污水土地处理技术介绍

　　污水土地处理技术介绍

　　一、污水土地处理概述

　　污水土地处理是指将预处理后的污水以一种经济有效的方式，有控制地投配于土壤，利用土壤微生物与植物系统共存体系陆地生态系统的自我调控机制对污染物进行综合利用和净化，使水质得到不同程度改善，实现废水资源化与无害化的常年性生态系统工程。

　　目前，污水土地处理系统不仅可用于市政污水的治理，还用于治理垃圾渗滤液、食品加工业废水、肉类加工废水、食用油厂废水、农灌排水和被污染的地下水等。

　　现代意义上的土地处理技术以污水的处理和利用为前提，注重环境和生态效应。它以下列四个特征从本质上有别于污水灌溉：

　　① 要求污水在进入土壤－植物系统之前，必须经过适当的预处理，并严格控制水质和水量；

　　② 对投配污水的土地处理场的土壤、地质、水文等场地条件及污水应用方式有相应的要求；

　　③ 要求污水土地处理系统在生态结构与净化功能之间能有效配合；

　　④ 要求有相应的缓冲、调控措施及进出水水质监测系统，能对水力负荷进行有效调节控制和管理，有一定的贮存单元或相当措施，保证污水终年处理。

　　土地处理工艺近年来得以迅速发展，原因由于：

　　① 世界范围内，大中城市的污水已经得到一定程度的处理和控制，零散分布的小流量集中污水治理问题进入人们的视野；

　　② 对居住人数不足10000人的居住区，采用常规处理工艺的基建投资大、操作和维护费用高、能耗也高，而土地处理工艺设备简单，操作管理方便，能耗低，且不存在污泥处置的问题，是处理分散的居民聚居区生活污水的理想技术；

　　③ 常规污水处理厂可有效去除SS和有机物等，但对N、P等营养物质的去除率较低（30%~50%），经处理后的出水排入自然水体可能引起“富营养化”等环境问题，土地处理法是将污水厂出水回用或回灌的经济合理的形式；

　　④ 常规处理工艺操作复杂，对管理水平要求高，如活性污泥法启动慢，且易出现污泥膨胀等问题，大量采用常规处理技术的小型污水处理厂“建得起，用不起”的现象促使人们重新认识对小规模污水处理的实际需求。

　　二、土地处理技术的类别及工艺特征

　　根据水力途径的不同，土地处理系统可分为慢速渗滤、快速渗滤和地表漫流三种类型。

　　① 慢速渗滤系统（Slow Rate Process，简称SR系统）

　　SR系统适用于渗水性能中等或渗水性能稍高的土壤，土层表面种植物，处理过程发生在土壤表面及作物的根部区域，大部分污水被植物根部吸收，剩下的污水一部分进入地下水或通过土壤内的优势流、边壁流等进入就近的地表水体，也可通过设计的暗渠或井采集而回用。

　　SR系统的主要目的：1）处理污水；2）通过利用污水及其中的营养物，收割作物，获得经济上的回报；3）在干旱区，通过灌溉涵养水体，形成饮用水源；4）通过种植形成一定的开敞空间或绿带，以调节环境和气候。

　　② 快速渗滤系统（Rapid Infiltration Process，简称RI系统）

　　RI系统是将污水投配到由不透水层围合而成、内填高渗透性土壤的渗池中，土层表面对栽培植物没有要求。采用表面间歇布水方式，污水被均匀投配到土地表面并很快渗滤地下。系统主要的水力途径是通过非饱合带的渗流进入收水暗渠及集水井，或直接补给地下水。

　　RI系统的主要目的是污水处理，当然系统的运行也能达到其它目的，如：1）回灌地下水或补充就近的地表水体；2）干旱地区用于污水的再生或回用；3）将污水季节性地存放于快渗池下部，以利干旱季节的农灌。

　　③ 地表漫流系统（Overland Flow Process，简称OF系统）

　　OF系统适用于透水性较差的粘土和亚粘土，污水借喷灌或浸灌等方式有控制地投配在土地表面，使之形成薄层漫流通过地表，流入下游集水渠直至就近的水体。地面上种植耐水植物供微生物栖息并防止土壤流失，净化机理类似滴滤池等生物膜附着生长的系统。

　　地表漫流系统兼有处理污水与生长植物的双重功能。实际上，天然或人工湿地就是OF系统的一种特殊形式。

　　不同工艺类型污水土地处理系统的技术指标比较见表1。

　　表1  污水土地处理系统不同工艺类型的技术指标

　　设计及管理良好的土地处理系统对城镇污水中的COD、SS、NH₃-N、TN、TP及大肠菌群等污染物有很好的处理效果，能达到国家一级排放标准，表2为不同土地处理方式运行效果的比较。

　　表2  不同类型污水土地处理技术的处理效果

　　目前发达国家常将污水进行一定程度的预处理后，在污水厂就近选址，通过测定所选污水处理或处置地的土壤性质、地面坡度和布局、农作物生长需求、地下水位情况、可用面积大小、当地水源要求等因素，确定采用不同的土地处理技术。

　　三、土地处理工艺的机理概述

　　污水流经土壤得以净化的过程极为复杂，其净化机理是多种作用、多种过程的综合过程。

　　1）土壤的物理作用

　　a）过滤：污水流经土壤，其中的污染物质及悬浮颗粒被土壤团聚颗粒间的孔隙所截滤，污水得到净化。影响土壤物理过滤效果的因素有：团聚颗粒的大小、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。

　　b）沉淀：污水中的杂质在土壤团聚颗粒表面上沉淀去除，土层本身相当于一个有巨大比表面积的沉淀池。

　　c）吸附：在非极性分子间范德华力的作用下，土壤中粘粒能够吸附土壤溶液中的中性分子；污水中的部分重金属离子可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晶格中；土壤中的粘粒、腐殖质和矿物质具有强烈的吸附活性，能吸附污水中多种溶解性污染物。

　　2）土壤的化学作用

　　土壤层是一个能容纳各种物质和催化剂的化学反应器，并始终保持动态平衡。当污水进入土壤层，污染物导致土层中的平衡体系被破坏，则土层内必相应发生一系列的氧化还原、吸附、离子交换、络合等反应，使进入的污染物质或被氧化、还原，或被吸附、吸收，或变为难溶性的沉淀等，以重新建立新的平衡，在这一过程中，污水得以净化。例如金属离子可与土壤中的无机和有机胶体颗粒生成螯合化合物；有机物与无机物的复合化而生成复合物；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，从而沉积于土壤中。

　　3）土壤的物理化学作用

　　土壤中的粘土、腐殖质构成了复杂的胶体颗粒体系，而各种污染物大多也以胶体状态稳定存在于污水中。当污水进入土层，原来两种各自独立的体系便构成新的胶体体系。由于电解质平衡体系的破坏和土壤层中腐殖质等高分子物质的不饱和特性，导致在新的体系中发生一系列的胶体颗粒的脱稳、凝聚、絮凝和相互吸附等物理化学过程，从而使污水得以净化。

　　4）土壤的生物作用

　　在土壤环境中生长着大量的细菌、真菌、酵母菌、原生动物、后生动物、腔肠动物、各种昆虫等，并存在一个丰富的土壤微生物酶系。污水中的有机质及氮和磷等营养素在这个生态系统中，通过微生物的降解和吸收，部分营养物质转化为有机质贮存在生物体内，从而与水分离。

　　上述各种机理中，土壤的生物作用是最重要的。

　　影响土壤除污性能的主要因素包括：土壤的质地和组成；土壤的孔性和结构性；土壤温度；土壤含水量；土壤通气量；土壤的胶体特性及吸附性；土壤溶液的pH值；土壤的氧化还原特征：微生物的数量及多样性等。