污水土壤滲濾技術(shù)研究進(jìn)展

1、關(guān)鍵詞：水資源；滲濾；土壤滲濾；人工快速滲濾中圖分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：，（，；，；，）：，（），：，引言當(dāng)今世界，水資源不足和水污染成為所有國家在政策、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上必須面臨的復(fù)雜問題，是社會(huì)發(fā)展的主要制約因素之一。世紀(jì)年代以來，全球人口急劇增長，工業(yè)發(fā)展迅速。一方面，人類對(duì)水資源的需求的增速加快；另一方面，日益嚴(yán)重的水污染蠶食大量可供消費(fèi)的水資源。水資源利用和保護(hù)任重道遠(yuǎn)，開辟第二水源，回收利用城市污水，能有效提高水的使用率。在東京，城市水回收中心通過三級(jí)水處理廠慢砂過濾回收廢水，氯消毒后用于沖廁。北京也曾基金項(xiàng)目：國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目“受納湖灣污染負(fù)荷有效削減與生態(tài)系統(tǒng)重建技術(shù)研究與工程

2、示范”（）。第一作者簡(jiǎn)介：金丹越，年出生，女，浙江人，工程師，從事湖泊生態(tài)專業(yè)，已發(fā)表文章篇，其中文章篇，參與編寫著作部。通信地址：北京安外大羊坊號(hào)中國環(huán)境科學(xué)研究院湖泊環(huán)境研究中心，：，：。通訊作者：盧少勇，男，年出生，湖南人，副研究員，：，：。收稿日期：，修回日期：。中國農(nóng)學(xué)通報(bào)第卷第期年月土壤是系統(tǒng)中的重要組成部分，對(duì)土壤組成和性質(zhì)的了解非常必要。土壤是復(fù)雜的由固體、液體和氣體三相組成的多相疏松多孔體系。土壤固相包括礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)（），礦物質(zhì)約占土壤固體總重量的以上。土壤液相是指土壤中的水分及其水溶物。土壤氣相指土壤孔隙所存在的多種氣體的混合物。土壤性質(zhì)主要指土壤膠體的性質(zhì)，土壤膠體是指

3、土壤中顆粒直徑小于或小于，具有膠體性質(zhì)的微粒，一般土壤中的粘土礦物和腐殖質(zhì)都具有膠體性質(zhì)。土壤中的許多重要性質(zhì)，如保肥、供肥能力、土壤污染與凈化、酸堿反應(yīng)、緩沖作用，氧化還原反應(yīng)以及其它性質(zhì)都與土壤膠體有關(guān)。因此，以無機(jī)和有機(jī)（含微生物）組成的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，經(jīng)吸附、離子交換、化學(xué)沉淀與生物分解作用，綜合處理污水中各類污染物。土壤滲濾對(duì)水中污染物的去除機(jī)制也叫土壤含水層處理（，），土壤含水層相當(dāng)于包括好氧、厭氧和缺氧環(huán)境的生物反應(yīng)器，污水的硝化反硝化作用及微生物對(duì)磷的過量積累作用均可順利進(jìn)行。污染物經(jīng)過表土層及下包氣帶時(shí)發(fā)生系列的物理（過濾、吸附和沉積）、化學(xué)（吸附、分解、沉淀、離子交換、氧化、

4、還原及其它化學(xué)反應(yīng)）和生物（微生物、植物和動(dòng)物作用）過程的協(xié)同作用，也可分為非生物機(jī)制（物理和化學(xué)作用）和生物機(jī)制（生物作用）。當(dāng)污水通過土壤時(shí)，土壤顆粒截留污水中的懸浮物（）促使微生物快速繁殖，這些微生物又吸附水中的、膠體和溶解態(tài)物質(zhì)，逐漸形成穩(wěn)定的生物膜（主要包括菌膠團(tuán)和大量真菌菌絲），膜上微生物的豐度與污水類型、氣候和土微生物作用，可迅速轉(zhuǎn)化為氨氮（）。一部分為土壤吸附，另一部分通過硝化菌作用，轉(zhuǎn)化為硝氮）。與是農(nóng)作物植物的主要營養(yǎng)物，因此，部分被其根系吸收，剩余部分隨水流向下層，在下層土壤的反硝化菌的作用下生成氮?dú)猓ǎ尫庞诖髿庵?。土壤除效果取決于土壤處理系統(tǒng)的類型與進(jìn)水中的碳氮比（

5、：）。土壤對(duì)污水中的有較強(qiáng)的吸附能力。污水中磷化物（以正磷酸鹽為主）部分被農(nóng)作物植物作為營養(yǎng)物直接吸收，部分與土壤中的鈣鎂鋁離子等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成各種難溶解的磷酸鹽，被固定在土壤中。（）對(duì)可交換的陽離子與金屬離子的作用：可交換的陽離子包括、和，當(dāng)其隨污水進(jìn)入土壤后，通過土壤的離子交換作用而被土壤吸收。但吸收過多的鈉離子，會(huì)使土壤顆粒分散，破壞其滲透性，導(dǎo)致土壤板結(jié)和堿化，毒害農(nóng)作物正常生長。土壤滲濾對(duì)水中污染物的去除效果處理系統(tǒng)對(duì)，總磷（）和大腸桿菌的去除率較高，?？蛇_(dá)，但總氮（）的去除率常只有。地下工藝類型主要可分為標(biāo)準(zhǔn)的地下土壤滲濾溝工藝、地下土壤毛管滲濾溝工藝和復(fù)合工藝種。人工快速滲濾

6、系統(tǒng)定義人工快速滲濾系統(tǒng)（，簡(jiǎn)稱）是指人為將污水投配于人工組配的滲濾介質(zhì)，污水在向下滲流的過程中經(jīng)物理、化學(xué)和生物的協(xié)同作用而被凈化。是基于污水快速滲濾土地處理系統(tǒng)（，簡(jiǎn)稱）發(fā)展起來的，以優(yōu)選（注：化學(xué)需氧量；：生物需氧量；：懸浮物；：氨氮；：十二烷基苯磺酸鈉；：滲濾。由表可見，（）系統(tǒng)對(duì)和具有較好的去除效果，其去除率在以上，處理效果明顯。（）由于進(jìn)水水質(zhì)、污染負(fù)荷、氣候等的差別，造成了的去除效果不同。系統(tǒng)對(duì)、滲濾工藝存在問題和解決措施存在問題滲濾系統(tǒng)處理污水具有凈化效果好、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)和操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，在歐洲各國、美國和日本等已應(yīng)用較多。但隨著土地處理系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的延長，土壤滲透速率將逐漸下降，

7、發(fā)生土壤堵塞，土壤填料堵塞問題在其它土地處理系統(tǒng)如人工濕地中也存在，等指出礫石床系統(tǒng)處理肉類廢水在首年運(yùn)行時(shí)前端發(fā)生堵塞和表面流。應(yīng)用示蹤劑研究了印染污水濕地處理過程中形成的“死區(qū)”，歸因于礫石床底部碎石中的污泥累積。揭示了人工濕地在運(yùn)行首年其前段填料滲透性急劇降低。在年半的運(yùn)行期間，后端的滲透性仍相對(duì)穩(wěn)定，固體顆粒累積帶并未前移。示蹤劑實(shí)時(shí)檢測(cè)試驗(yàn)顯示平均水力停留時(shí)間比理論值減少。等指出在礫石床濕地的前段，凝膠體的累積將床體填料空隙率約減少，的累積固體顆粒為無機(jī)物。填料粒徑分布對(duì)空隙大小和水容量有決定性的影響，它是影響土壤堵塞的主要因素之一。粒徑大小對(duì)土壤堵塞的恢復(fù)也很重要。發(fā)現(xiàn)粗砂填料含氧

8、量恢復(fù)到起始水平比細(xì)砂要快的多。土壤的顆粒分級(jí)狀況也是土壤堵塞與否的重要影響因素。顆粒粒徑較大的壤性土和砂性土的孔隙率較大，而污水中的、化學(xué)反應(yīng)沉淀物、微生物代謝產(chǎn)物等在土壤中積累而造成的孔隙減小過程較緩慢；對(duì)于粘土粒子含量高、有效孔隙率小的土壤，上述物質(zhì)在土壤顆粒表面的聚集非?？欤纱藭?huì)導(dǎo)致土壤滲透速率迅速下降。石灰石礫石層分解的鈣和廢水中的硅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生無機(jī)凝膠體，造成土壤堵塞；另外，在較低值下，的沉積也易造成土壤堵塞。適度的土壤孔隙堵塞能擴(kuò)大土地處理系統(tǒng)內(nèi)部的非飽和流動(dòng)區(qū)域，提高處理效果，但過度的堵塞將使污水難以通過土壤層，從而降低系統(tǒng)的水力負(fù)荷和有效容積。因此，對(duì)土壤堵塞的預(yù)防

9、與控制是維持土地處理工藝長效運(yùn)行的關(guān)鍵。解決措施土壤堵塞過程分三個(gè)階段：滲濾速率接近運(yùn)行初期水平，但呈下降趨勢(shì)；滲濾速率緩慢且穩(wěn)定下降；填料表面從間歇積水至持續(xù)積水。預(yù)防土壤堵塞可采取如下措施。（）建設(shè)預(yù)沉池。引發(fā)的堵塞過程較迅速且通常無法恢復(fù)，因此，在系統(tǒng)中應(yīng)著重避免這種堵塞。土壤的堵塞受來水中的組成的影響。認(rèn)為若欲處理的二級(jí)處理出水的，會(huì)造成嚴(yán)重的堵塞現(xiàn)象；而等認(rèn)為，若欲處理的一級(jí)處理出水的為（以可降解有機(jī)物為主）也不會(huì)造成明顯的土壤堵塞，可見對(duì)土壤的堵塞問題，除考慮的含量之外還應(yīng)考慮其組成，無機(jī)質(zhì)含量較多的更易造成土壤孔隙的堵塞。邵堅(jiān)等也認(rèn)為懸浮物的截留和吸附是造成系統(tǒng)堵塞的主要原因，因

10、中國農(nóng)學(xué)通報(bào)第卷第期年月逐漸導(dǎo)致堵塞。而采用間歇投配污水（即落干和淹水交替運(yùn)行），則系統(tǒng)能保證土壤處于一定的好氧狀態(tài)，避免胞外聚合物的過度積累，防止造成土壤堵塞，土壤凈化系統(tǒng)滲濾性能的恢復(fù)時(shí)間的長短取決于氣候條件，冬季是最關(guān)鍵季節(jié)，也與處理負(fù)荷有關(guān)，。常見的落干淹水比為，這種運(yùn)行方式已在美國、日本得到了廣泛應(yīng)用。采用這種方式有嚴(yán)格的生物篩選和高效的預(yù)處理系統(tǒng)。（）曝氣充氧。厭氧狀態(tài)是引發(fā)土壤中胞外聚合物積累的重要因素，因此對(duì)污水進(jìn)行曝氣充氧可一定程度上預(yù)防土壤堵塞，在散水管周圍供空氣可有效提高污水中的值，維持土壤中的好氧狀態(tài)和微生物的分解作用，繼而防止土壤中胞外聚合物的蓄積，日本已有這方面的研

11、究和應(yīng)用。（）施用溶菌劑或微生物抑制劑。施用溶菌劑或微生物抑制劑可抑制微生物的活性和殺死微生物，防止土壤堵塞，。土地處理工藝主要依靠微生物的新陳代謝活動(dòng)去除污染物質(zhì)（尤其是），宜采用不損害土壤微生物生存環(huán)境的措施來恢復(fù)土壤的水力傳導(dǎo)能力，因此，采用抑制微生物或殺死微生物的微生物的土壤堵塞防治措施的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值不大。（）其它措施。等發(fā)現(xiàn)用雀麥草（）、本土植被（）及草莓三葉草（）為土壤遮蓋作物不僅能降低的地表土壤強(qiáng)度，且將滲濾效率和累積攝入水量分別提高及，在一定程度上緩解了土壤堵塞。結(jié)論滲濾工藝為新型的水處理技術(shù)，克服了傳統(tǒng)系統(tǒng)水力負(fù)荷低的缺點(diǎn)，具有凈化效果良好、設(shè)備簡(jiǎn)參考文獻(xiàn)陳英旭環(huán)境學(xué)北京：中

12、國環(huán)境科學(xué)出版社，：田寧寧，楊麗萍，彭應(yīng)登土壤毛細(xì)管滲濾處理生活污水中國給水排水，（）：蔣展鵬環(huán)境工程學(xué)北京：高等教育出版社，：戴樹桂環(huán)境化學(xué)北京：高等教育出版社，：皮運(yùn)正，吳天寶，陳維芳土壤含水層處理去除可吸附有機(jī)鹵化物的試驗(yàn)研究重慶環(huán)境科學(xué)，（）：，：孫剛，許昭怡，李偉華，等地下土壤滲濾法凈化生活污水研究進(jìn)展土壤，（）：，：，：，：，（）：高拯民，李憲法，王紹堂，等城市污水土地處理利用設(shè)計(jì)手冊(cè)北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，：張金炳，陳鴻漢，鐘佐燊，等人工快速滲濾復(fù)合系統(tǒng)處理洗滌污水的試驗(yàn)研究水文地質(zhì)與工程地質(zhì)，（）：張金炳污水處理人工快速滲濾系統(tǒng)研究學(xué)位論文北京：中國地質(zhì)大學(xué)，：何江濤，鐘佐燊，湯鳴皋，等人工構(gòu)建快速滲濾污水處理系統(tǒng)的試驗(yàn)研究中國環(huán)境科學(xué)，（）：張金炳，陳鴻漢，鐘佐燊，等人工快速滲濾復(fù)合系統(tǒng)處理洗浴污水的試驗(yàn)研究水文地質(zhì)工程地質(zhì)，（）：張金炳，湯鳴皋，陳鴻漢，等人工快滲系統(tǒng)處理洗浴污水的試驗(yàn)研究巖石礦物學(xué)志，（）：牟新民，黃培鴻，張金炳，等人工快速滲濾系統(tǒng)處理深圳市茅洲河水的試驗(yàn)研究應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)，（）：張金炳，黃培鴻，楊小毛，等東莞華興電器廠生活污水人工快