到气 候等方面的影响( 如气温升降、降水量大小、空气蒸发多少等) ，气温的 影响主要是对系统处理中的微生物的影响。比如，在寒冷的气候条件下， 一些微生物不能很好生长，所以，一般情况下，该系统方法在气温低的情 况下，效果明显不如气温高时的效果。至于降雨量的大小一般影响的是污 水在具体处理中的流速，以致因污水在渗滤土中停时短，而使水质变差。 另外，若降水过多，可导致其淹水期加长，从而打破原有的水力负荷周期。 至于蒸发之影响主要表现在暴露的渗滤水面从而会加大蒸发量，导致某些 污染组分浓度增高，所以我们在分析进水浓度和水量大小均衡时，一定要 充分考虑到蒸发对其影响。同时我们也应看到该系统抗击污染负荷的冲击 力比较强，因而其影响不太大。 此外，何江涛和马振民【4 8 】二位在研究结果中也提出，运用快速渗滤土