人工快速滲濾系去除生活污水氨氮的機(jī)理研究

第一部分前言第一章緒論1.1水資源與水污染水資源水是生命的起源，是人類和其他生物賴以生存不可缺少的物質(zhì)，是發(fā)展工業(yè)的重要條件和農(nóng)業(yè)的命脈。全球水的總量為1.4×1018m3，淡水只占0.7%，約1.0×1016m3。而就是這么多淡水，也只有其中的1%存在于地球表面的河、湖、池塘等。其余的作為地下水隱藏在地表下面。因此，水資源相當(dāng)寶貴。聯(lián)合國(guó)早在1977年就向全世界發(fā)出警告：“水不足將成為一項(xiàng)嚴(yán)重的社會(huì)危機(jī)”。在世界上的一些地區(qū)，如中東地區(qū)和南非，水貴如油，而我國(guó)也是世界上13個(gè)貧水國(guó)家之一，人均水量?jī)H為世界人均水平的四分之一，居世界149個(gè)國(guó)家的110位。目前，在全國(guó)600多座建制市中，有400座城市缺水，其中缺水嚴(yán)重的城市達(dá)130多個(gè)。全國(guó)城市每年缺水60億立方米，日缺水量已超過1600萬立方米[6]。總之，水資源短缺已成為當(dāng)今世界最重大的資源環(huán)境問題，而水污染又加劇了這一危機(jī)。水污染由于工業(yè)生產(chǎn)和人類活動(dòng)排放污染物進(jìn)入水體，使水體及底泥的物理、化學(xué)及生化性質(zhì)發(fā)生變化，從而降低了水體的使用價(jià)值，這種現(xiàn)象稱為水體污染。當(dāng)前，世界上大多數(shù)地區(qū)的河流都受到嚴(yán)重的環(huán)境壓力。發(fā)展中國(guó)家95%以上的城市污水未經(jīng)任何處理就排入地表水中[33]，這些水體中攜有過量的污染物質(zhì)和細(xì)菌，對(duì)人類健康構(gòu)成重大的威脅。由于正處于經(jīng)濟(jì)起飛階段，目前我國(guó)是水體污染情況較為嚴(yán)重的國(guó)家。據(jù)水利部資料顯示，全國(guó)日排污水已超過1億t，其中80%以上未經(jīng)任何處理就直接排入水域,經(jīng)過對(duì)532條河流的監(jiān)測(cè)，有436條河流遭受了不同程度的污染[28]。中國(guó)7大河流經(jīng)過的15個(gè)主要大城市的河段中，有13個(gè)河段水質(zhì)污染嚴(yán)重。對(duì)全國(guó)131個(gè)主要湖泊和39座大中型水庫(kù)的調(diào)查，有67個(gè)湖泊，12座水庫(kù)已經(jīng)處于富營(yíng)養(yǎng)化水平。有的城市平均每天產(chǎn)生污水600萬t，擁有二級(jí)深化處理能力的約占10%，然而近一半的處理能力卻因管網(wǎng)未能聯(lián)結(jié)而不能正式運(yùn)轉(zhuǎn)，大量污水未經(jīng)二級(jí)處理便排入江河湖海，污染了環(huán)境[1]。由上述分析可知，全球性水污染問題已對(duì)人類生存和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展構(gòu)成越來越嚴(yán)重的威脅，防治水體的惡化、保護(hù)水資源，走可持續(xù)性發(fā)展的道路已成為人類共同追求的目標(biāo)。1.2我國(guó)污水處理現(xiàn)狀據(jù)建設(shè)部統(tǒng)計(jì)，到2000年底，我國(guó)已建設(shè)的污水處理廠427座，但目前絕大多數(shù)小城鎮(zhèn)尚未建污水處理設(shè)施，全社會(huì)污水處理率只有34.2%。全國(guó)七大水系近一半的河段污染嚴(yán)重，86%的城市河段水質(zhì)超標(biāo)[26]。為盡快扭轉(zhuǎn)水環(huán)境污染嚴(yán)重的局面，必須提高污水處理率，加快城市污水處理廠的建設(shè)和運(yùn)行。按照規(guī)劃，到2010年我國(guó)設(shè)市城市和建制鎮(zhèn)的污水平均處理率不低于50%，設(shè)市城市的污水處理率不低于60%，重點(diǎn)城市的污水處理率不低于70%[27]。這就需要建設(shè)大量的污水處理廠，但是目前我國(guó)城市建設(shè)資金遠(yuǎn)不能滿足這方面的需求。從現(xiàn)有污水廠的資料分析可見，污水處理的工藝形式很大程度上決定了污水處理廠的投資、運(yùn)行費(fèi)用[5]，所以解決問題的途徑之一是采用新的處理工藝和技術(shù)以降低工程造價(jià)節(jié)約資金，此外，保證污水廠有效運(yùn)行，降低污水廠的運(yùn)行費(fèi)用也是十分重要的舉措。因此研究適合中國(guó)國(guó)情的低耗高效的污水處理技術(shù)和工藝正是當(dāng)前城市污水處理技術(shù)研究的重點(diǎn)方向，也是近年來國(guó)際上環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域面向21世紀(jì)的研究熱點(diǎn)之一。1.3污水處理技術(shù)簡(jiǎn)介污水處理技術(shù)可以分為物化處理技術(shù)、生物處理技術(shù)、自然凈化技術(shù)（穩(wěn)定塘和污水土地處理系統(tǒng)）等。下面將著重介紹生物處理技術(shù)和污水土地處理系統(tǒng)。生物處理技術(shù)生物處理技術(shù)可以分為活性污泥法和生物膜法兩大類。下面簡(jiǎn)單介紹有關(guān)工藝。1、活性污泥法活性污泥法的基本原理是利用人工曝氣，使得活性污泥（微生物群體）在曝氣池內(nèi)呈懸浮狀態(tài)與污水充分接觸，利用微生物群體的凝聚、吸附和分解污水中溶解性有機(jī)物的作用，達(dá)到凈化污水的目的?；钚晕勰嗍俏鬯型ㄈ肟諝獾囊欢螘r(shí)間后產(chǎn)生的大量微生物組成的絮凝體，它易于沉淀而與污水分離，并且污水得到澄清。傳統(tǒng)活性污泥法是最早處理污水的工藝，其工藝流程圖如圖1-1。近年來，由于環(huán)境污染的富營(yíng)養(yǎng)化越來越嚴(yán)重，對(duì)氮、磷的去除提出更高的要求，經(jīng)過對(duì)傳統(tǒng)活性污泥法進(jìn)行改造，形成了厭氧-好氧、缺氧-好氧、厭氧-缺氧-好氧等污水水處理工藝等。SBR法處理工藝：污水進(jìn)入污水進(jìn)入格柵初沉池曝氣池二沉池出水回流污泥剩余污泥圖1-1傳統(tǒng)活性污泥法工藝SBR（SequencingBatchReactor,SBR）法是進(jìn)水-排水間歇式活性污泥改進(jìn)型，這種方法的原理與傳統(tǒng)活性污泥法的不同之處在于反應(yīng)過程中廢水濃度梯度大，使微生物總處于飽和-饑餓的交替狀態(tài)，有利于微生物處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，可更加有效地去除有機(jī)物；另一方面，使微生物處于缺氧-好氧交替過程，有效地去除氨氮和磷。另外不同之處表現(xiàn)為：SBR是從時(shí)間順序上實(shí)現(xiàn)推流過程的，而傳統(tǒng)活性污泥法是從空間上按順序進(jìn)行的。SBR反應(yīng)器在污水處理過程中經(jīng)歷5個(gè)階段：進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、出水、閑置[12]。AB法處理工藝：AB法是吸附生物降解法（AdsorpingBiodergradation）的簡(jiǎn)稱，是在常規(guī)活性污泥法和兩段活性污泥法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型污水處理工藝。AB法污水處理工藝分為A段和B段，A段為吸附段，B段為生物氧化段。該工藝根據(jù)微生物生長(zhǎng)繁殖及其基質(zhì)代謝的關(guān)系而確立的，并充分考慮了污水收集、輸送系統(tǒng)中高活性微生物的作用，通常維持A段在極高負(fù)荷下，使微生物處于快速增長(zhǎng)期，以發(fā)揮其對(duì)有機(jī)物的快速吸附作用；而維持B段在低負(fù)荷下運(yùn)行，利用長(zhǎng)世代期微生物的作用，保證出水水質(zhì)。兩段的污泥回流系統(tǒng)分開，保證了處理過程中生物相的穩(wěn)定性。進(jìn)入A段的污水直接由排水管網(wǎng)而來，沒有經(jīng)過初沉池，其中含有大量活性很強(qiáng)的細(xì)菌及微生物群落，并在A段反應(yīng)池不斷繁殖和更新。這樣，污水進(jìn)入A段反應(yīng)池后，其中的懸浮物和有機(jī)物很快被絮凝吸附，獲得較高的SS、BOD5去除率，而且一部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜的難分解的有機(jī)物被降解為易分解的物質(zhì)；A段對(duì)有機(jī)物大量的削減為B段微生物提供了良好的進(jìn)水水質(zhì)條件，處理效果得以提高[13]。工藝流程圖見圖1-2。格柵格柵沉砂池池A段曝氣池中沉池B段曝氣池二沉池進(jìn)水清渣排砂A段回流污泥剩余污泥B段污泥回流剩余污泥出水A段B段圖1-2AB法工藝流程圖2、生物膜法生物膜法是與活性污泥法平行發(fā)展起來的生物處理工藝，是一大類生物處理法的統(tǒng)稱。在生物膜法中，微生物吸附在載體表面生長(zhǎng)而形成膜狀，在污水流經(jīng)載體表面和生物接觸的過程中，污水中有機(jī)污染物即被微生物吸附、穩(wěn)定，最終轉(zhuǎn)化為H2O、CO2、NH3和微生物細(xì)胞物質(zhì)，污水從而得到凈化[10]。生物膜法現(xiàn)有生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化法、微孔膜生物反應(yīng)器，以及生物流化床等。目前常用于城鎮(zhèn)污水處理的有生物濾池和生物接觸氧化法。下面簡(jiǎn)單介紹一下生物接觸氧化法。生物接觸氧化法生物接觸氧化法[8-10]是一種介于活性污泥法與生物濾池之間的生物膜法工藝。接觸氧化池內(nèi)設(shè)有填料，部分微生物以生物膜的形式固著生長(zhǎng)于填料表面，部分則是絮狀懸浮生長(zhǎng)于水中。因此，它兼有活性污泥與生物濾池二者的特點(diǎn)。由于其中濾料及其上生物膜均淹沒于水中所以又被稱為淹沒式生物濾池[11]。生物接觸法中微生物所需的氧氣常通過人工曝氣供給。生物膜生長(zhǎng)至一定厚度后，近填料壁的微生物將由于缺氧而進(jìn)行厭氧代謝，產(chǎn)生的氣體及曝氣形成的沖刷作用會(huì)造成生物膜的脫落，并促進(jìn)新生膜的生長(zhǎng)，形成生物膜的新陳代謝。脫落的生物膜將隨出水流出池外。工藝流程圖見圖1-3。出水出水預(yù)處理厭氧水解池生物接觸氧化池沉淀池進(jìn)水污泥圖1-3生物接觸氧化法的基本流程3、生物處理技術(shù)存在的弊端廢水生物處理方法存在有很多優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在一些難以克服的弊端。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）操作復(fù)雜，難以管理。如活性污泥法啟動(dòng)慢，且經(jīng)常出現(xiàn)污泥膨脹等。據(jù)報(bào)道，在法國(guó)平均有四分之一的應(yīng)用活性污泥法污水處理廠中存在污泥膨脹的問題。生物流化床當(dāng)池體較大時(shí)，如一旦停止運(yùn)行，再啟動(dòng)很困難，運(yùn)行中的水力條件難以控制。（2）基建投資和運(yùn)行管理費(fèi)用高。如按目前城市污水活性污泥傳統(tǒng)技術(shù)的基建標(biāo)準(zhǔn)1500元/（m3·d）計(jì)，建一個(gè)日處理量為10萬方（相當(dāng)于中等城市日排污水量）的常規(guī)二級(jí)污水處理廠，則其污水處理設(shè)施基建費(fèi)約1.5億，年運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)約為基建投資的10%—20%。如此投資強(qiáng)度，普通城市難以承擔(dān)。尤其是當(dāng)處理分散居民點(diǎn)的小流量生活污水或工業(yè)廢水時(shí),其處理單位水量所需的費(fèi)用會(huì)更高。（3）從改善生態(tài)環(huán)境而論，城市污水二級(jí)處理只能減輕污染，不能徹底消除污染，也不能使污水完全資源化。此外，上述廢水生物處理方法一般動(dòng)力消耗較大[29]。污水土地處理系統(tǒng)1、污水土地處理系統(tǒng)的定義污水土地處理系統(tǒng)是運(yùn)用生態(tài)學(xué)原理加工程學(xué)方法而形成的生態(tài)學(xué)污水處理技術(shù)，其實(shí)際上是追求土壤、含水層和植物的“處理”與“利用”兩個(gè)功能的總體實(shí)現(xiàn)。[2]污水土地處理系統(tǒng)可以定義如下：在人工控制條件下將污水投配在土地上，通過土壤—植物系統(tǒng)，進(jìn)行一系列物理的、化學(xué)的、生物的吸附、過濾與凈化作用和自我調(diào)控功能，使污水中可生物降解的污染物得以降解、凈化，其氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和水分得以再利用，使水質(zhì)得到不同程度改善，實(shí)現(xiàn)廢水資源化與無害化的常年性生態(tài)系統(tǒng)工程[25]。2、污水土地處理系統(tǒng)的特征污水土地處理系統(tǒng)是生態(tài)學(xué)污水處理技術(shù)，其生態(tài)學(xué)原理具體體現(xiàn)為對(duì)現(xiàn)代生態(tài)學(xué)的三項(xiàng)基本原則：整體優(yōu)化、循環(huán)再生和區(qū)域分異的充分運(yùn)用[14]。整體優(yōu)化：污水土地處理是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，其中包括點(diǎn)源控制、污水傳輸、預(yù)處理工程、布水工藝、生態(tài)結(jié)構(gòu)配置及再生水的回收等。因此，土地處理系統(tǒng)工程的完整設(shè)計(jì)應(yīng)該是一個(gè)整體優(yōu)化的過程，其最終表現(xiàn)為系統(tǒng)的凈化功能充分發(fā)揮，水、肥資源的有效利用，承接水體不受污染三項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。循環(huán)再生：土地處理作為生態(tài)學(xué)處理方法，實(shí)際上是追求土壤、含水層和植物的“處理”與“利用”兩個(gè)功能的總體實(shí)現(xiàn)。土壤被視為“活的過濾器”作為工程系統(tǒng)進(jìn)行污水處理。污染物在這一系統(tǒng)中通過物理吸附、植物與微生物吸收、降解、揮發(fā)、淋溶、化學(xué)分解和轉(zhuǎn)化等作用，由復(fù)雜的變?yōu)楹?jiǎn)單的、大分子變?yōu)樾》肿?、由植物、微生物不可吸收利用變得可吸收利用，使受污染的水得到凈化，從而進(jìn)行不斷的更新和循環(huán)再生。區(qū)域分異：用于土地處理的場(chǎng)地，具有嚴(yán)格的區(qū)域分異特征。不同的土地處理類型，要求不同的土壤、氣候、地形、地質(zhì)、水文等場(chǎng)地條件，應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地的區(qū)域特征，進(jìn)行有區(qū)別的類型選擇、工藝設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理等。與污水土地處理系統(tǒng)的人工強(qiáng)化生態(tài)工程處理技術(shù)相對(duì)應(yīng)的是其它生物處理技術(shù)所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)[17]：（1）工程簡(jiǎn)單、基建投資少、成本低廉。污水土地處理系統(tǒng)工藝簡(jiǎn)單，不需投加化學(xué)藥品，沒有復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備，其基建大都是土石方工程，所以工程周期短，易于施工，基建費(fèi)用低。（2）管理簡(jiǎn)單方便、節(jié)約能源、運(yùn)行費(fèi)用低。污水土地處理系統(tǒng)由于工程構(gòu)造簡(jiǎn)單，其運(yùn)行維護(hù)也方便，不需投加化學(xué)藥品和復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備，運(yùn)轉(zhuǎn)和維護(hù)費(fèi)用低，可以節(jié)省人力物力。（3）污水凈化屬于自然過程，可實(shí)現(xiàn)污水凈化與綜合利用相結(jié)合。土地處理系統(tǒng)是靠自然環(huán)境的凈化和降解以及水、肥資源的循環(huán)再生和有效利用，從而達(dá)到污水的處理與利用相結(jié)合的目的。不同的污水經(jīng)土地處理后可相應(yīng)作為城市供水水源、雜用水及工農(nóng)業(yè)用水等。3、污水土地處理系統(tǒng)的分類根據(jù)“七五”國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目成果—城市污水土地處理利用設(shè)計(jì)手冊(cè)[31]，污水土地處理系統(tǒng)分為六類：（1）慢速滲濾處理系統(tǒng)（SR）；（2）快速滲濾處理系統(tǒng)（RI）；（3）地表漫流處理系統(tǒng)（OF）;（4）污水濕地處理系統(tǒng)（WL）；（5）地下滲濾土地處理系統(tǒng)（UG）；（6）人工土層快速滲濾處理系統(tǒng)（ARI）。1.4人工快速滲濾系統(tǒng)的介紹人工快速滲濾系統(tǒng)（ConstructedRapidInfiltration，簡(jiǎn)稱CRI）屬于土地處理的一種類型，它是指有控制地將污水投放于人工構(gòu)筑的滲濾介質(zhì)的表面，使其在向下滲透的過程中經(jīng)歷不同的物理、化學(xué)和生物作用，最終達(dá)到污水凈化目標(biāo)的過程。它是在傳統(tǒng)的污水快速滲濾土地處理系統(tǒng)（RapidInfiltration，簡(jiǎn)稱RI）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其核心是采用滲透性能較好的天然河砂、陶粒、煤矸石等為主要滲濾介質(zhì)代替天然土層，從而大大提高了水力負(fù)荷[20]。CRI系統(tǒng)的發(fā)展背景污水快速滲濾土地處理系統(tǒng)（RI）的歷史可以追溯到幾十乃至一百多年以前，如美國(guó)的CalumetRI系統(tǒng)建于1887年，GeorgeLakeRI系統(tǒng)建于1939年，這些系統(tǒng)目前仍在運(yùn)轉(zhuǎn)。早期營(yíng)建RI系統(tǒng)的主要目的是為了避免地表水體遭受直接污染，并未認(rèn)識(shí)到土壤——含水層系統(tǒng)所具有的潛在天然凈化功能[19]。進(jìn)入本世紀(jì)，由于工業(yè)迅速發(fā)展，城市人口膨脹，污水和各種化學(xué)工業(yè)物質(zhì)的數(shù)量與日俱增，而常規(guī)的廢水處理系統(tǒng)的基建投資和運(yùn)行費(fèi)用太高、耗能大、社會(huì)負(fù)擔(dān)重，因此RI系統(tǒng)的作用也重新得到認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)。目前RI系統(tǒng)因其凈化效果好、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作管理方便、基建投資和運(yùn)行管理費(fèi)用低以及處理能耗低等優(yōu)點(diǎn)而逐步得到重視。在我國(guó)，“六五”期間開始對(duì)RI系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用性研究，“七五”、“八五”期間，國(guó)家環(huán)?？偩纸M織了龐大的技術(shù)隊(duì)伍，進(jìn)行了大規(guī)模的污水土地處理技術(shù)聯(lián)合攻關(guān)，分別在北京、天津、沈陽、昆明等地建立了各種污水土地處理形式的示范工程，取得了大量的研究成果及運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，并使這一技術(shù)得到迅速發(fā)展和推廣。但是RI系統(tǒng)同時(shí)也具有水力負(fù)荷低（6~130m/a）、占地面積大等缺點(diǎn)，從而使其在廣泛應(yīng)用，尤其是在土地資源緊缺的我國(guó)中東部地區(qū)的應(yīng)用受到了限制[25]。針對(duì)這一問題，在RI系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展了人工快速滲濾系統(tǒng)（CRI）。CRI系統(tǒng)采用滲透性能較好的天然河砂、陶粒、煤矸石等為主要滲濾介質(zhì)代替天然土層，大大提高了水力負(fù)荷（1~3m/d），是RI的8～61倍，增強(qiáng)了實(shí)用性。CRI系統(tǒng)的組成及運(yùn)行方式CRI系統(tǒng)的組成CRI系統(tǒng)由預(yù)處理系統(tǒng)、布水系統(tǒng)、快滲池（多孔介質(zhì)系統(tǒng)）、集水系統(tǒng)以及清水池組成。1、預(yù)處理系統(tǒng)：預(yù)處理系統(tǒng)的主要功能是降低污水中的SS，以便提高快滲池的滲濾速度，防止堵塞。在CRI系統(tǒng)中，選擇恰當(dāng)?shù)念A(yù)處理程度是十分必要的。預(yù)處理系統(tǒng)是CRI系統(tǒng)的重要組成部分，它可以有效地降低人工快滲的有機(jī)負(fù)荷，提高CRI系統(tǒng)的總處理效率。而預(yù)處理的程度和方式取決于污水水質(zhì)，系統(tǒng)處理出水的去向以及周圍的環(huán)境等因素。用作CRI系統(tǒng)預(yù)處理工藝一般為一級(jí)或強(qiáng)化一級(jí)處理或酸化（水解）工藝等。當(dāng)對(duì)系統(tǒng)出水水質(zhì)要求較高的情況下，CRI系統(tǒng)預(yù)處理可采用二級(jí)處理工藝。2、布水系統(tǒng)和集水系統(tǒng)：布水系統(tǒng)的功能是均勻迅速的使污水布入快滲池；集水系統(tǒng)的功能是將處理過后的水收集排入清水池。3、快滲池：快滲池主要由滲濾介質(zhì)系統(tǒng)構(gòu)成，其中滲濾介質(zhì)系統(tǒng)則由滲透性良好、且具備一定陽離子交換容量、顆粒直徑主要集中在0.25~2mm的天然的河流沖積砂組成。其功能是當(dāng)污水在通過快滲池過程中產(chǎn)生綜合的物理、化學(xué)和生物反應(yīng)使污染物得以去除，其中主要是生物化學(xué)反應(yīng)，使有機(jī)污染物通過生物降解而去除。4、清水池：主要功能是貯存處理過后的水，以供回用。CRI系統(tǒng)的運(yùn)行方式CRI系統(tǒng)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?jié)B池淹沒；而后停止投放，使?jié)B池表面暴露于大氣，經(jīng)歷干燥和氧化作用。淹水、落干往復(fù)循環(huán)，一方面可以防止由于有機(jī)物的生長(zhǎng)和懸浮物沉淀所造成的滲濾池表層孔隙的過度堵塞，有效地恢復(fù)系統(tǒng)的滲透性能，保持穩(wěn)定的處理水量；另一方面可使系統(tǒng)內(nèi)部的淺層剖面上交替形成氧化還原環(huán)境，從而使CRI系統(tǒng)具有獨(dú)特的污染物凈化功能[18]。由于采用間歇性淹水的工作方式，為了保證連續(xù)穩(wěn)定地處理污水，CRI系統(tǒng)中一般含有多個(gè)快滲池，以便輪番淹水。一次淹水和一次落干所構(gòu)成的循環(huán)稱為系統(tǒng)的水力負(fù)荷周期（HydraulicLoadingCycle）。一個(gè)周期內(nèi)淹水時(shí)間（淹水期）與落干時(shí)間（落干期）之比稱為濕干比（Flooding-DryingRatio）。一個(gè)周期內(nèi)的平均入滲水量，即單位時(shí)間單位土地面積上處理的污水量，稱為水力負(fù)荷（HyduaulicLoadingRate）。單位時(shí)間內(nèi)投放于單位土地面積上的污染物質(zhì)量稱為系統(tǒng)的污染物負(fù)荷（PollutantLoadingRate）[15]。水力負(fù)荷和水力負(fù)荷周期是CRI系統(tǒng)的關(guān)鍵性運(yùn)行參數(shù)，直接影響著系統(tǒng)的水力特性的發(fā)揮和凈化效果。CRI系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀污水、受污染地表水土地處理系統(tǒng)研究在西方發(fā)達(dá)國(guó)家是環(huán)境科學(xué)工作者研究的重點(diǎn)課題。從80年代開始，污水土地處理作為“革新一替代技術(shù)”在國(guó)外得到復(fù)興和發(fā)展，世界上許多國(guó)家都在積極研究和大力推廣城市污水土地處理與利用。如在美國(guó)，快速滲濾（RapidInfiltration，簡(jiǎn)稱RI系統(tǒng)）土地處理場(chǎng)地于1981年達(dá)320個(gè)，1987年進(jìn)一步發(fā)展到1000多個(gè)，各種不同形式的污水土地處理系統(tǒng)的總數(shù)高達(dá)3400余個(gè)，占全部污水處理系統(tǒng)的10%~20%。美國(guó)環(huán)保局于1981年和1984年正式出版了《城市污水土地處理工藝設(shè)計(jì)指南》（USEPA,1981）及其續(xù)補(bǔ)本(USEPA,1984)，有效地促進(jìn)了污水土地處理系統(tǒng)的研究和發(fā)展。在丹麥，對(duì)處理相當(dāng)于20—1000人口所產(chǎn)生的生活污水的砂濾系統(tǒng)調(diào)查了50個(gè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些砂濾系統(tǒng)基本上都建于八十年代。調(diào)查還表明，從1986年—1990年，其砂濾系統(tǒng)的建設(shè)以每年7個(gè)的速度發(fā)展。在以色列，幾乎所有經(jīng)二級(jí)或一級(jí)處理后的污水都進(jìn)入土地處理系統(tǒng)，經(jīng)一定距離后，取出再用，這種水除做飲用水水源要進(jìn)一步處理外，可廣泛用于各種工農(nóng)業(yè)用水[19]。而在我國(guó)，“六五”期間開始對(duì)RI系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用性研究，“七五”、“八五”期間，國(guó)家環(huán)保總局組織了龐大的技術(shù)隊(duì)伍，進(jìn)行了大規(guī)模的污水土地處理技術(shù)聯(lián)合攻關(guān)，分別在北京、天津、沈陽、昆明等地建立了各種污水土地處理形式的示范工程，取得了大量的研究成果及運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，并使這一技術(shù)得到迅速發(fā)展和推廣。由RI系統(tǒng)發(fā)展而來的CRI系統(tǒng)經(jīng)過一定時(shí)期的開發(fā)研究，已經(jīng)進(jìn)行了大量的污水處理試驗(yàn)研究和示范工程研究。如河北涿州現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究、洗浴污水室內(nèi)試驗(yàn)研究、生活污水室內(nèi)試驗(yàn)研究、北京官?gòu)d水庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究、深圳茅洲河現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究、東莞華興污水處理工程、深圳白花洞村污水處理工程和深圳觀瀾高爾夫污水處理工程等。研究結(jié)果表明：用CRI系統(tǒng)處理受污染河水時(shí)，其出水可以達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中的Ⅲ～Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)；處理生活污水可以達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[16][21][22]。目前，CRI系統(tǒng)正以其優(yōu)良的處理效果而受到越來越多的關(guān)注。1.5本研究的出發(fā)點(diǎn)及研究?jī)?nèi)容CRI系統(tǒng)盡管凈化效果優(yōu)良、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作管理方便、基建投資和運(yùn)行管理費(fèi)用低以及處理能耗低等諸多優(yōu)點(diǎn)，但其一直被視為凈化廢水的一個(gè)黑箱系統(tǒng)，其機(jī)理迄今尚未完全清楚，這對(duì)其系統(tǒng)工藝的改進(jìn)和系統(tǒng)在實(shí)踐中的進(jìn)一步應(yīng)用都是一大限制。因此，本項(xiàng)目將就CRI系統(tǒng)對(duì)NH3-N的去除機(jī)理進(jìn)行探討研究，試圖從理論上對(duì)CRI系統(tǒng)進(jìn)行完整解釋。本項(xiàng)研究主要通過對(duì)CRI系統(tǒng)內(nèi)部NH3-N的定性形態(tài)分析和定量測(cè)定與計(jì)算結(jié)果，推導(dǎo)出其在系統(tǒng)內(nèi)部的轉(zhuǎn)化形式和轉(zhuǎn)化過程。具體研究?jī)?nèi)容主要為以下幾個(gè)方面：（1）不同深度處濾料所吸附的N的形態(tài)分布。在運(yùn)行成熟的人工快滲池沿垂直方向從表層至60cm處每隔5cm取一濾料樣品，另在濾池1.0m和1.5m處各取一濾料樣品。分別稱取從各層采集的濾料30g，進(jìn)行淋洗和過濾，測(cè)定過濾液中各種形態(tài)的N的含量，換算成100g濾料上所吸附的各種污染物的量。檢測(cè)指標(biāo)為T-N、NH3-N、NO3-N、NO2-N。（2）研究不同層濾料的吸附性質(zhì)，確定達(dá)到吸附平衡的時(shí)間、吸附等溫線。配制不同濃度的(NH4)2SO4溶液，測(cè)定各層濾料對(duì)不同濃度NH3-N的吸附性能，確定達(dá)到吸附平衡的時(shí)間，計(jì)算出吸附等溫線。檢測(cè)指標(biāo)為T-N、NH3-N。（3）研究濾料中生物量、有機(jī)質(zhì)、陽離子交換容量的含量隨濾層深度的變化曲線。測(cè)定各不同層處濾料生物量、有機(jī)質(zhì)含量和陽離子交換量的含量，做出其隨濾層深度的變化曲線。研究各層處濾料生物量、有機(jī)質(zhì)含量、陽離子交換量含量與其對(duì)NH3-N的去除率間的相關(guān)關(guān)系。確定快滲池的主要反應(yīng)深度，為更合理的設(shè)計(jì)快滲池厚度提供更科學(xué)的設(shè)計(jì)依據(jù)。檢測(cè)指標(biāo)為：生物量、有機(jī)質(zhì)、陽離子交換量（CEC）。（4）研究不同的環(huán)境因素對(duì)濾料吸附效果的影響。取一定濃度的(NH4)2SO4溶液，控制其不同的pH值和溫度，使其與各層濾料充分反應(yīng)，測(cè)定反應(yīng)后溶液中NH3-N的含量，研究不同的pH值和溫度對(duì)濾料吸附性能的影響。檢測(cè)指標(biāo)為：NH3-N。第二部分試驗(yàn)方法及基礎(chǔ)資料第二章人工快速滲濾系統(tǒng)應(yīng)用工程介紹本項(xiàng)目研究所有樣品均采自深圳市寶安區(qū)觀瀾高爾夫球場(chǎng)污水處理工程，該工程主要用于處理受污染的牛湖河河水。牛湖河屬于深圳觀瀾河流域的一個(gè)支流，觀瀾河是深圳飲用水源東江的重要水源。觀瀾河地處深圳市寶安區(qū)，該地區(qū)屬于南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，全年溫暖濕潤(rùn)，光熱充足，日照時(shí)間長(zhǎng)，雨量充沛，年平均氣溫21.4～22.3℃。由于近年來當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，而環(huán)境保護(hù)措施相對(duì)滯后，造成大量工業(yè)廢水、生活污水以及蓄牧業(yè)養(yǎng)殖廢水未經(jīng)處理直接排放，使得觀瀾河流域的水質(zhì)日趨惡化，已經(jīng)不能滿足作為水環(huán)境功能的要求，水資源問題已經(jīng)成為限制深圳市寶安區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素之一。并且牛湖河流經(jīng)深圳觀瀾湖高爾夫球場(chǎng)，而該球場(chǎng)是中國(guó)第一、亞洲規(guī)模最大的高爾夫球場(chǎng)。因此，牛湖河的污染已經(jīng)不僅對(duì)東江水源產(chǎn)生影響，而且也影響到了觀瀾湖高爾夫球場(chǎng)的景觀。為了改善觀瀾河水質(zhì)，保護(hù)東江飲水水源，并使觀瀾湖高爾夫球場(chǎng)內(nèi)的水環(huán)境達(dá)到景觀功能要求，因此在觀瀾河支流牛湖河興建污水處理工程。2.1工程水質(zhì)情況進(jìn)水水質(zhì)水量本工程總設(shè)計(jì)處理河流污水量為10000噸/天，分兩期建設(shè)，每期5000噸/天，本論文所研究的主要是經(jīng)過調(diào)試成功正常運(yùn)行一年的一期工程。進(jìn)水水質(zhì)根據(jù)《深圳市寶安區(qū)2000年枯水期地面水水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果》中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以及2002年4月6日現(xiàn)場(chǎng)采樣，監(jiān)測(cè)結(jié)果見表2-1-1。表2-1-1 2000年和2002年觀瀾河水質(zhì)常規(guī)監(jiān)測(cè)結(jié)果及污水處理工程設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)單位：mg/L(pH值及標(biāo)明除外)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位采樣時(shí)間水溫pHSSBOD5CODcr氨氮總氮總磷竹村2000.6.1225.07.39138.07.1851.44.5118.640.3862000.6.1930.97.3454.017.2537.46.218.590.2232000.10.1128.67.3228.012.2044.691.0116.624.8702000.10.1825.87.1436.045.00114.7217.8623.1012.5102000.1.524.47.27195.046.11188.718.0528.143.872000.1.1224.47.2932960.65310.018.0526.102.71平均26.57.2913031.39124.510.9520.24.09放馬埔2000.6.1225.87.0134.010.2870.24.0457.540.4062000.6.1929.07.3816.012.9114.04.2457.410.4572000.10.1129.67.1480.060.20101.927.5521.281.7542000.10.1825.07.1890.011.1051.628.6817.087.1782000.1.520.77.05103.015.4081.1017.3433.906.082000.1.1221.77.37138.032.52148.918.2431.953.38平均25.37.1976.8323.7477.9610.0219.863.21高爾夫球場(chǎng)進(jìn)水口2002.4.622.87.1472.2—166.021.24—1.985設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)———15050～10050～200253.0設(shè)計(jì)處理要求河流污水處理后出水水質(zhì)的確定，應(yīng)根據(jù)接納水體的功能區(qū)劃分來要求。牛湖河屬于觀瀾河流域，根據(jù)《關(guān)于頒布深圳市地面水環(huán)境功能區(qū)劃的通知》的規(guī)定，觀瀾河流域規(guī)劃功能為飲用水源保護(hù)區(qū)，執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中的=3\*ROMANIII類，在本次治理計(jì)劃達(dá)到=5\*ROMANV類標(biāo)準(zhǔn)要求。結(jié)合目前深度處理一般出水情況，總磷的指標(biāo)適當(dāng)放寬（參照《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中的A標(biāo)準(zhǔn)），具體水質(zhì)指標(biāo)見表2-1-2。表2-1-2 污水排放要求單位：mg/L（pH除外）項(xiàng)目pH值SSBOD5CODNH3-N總磷DB44/26-2001(第二時(shí)段一級(jí))6-9202040100.5GB18918-2002(一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn))6-92020605.01.0GB3838-2002(=3\*ROMANIII類)6-9—4201.00.2GB3838-2002(=5\*ROMANV類)6-9—10402.00.4排放標(biāo)準(zhǔn)6-92010401.01.02.2工藝流程根據(jù)牛湖河污水水質(zhì)和處理要求以及場(chǎng)地實(shí)際情況，本實(shí)際工程的工藝流程設(shè)計(jì)如圖2-1-1：圖2-1-1 牛湖河污水處理工藝流程圖2.3主要設(shè)計(jì)參數(shù)主要構(gòu)筑物工藝參數(shù)（1）沉砂/沉淀池半地下，長(zhǎng)40m、寬9.3m、深3.8m，有效容積930m3，設(shè)計(jì)停留時(shí)間約為4.47h。（2）集水池地下式，位于沉淀池末端；長(zhǎng)5m、寬9.3m、深3.8m，有效容積116.25m3。在此處安裝提升泵三臺(tái)（兩用一備；型號(hào)：SLW200-340B；性能：Q=550m3/h，H=18m，N=45.0Kw）,由于進(jìn)入的水量在每天不同時(shí)段相差很大，因此在集水池中安裝了一套自控裝置。當(dāng)池中水位達(dá)到一定高度時(shí)，自控裝置自動(dòng)開啟提升泵；當(dāng)池中水位低于某一水位時(shí)，自控裝置將自動(dòng)關(guān)閉提升泵。（3）快滲池共設(shè)置四個(gè)尺寸一致的快滲池。單池長(zhǎng)50m、寬15m、深2.3m，其中濾層厚1.5m、集水層厚0.5m、保護(hù)高0.3m。半地埋式。池中濾料選用河流沖積砂加10％大理石砂。該人工快滲系統(tǒng)設(shè)計(jì)水力負(fù)荷為1.67m/d(根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì))。滲濾介質(zhì)此次實(shí)際工程中選用河流沖積砂作為滲濾介質(zhì)，各滲池滲濾介質(zhì)配置如下：90%河流沖積砂+10%大理石砂。加入人工大理石砂的目的：考慮到CRI系統(tǒng)內(nèi)部的硝化反應(yīng)要消耗一定的堿度，而河流沖積砂中的含鈣量很有限，因此為了給硝化反應(yīng)創(chuàng)造良好的環(huán)境，保證出水水質(zhì)，特在各滲池中加入一定量的大理石砂；此外，考慮到在CRI系統(tǒng)中化學(xué)沉淀是去除P的主要機(jī)制，因此加入大理石砂，以期其能和污水中的P形成羥基磷酸鈣，以便沉淀去除。采用篩分法[3]測(cè)定河流沖積砂顆粒組成結(jié)果見表2-1-3、圖2-1-2，滲透系數(shù)為65.57m/d。可見，該滲濾介質(zhì)具有較高的滲透能力,且就地取材，價(jià)格低廉，施工方便，符合CRI系統(tǒng)對(duì)滲濾介質(zhì)的要求。表2-1-3河流沖積砂顆粒組成粒徑(mm)<0.075<0.25<0.5<1<2<20d10D60Cu累積含量（%）1.145.8919.6849.7469.5498.60.324mm1.5254.71粒徑(mm)>20>2>1>0.5>0.25>0.075累積含量（%）1.430.4650.2680.3294.1198.86砂土名稱礫砂（粒徑大于2mm顆粒占砂土總質(zhì)量25?50%）2.4工程的運(yùn)行與污水處理效果工程的運(yùn)行深圳市牛湖河污水處理工程一期于2002年12月初動(dòng)工，2003年3月15日竣工，2003年3月16日至4月25日邊運(yùn)行邊調(diào)試，其中調(diào)試過程中，系統(tǒng)中的微生物培養(yǎng)是采用接種活性污泥法相結(jié)合的方法進(jìn)行的。2003年4月26日，系統(tǒng)進(jìn)入正式運(yùn)行，即集水池的運(yùn)行完全由自控裝置控制運(yùn)行。單個(gè)快滲池的運(yùn)行方式：按短水力負(fù)荷周期運(yùn)行，水力負(fù)荷周期大致為3.5小時(shí)，淹水期為0.5小時(shí)，落干期為3小時(shí)，濕干比為1：6。從2003年3月16日至2003年11月末，工程運(yùn)行8個(gè)多月，在此期間，快滲池大致每隔三個(gè)月就需要對(duì)表層約15cm厚的滲濾介質(zhì)進(jìn)行翻耙，并且晾曬兩天，然后投入運(yùn)行，即可使快滲池的滲濾介質(zhì)的能力得到恢復(fù)。污水處理效果工程運(yùn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果見表2-1-4，結(jié)果表明人工快速滲濾系統(tǒng)對(duì)河流污水具有較好的去除效果，其對(duì)SS、CODcr和NH3-N的平均去除率分別為95.93%、89.2%和98%。表2-1-4牛湖河污水處理工程水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果項(xiàng)目PHCODcrSSNH3-NTP2003年6月6日進(jìn)水7.5410612019.29.15沉淀池出水7.20101101188.52快滲池出水6.561410.533.152003年8月20日進(jìn)水7.1211817623.17.0沉淀池出水7.328912820.36.9快滲池出水6.4714110.73.572003年9月3日進(jìn)水7.1211417619.23.5沉淀池出水7.10103152183.3快滲池出水6.471150.531.332003年10月30日進(jìn)水7.3191102215.25沉淀池出水7.12789018.74.95快滲池出水6.60110.552.622003年11月6日進(jìn)水6.821326221.711.7沉淀池出水7.011145117.810.05快滲池出水6.611010.63.292003年11月26日進(jìn)水6.911146027.16.99快滲池出水6.302320.173.32快滲池出水6.29840.203.24快滲池出水6.341860.263.22

第三章試驗(yàn)研究方法3.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)布點(diǎn)在快滲池中部至一角沿直線方向布設(shè)采樣點(diǎn)三個(gè)，見圖3-1。樣品采集在各采樣點(diǎn)處，用塑料小鏟沿快滲池表層往下至60cm處在鉛垂剖面上每5cm取一份濾料樣品約200g裝入密封袋內(nèi)保存，在快滲池表層往下1.0m、1.5m處也分別取一份濾料樣品約200g裝入密封袋內(nèi)保存。樣品處理采集好的濾料樣品帶回實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，將各點(diǎn)位同一深度處的濾料樣品進(jìn)行充分混合，一部分裝入冰箱后保存，一部分自然風(fēng)干后待測(cè)。3.2試驗(yàn)方法不同深度處濾料所吸附的N的形態(tài)分布測(cè)定方法分別稱取從各層采集的濾料30g，進(jìn)行多次淋洗和過濾，直至淋洗后的過濾液中采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)定總氮幾乎為零為止，測(cè)定過濾液中各種形態(tài)的N的含量，換算成100g濾料上所吸附的各種形態(tài)的氮的含量。不同層次濾料的吸附性能測(cè)定1、確定達(dá)到吸附平衡的時(shí)間量取配制好的15mgL-1的(NH4)2SO4溶液10ml，分別稱取各層濾料樣品30g，使濾料和樣品分別混合振蕩5s、10s、20s、30s、1min、2min、5min，離心分離，測(cè)定上清液中氨的濃度，直至前后兩次上清液中氨的濃度相近，從而尋找到各層濾料對(duì)NH3-N達(dá)到吸附平衡的最佳時(shí)間。2、確定各層濾料的吸附性能曲線、吸附等溫線取各濃度（0，5，10，15，20，25，30mgL-1）的(NH4)2SO4溶液10ml與各層濾料30g混合振蕩達(dá)吸附平衡的時(shí)間，離心分離，測(cè)定上清液中氨的濃度，得出各層濾料對(duì)NH3-N的吸附平衡曲線。濾料性質(zhì)的測(cè)定稱取適量濾料樣品若干，按照標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定方法測(cè)定各層濾料的生物量、有機(jī)質(zhì)含量和陽離子交換量。不同的環(huán)境因素對(duì)濾料吸附效果的影響研究方法1、不同的PH值對(duì)濾料吸附效果的影響配制15mg/L的(NH4)2SO4溶液，采用稀硫酸調(diào)節(jié)其PH值分別為4.0、5.0、6.0，采用稀NaOH調(diào)節(jié)其PH值分別為8.0、9.0、10.0、11.0。分別稱取各層濾料30g于小燒杯中，注入調(diào)好pH值的(NH4)2SO4溶液10ml，使其與濾料充分混合振蕩2min，離心分離，測(cè)定上清液中NH3-N的濃度?？疾楦鞑煌琍H值的溶液對(duì)濾料吸附氨的影響，尋求濾料對(duì)NH3-N吸附的最佳PH值。2、不同溫度對(duì)濾料吸附效果的影響量取配制好的15mg/L的(NH4)2SO4溶液10ml和濾料樣品30g放入生物恒溫箱內(nèi)，分別控制生物恒溫箱內(nèi)的溫度為20℃、15℃、10℃、5℃，將溫度穩(wěn)定后的濾料和溶液充分混合振蕩至達(dá)到吸附平衡的時(shí)間（約5min），離心分離，測(cè)定上清液中NH3-N的濃度?？疾樵诓煌臏囟认聻V料對(duì)NH3-N的吸附效果，尋求CRI系統(tǒng)的最佳反應(yīng)溫度。3.3檢測(cè)項(xiàng)目及分析方法本次研究的檢測(cè)指標(biāo)為T-N、NH3-N、NO2-N、NO3-N、生物量、有機(jī)質(zhì)、陽離子交換容量。檢測(cè)方法分別為：T-N，堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法，GB11894-89NH3-N，靛酚藍(lán)比色法，HY003.4-91NO3-N，紫外分光光度法，HY003.4-91NO2-N，萘乙二胺分光光度法，HY003.4-91生物量，稀釋平板法[34]有機(jī)質(zhì)，油浴外加熱-重鉻酸鉀容量法[34]陽離子交換容量，乙酸銨法[34]。第三部分結(jié)果與討論第四章人工快速滲濾系統(tǒng)內(nèi)部N的形態(tài)分布研究4.1試驗(yàn)結(jié)果對(duì)人工快速滲濾系統(tǒng)滲濾池不同層位的濾料淋洗液測(cè)定和換算后各種N的形態(tài)含量結(jié)果見表4-1。表4-1不同層位的濾料中各形態(tài)N的含量單位：mg/100g濾料采樣點(diǎn)位置T-NNH3-NNO3-NNO2-N有機(jī)氮0-5cm處濾料1.20970.00881.11590.05370.03135-10cm處濾料0.97260.02010.93880.01210.001610-15cm處濾料0.95870.01950.92870.00960.000915-20cm處濾料0.92380.00990.90110.01090.001920-25cm處濾料0.88160.01320.85930.00890.000225-30cm處濾料0.85920.01180.83520.01120.00130-35cm處濾料0.82580.01030.80070.01250.002335-40cm處濾料0.77960.01460.75770.00670.000640-45cm處濾料0.74520.00960.71510.01680.003745-50cm處濾料0.71590.00720.69370.01490.000150-55cm處濾料0.64820.00860.61790.01490.006855-60cm處濾料0.60470.00910.57490.01590.00481.0m處濾料0.4350.00750.40940.01430.00381.5cm處濾料0.42780.00640.40580.01380.00184.2滲濾池不同深度的濾料中N的形態(tài)分布氮在污水中的存在形式主要是有機(jī)氮和氨氮，它的去除機(jī)制主要包括揮發(fā)、吸附、硝化和反硝化作用。一般城市污水的pH值為中性，NH3占氨氮總量的比例非常低，所以其揮發(fā)作用微弱。吸附作用的發(fā)生主要是由于NH4+帶正電，易被表面帶負(fù)電的滲濾介質(zhì)所吸附，這個(gè)作用過程是比較短暫的，而且很快就會(huì)達(dá)到平衡，如果沒有進(jìn)一步的去除作用，吸附作用對(duì)氮的去除很快就會(huì)失效。如果吸附的氮能夠進(jìn)行硝化、反硝化反應(yīng)被進(jìn)一步去除，則滲濾介質(zhì)又將重新恢復(fù)活性，具有吸附氨氮的能力[24]。所謂硝化指的是在好氧條件下，水中的氨在微生物的作用下，被氧化為硝酸鹽的過程。而反硝化指的是水中硝酸鹽態(tài)的氮（NO3-）在微生物作用下，被還原為氮?dú)猓∟2）的過程[24]。有機(jī)氮和氨氮在CRI系統(tǒng)中最終去除所經(jīng)歷的主要反應(yīng)如下[24]：㈠有機(jī)氮的氨化反應(yīng)（以氨基酸為例）：在有氧的條件下：RCHNH2COOH+O2氨化菌RCOOH+CO2+NH3在缺氧的條件下：RCHNH2COOH+H2氨化菌RCH2COOH+NH3㈡氨氮的硝化反應(yīng)NH4++2O2硝化菌NO3-+H2O+2H+＋能量㈢硝態(tài)氮的反硝化反應(yīng)（以葡萄糖為碳源）C6H12O6+4NO3- 反硝化菌2N2+6H2O+6CO2＋能量在本項(xiàng)目中，從實(shí)際工程的運(yùn)行結(jié)果來看，氨氮的去除率很高，而總氮的去除率很低，說明人工快滲系統(tǒng)內(nèi)部反硝化作用非常微弱，這可能與快滲系統(tǒng)的飽水帶體積偏小，污水在其中的停留時(shí)間過短，沒能進(jìn)行反硝化反應(yīng)有關(guān)。本項(xiàng)目中各層處的濾料經(jīng)淋洗后N的組成形態(tài)分布見圖4-2-1至4-2-14。從以上各層濾料上所附著的氮的形態(tài)分布可以看出，在經(jīng)過充分落干的濾料上90%以上都是硝態(tài)氮，而氨氮、有機(jī)氮、亞硝氮都非常少。這說明，污水中的氨氮被滲濾介質(zhì)吸附后進(jìn)行了充分的硝化反應(yīng)。由此可見，污水中的氨氮在人工快滲系統(tǒng)中的去除機(jī)制是：氨氮先被滲濾介質(zhì)所吸附，隨后在落干期內(nèi)進(jìn)行硝化反映而被去除。4.3各形態(tài)的N沿深度變化曲線從以上的氮的形態(tài)分布圖可以看出，滲濾介質(zhì)上的氮主要是硝態(tài)氮，而氨氮、有機(jī)氮和亞硝氮都非常少。因此，在討論沿深度的變化曲線時(shí)只需考慮硝態(tài)氮和總氮，氨氮、有機(jī)氮和亞硝氮可以不考慮。滲濾介質(zhì)上所附著的總氮和硝態(tài)氮沿濾層深度的變化曲線見圖4-3-1和4-3-2。可見，滲濾介質(zhì)上所附著的總氮和硝態(tài)氮都隨濾層深度的增加而減少。這可以說明，隨著濾層深度的增加，滲濾介質(zhì)所吸附的氨氮也逐漸減少，這和滲濾介質(zhì)的吸附性能和濾料性質(zhì)等有一定關(guān)系，這些將在以后章節(jié)中討論到。通過對(duì)各層滲濾介質(zhì)所附著的氮的形態(tài)分析可以得出以下結(jié)論：1、經(jīng)過充分落干的滲濾介質(zhì)上所附著的主要是硝態(tài)氮；2、滲濾介質(zhì)上所附著的總氮和硝態(tài)氮都隨濾層深度的增加而減少；3、污水中氨氮的去除機(jī)制是：氨氮先被滲濾介質(zhì)所吸附，隨后在落干期內(nèi)進(jìn)行硝化反應(yīng)。4、CRI系統(tǒng)內(nèi)部反硝化作用非常微弱，在今后的工程設(shè)計(jì)中要注意進(jìn)一步調(diào)整系統(tǒng)的復(fù)氧狀況及好氧環(huán)境和厭氧環(huán)境的組合狀況，以加強(qiáng)反硝化能力，提高總氮去除能力。

第五章人工快速滲濾系統(tǒng)濾料吸附性能研究5.1試驗(yàn)結(jié)果各層濾料對(duì)NH3-N達(dá)到吸附平衡的時(shí)間取配制好的15mg/L的(NH4)2SO4溶液分別與各層濾料混合不同時(shí)間后測(cè)定的上清液中氨的濃度見表5-1。表5-1各層濾料在不同時(shí)間對(duì)NH3-N的吸附結(jié)果單位：mg/L采樣點(diǎn)位置5s10s20s30s1min2min5min0-5cm處濾料7.27266.42865.79515.37525.30995.27195.32945-10cm處濾料5.38924.56193.98513.56243.47233.50813.527310-15cm處濾料4.97384.24833.72533.35123.21883.33123.246815-20cm處濾料4.78353.94823.51833.25983.08513.12533.157220-25cm處濾料5.16754.44833.80463.57153.62023.70123.648525-30cm處濾料5.49064.70384.16283.89454.01443.98163.943530-35cm處濾料5.54384.71534.20813.87254.00043.98163.925335-40cm處濾料5.71924.89374.52904.00524.22284.25174.165940-45cm處濾料5.76504.92734.50633.98163.98774.00513.892445-50cm處濾料5.74514.91824.55194.00043.95814.00293.998150-55cm處濾料6.02485.12944.73954.29614.34544.27594.305755-60cm處濾料6.12595.18344.80934.31834.35244.27154.30541.0m處濾料8.36817.58436.39165.70125.12695.10675.13561.5cm處濾料8.39427.46776.56195.834165.29595.30975.2643原料砂10.50299.75499.19288.41257.80997.29456.3148各層濾料的吸附性能曲線、吸附等溫線各層濾料在達(dá)到吸附平衡時(shí)對(duì)NH3-N的吸附結(jié)果見表5-2。表5-2各層濾料對(duì)NH3-N的吸附結(jié)果單位：mg/L采樣點(diǎn)位置進(jìn)水5mg/L進(jìn)水10mg/L進(jìn)水15mg/L進(jìn)水20mg/L進(jìn)水25mg/L進(jìn)水30mg/L0-5cm處濾料1.55813.49435.30995.281811.59511.6565-10cm處濾料1.09142.15453.47233.95118.27557.889810-15cm處濾料1.09152.12003.21883.75397.93048.011615-20cm處濾料1.05682.45703.08514.39469.138410.96620-25cm處濾料0.94442.50033.62024.521410.72211.68625-30cm處濾料1.48033.05344.01445.331111.17911.53430-35cm處濾料1.64462.94974.00045.352211.29012.09235-40cm處濾料1.60132.81144.42285.387410.93512.15340-45cm處濾料1.61002.86333.88775.042411.42212.91545-50cm處濾料1.61002.85473.95815.500011.83913.17950-55cm處濾料1.80013.15724.34545.556411.96014.61055-60cm處濾料1.90393.18314.35245.767611.60514.3661.0m處濾料2.00763.74495.12696.830713.41215.9091.5cm處濾料2.33604.22905.29597.358813.64616.325原料砂2.29404.25605.30996.858913.72216.1195.2滲濾池不同深度處濾料吸附平衡時(shí)間分析人工快速滲濾系統(tǒng)一個(gè)重要的工藝特點(diǎn)就是快速布水，在污水流經(jīng)快滲池的過程中，滲濾介質(zhì)能否對(duì)氨氮具有充分的吸附時(shí)間是我們?cè)诠に囋O(shè)計(jì)中非常關(guān)注的一個(gè)問題。本項(xiàng)目對(duì)各層處滲濾介質(zhì)做吸附時(shí)間和出水濃度曲線圖見圖5-2-1至5-2-15。從以上對(duì)各層濾料所做的吸附平衡時(shí)間圖可以看出，表層至60cm處的濾料對(duì)NH3-N的吸附在濾料與溶液充分混合30S以后，溶液中剩余的NH3-N濃度就趨于平衡了，也就是說，表層至60cm處的濾料在30S左右就可以達(dá)到吸附平衡。表層以下1.0m、1.5m處的濾料要在1min左右的時(shí)間才可以達(dá)到吸附平衡。而原料砂對(duì)NH3-N的吸附要5min以后才能達(dá)到吸附平衡。因此，可以認(rèn)為人工快速滲濾系統(tǒng)對(duì)NH3-N的去除不僅僅只是由于天然砂的物理吸附作用。其在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，滲濾介質(zhì)的性能也發(fā)生了很大的改變，微生物在不斷的生長(zhǎng)代謝過程中，其生物殘?bào)w會(huì)分解產(chǎn)生有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)，這些物質(zhì)帶有負(fù)電荷，會(huì)吸附很多陽離子，并可以和另一些陽離子進(jìn)行相互交換。這種離子交換的吸附速度是非?？斓?，所以在快滲池的上部，其生物代謝相對(duì)旺盛，吸附速度較快，而在快滲池下部則吸附速度較慢。本項(xiàng)目滲濾介質(zhì)的滲透系數(shù)為65.57m/d，快滲池的滲濾介質(zhì)為1.5m，則污水從滲濾介質(zhì)的表層流到底端的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間足夠滲濾介質(zhì)與污水中的氨氮達(dá)到吸附平衡。因此，設(shè)計(jì)時(shí)間是合理的。5.3滲濾池不同深度處滲濾介質(zhì)等溫吸附過程吸附是一種物質(zhì)附著在另一種物質(zhì)表面上的過程，它可發(fā)生在氣—液、氣—固、液—固兩相之間。本項(xiàng)目主要討論氨氮在污水和吸附介質(zhì)兩項(xiàng)之間的轉(zhuǎn)移過程[24]。吸附劑表面的吸附力可分為三種，即分子引力（范德華力），化學(xué)鍵力和靜電引力，因此吸附可以分為三種類型：物理吸附、化學(xué)吸附和離子交換吸附。在水處理中大多數(shù)的吸附現(xiàn)象往往是上述三種吸附作用的綜合結(jié)果，即幾種造成吸附作用的力常常相互起作用[24]。當(dāng)吸附質(zhì)在吸附劑表面達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，即吸附速度與解吸速度（后者由于分子熱運(yùn)動(dòng)造成）相同，吸附質(zhì)在吸附劑及溶液中的濃度都不再改變，此時(shí)吸附質(zhì)在溶液中的濃度就稱為平衡濃度。吸附劑的吸附量q以下式計(jì)算[24]：式中V——水容積（升）；C0——原水中吸附質(zhì)濃度（克/升）；C——吸附平衡時(shí)水中剩余的吸附質(zhì)濃度（克/升）；M——吸附劑投量（克）在溫度一定的條件下，如V、C0一定，改變吸附劑的量，則將發(fā)現(xiàn)水剩余的溶質(zhì)平衡濃度C及q也隨之改變，其變化規(guī)律在雙對(duì)數(shù)格紙上作圖可得到一條近似的直線。即：這就是弗蘭德利希（Freundlich）吸附等溫式，在本項(xiàng)目中采用這一公式來量化滲濾介質(zhì)的吸附性能。根據(jù)不同濃度下氨氮溶液與滲濾介質(zhì)達(dá)到吸附平衡的測(cè)定數(shù)據(jù)計(jì)算出各層濾料的吸附等溫式如下：0-5cm處濾料：R2=0.85965-10cm處濾料：R2=0.9157910-15cm處濾料：R2=0.909815-20cm處濾料：R2=0.877920-25cm處濾料：R2=0.868425-30cm處濾料：R2=0.856930-35cm處濾料：R2=0.822735-40cm處濾料：R2=0.864340-45cm處濾料：R2=0.777345-50cm處濾料：R2=0.792150-55cm處濾料：R2=0.761455-60cm處濾料：R2=0.77851.0m處濾料：R2=0.79531.5m處濾料：R2=0.782根據(jù)廣東省污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)DB44/26-2001(第二時(shí)段一級(jí))中要求，氨氮的排放標(biāo)準(zhǔn)為10mg/l，這也是污水經(jīng)處理后允許排放的最高濃度，將此數(shù)據(jù)代入各濾層的吸附平衡等溫式，可計(jì)算出各濾層可吸附的氨氮數(shù)量，從而可以推算出污水中氨氮的最大進(jìn)水濃度。滲濾池各濾層處氨氮最大允許進(jìn)水濃度見表5-3-1。表5-3-1滲濾池各濾層處氨氮最大允許進(jìn)水濃度mg/l采樣點(diǎn)位置0-5cm處5-10cm處10-15cm處15-20cm處20-25cm處25-30cm處30-35cm處最大進(jìn)水濃度38.435.236.129.927.326.926.5采樣點(diǎn)位置35-40cm處40-45cm處45-50cm處50-55cm處55-60cm處1.0m處1.5m處最大進(jìn)水濃度26.626.025.324.124.421.921.1從以上所得數(shù)據(jù)可知，為保證滲濾池處理污水后的排水中氨氮達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，則滲濾池的進(jìn)水氨氮濃度最大只能為38.4，從而為我們的工程設(shè)計(jì)給出了一個(gè)有意義的參考數(shù)值。當(dāng)然靜態(tài)實(shí)驗(yàn)和動(dòng)態(tài)的運(yùn)行中會(huì)存在一定差異，這需要我們?cè)诮窈蟮墓こ虒?shí)際進(jìn)行探索和補(bǔ)充。5.4濾池深度與滲濾介質(zhì)對(duì)NH3-N的吸附能力的關(guān)系將不同時(shí)間各層濾料對(duì)NH3-N的吸附效果隨濾池深度作曲線見圖5-4-1至5-4-7。從以上不同吸附時(shí)間下濾料對(duì)NH3-N的吸附效果隨深度的變化曲線可以看出，不論吸附時(shí)間長(zhǎng)短，不論是否達(dá)到吸附平衡，吸附效果最佳的位置總是在表層以下5cm至25cm處，隨后吸附效果隨濾池深度增加而逐漸降低。至于表層滲濾介質(zhì)，其生物量多，生物膜豐富，卻并不象原先預(yù)想的是吸附效果最佳的濾層，這可能是由于表層濾料長(zhǎng)期裸露在空氣中，受日照雨淋，自然風(fēng)化等影響，表層滲濾介質(zhì)生物膜破壞嚴(yán)重，無機(jī)化程度高，而在采樣時(shí)沒有注意到除去表層沙土，而隨表層滲濾介質(zhì)一并采回，從而影響到表層滲濾介質(zhì)的吸附效果及測(cè)定結(jié)果偏低。這一結(jié)果值應(yīng)進(jìn)一步驗(yàn)證。通過對(duì)人工快速滲濾系統(tǒng)滲濾介質(zhì)吸附性能的研究可以得出以下結(jié)論：1、滲濾介質(zhì)對(duì)氨氮的吸附速度非?？欤话憧梢栽?0S至1min之內(nèi)達(dá)到吸附平衡，滲濾池設(shè)計(jì)的過水時(shí)間完全能夠保證滲濾介質(zhì)料對(duì)氨氮吸附能力的充分發(fā)揮。2、滲濾介質(zhì)對(duì)氨氮的吸附符合弗蘭德利希（Freundlich）吸附等溫式，其最大允許進(jìn)水濃度為38.4mg/l。3、滲濾介質(zhì)對(duì)氨氮吸附效果最佳的位置在表層以下5cm至25cm處，隨后吸附效果隨濾料深度增加而逐漸降低。

第六章人工快速滲濾系統(tǒng)滲濾介質(zhì)性質(zhì)及其對(duì)氨氮吸附能力的影響6.1試驗(yàn)結(jié)果各層濾料的生物量、有機(jī)質(zhì)含量、陽離子交換量見表3-4。表3-4各層濾料生物量、有機(jī)質(zhì)、CEC含量采樣點(diǎn)位置生物量（g/Kg砂）有機(jī)質(zhì)（g/kg）CEC[cmol(+)/kg]0-5cm處濾料2.008.322.905-10cm處濾料1.257.262.1410-15cm處濾料0.967.512.1715-20cm處濾料0.773.461.0620-25cm處濾料0.584.720.9925-30cm處濾料0.472.570.7830-35cm處濾料0.331.960.5335-40cm處濾料0.291.310.3540-45cm處濾料0.221.110.2645-50cm處濾料0.191.020.2150-55cm處濾料0.150.850.1755-60cm處濾料0.110.910.241.0m處濾料0.050.550.221.5cm處濾料0.040.630.26原料砂0.040.670.206.2生物量與滲濾介質(zhì)吸附效果的關(guān)系研究土壤中存在的生物不僅種類多，而且數(shù)量也很大。在許多自然生態(tài)環(huán)境中，異養(yǎng)生活的大生物和微生物共同參與了有機(jī)物的降解和再循環(huán)[4]，其中微生物起到了關(guān)鍵性的作用，這不僅由于自然界中存在大量的微生物，而且在于微生物具有非凡的降解能力。在好氧條件下，微生物具有分解簡(jiǎn)單有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物和某些天然多聚物（如淀粉、果膠和蛋白質(zhì)等）的能力[30][35]。在厭氧條件下，對(duì)于一些量非常大而又難以消化的天然多聚物，如纖維素、木質(zhì)素等物質(zhì)的降解，微生物能發(fā)揮其獨(dú)特的作用[23]。微生物在降解土壤中腐殖質(zhì)、蠟狀物質(zhì)和許多人工合成的有機(jī)物方面也具有特殊的本領(lǐng)[41]。因此，研究滲濾介質(zhì)中生物量的分布情況對(duì)于我們理解該系統(tǒng)的去除機(jī)理有非常重要的意義。各層濾料中生物量的多少隨濾層深度變化曲線見圖6-1-1。從上圖可以看出，表層的生物量最高，隨著濾層深度增加，生物量逐漸降低。取15mg/LNH3-N溶液與各層濾料吸附平衡后平衡液中NH3-N濃度與各層濾料生物量進(jìn)行回歸計(jì)算。由于表層滲濾介質(zhì)受外界環(huán)境干擾嚴(yán)重，因此，我們?nèi)コ韺拥哪且粋€(gè)數(shù)據(jù)后，采用SPSS相關(guān)系數(shù)分析法得出吸附平衡液中NH3-N濃度與生物量間的相關(guān)系數(shù)為-0.823，呈顯著相關(guān)性，即滲濾介質(zhì)吸附性能與其生物量之間存在顯著正相關(guān)關(guān)系。吸附平衡后的出水氨氮濃度隨滲濾介質(zhì)生物量的減少而增加，即滲濾介質(zhì)對(duì)氨氮的吸附能力隨生物量的降低而減弱。6.3有機(jī)質(zhì)對(duì)滲濾介質(zhì)吸附氨氮能力的影響土壤有機(jī)質(zhì)是土壤中所有有機(jī)物質(zhì)的總稱，它包括下列各類物質(zhì)：（1）還保持形態(tài)學(xué)特征的動(dòng)植物有機(jī)殘?bào)w；（2）微生物體；（3）動(dòng)植物殘?bào)w和微生物的中間分解產(chǎn)物以及微生物生命活動(dòng)的代謝產(chǎn)物，如多肽、簡(jiǎn)單有機(jī)酸、脂蠟物質(zhì)、色素和碳水化合物等；（4）進(jìn)入土壤中的有機(jī)殘?bào)w經(jīng)一系列復(fù)雜的生物化學(xué)變化之后所生成的較穩(wěn)定的高分子化合物，就是腐殖酸類物質(zhì)[7][36]。土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)有很大影響，土壤的生物學(xué)特性也會(huì)隨土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)量和質(zhì)量的改變而起變化[32]。因此，土壤有機(jī)質(zhì)含量通常被作為衡量土壤性質(zhì)的重要指標(biāo)。在本項(xiàng)目的人工快速滲濾系統(tǒng)中的有機(jī)質(zhì)主要來源于動(dòng)植物和微生物的殘?bào)w，經(jīng)生物分解形成的各種有機(jī)化合物。濾料表面的有機(jī)質(zhì)如腐殖質(zhì)會(huì)改變?yōu)V料的性質(zhì)，腐殖質(zhì)分子量大、功能團(tuán)多、解離后帶電荷量也多，且有機(jī)膠體分散度高，具有很大的吸收表面，能增強(qiáng)濾料的吸附性能[37]。各層濾料中有機(jī)質(zhì)含量隨濾層深度變化曲線見圖6-2-1。從上圖可以看出，在表層濾料有機(jī)質(zhì)含量最高，隨著濾層深度增加，有機(jī)質(zhì)含量逐漸減少。取15mg/LNH3-N溶液與各層濾料吸附平衡后的數(shù)據(jù)與各層濾料有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行回歸計(jì)算。由于表層滲濾介質(zhì)受外界環(huán)境干擾嚴(yán)重，因此，我們?nèi)コ韺拥哪且粋€(gè)數(shù)據(jù)后，采用SPSS相關(guān)系數(shù)分析法得出吸附平衡結(jié)果與有機(jī)質(zhì)含量間的相關(guān)系數(shù)為-0.738，呈顯著負(fù)相關(guān)性，即滲濾介質(zhì)吸附能力與其有機(jī)質(zhì)的含量之間存在顯著正相關(guān)關(guān)系，滲濾介質(zhì)對(duì)氨氮的吸附能力隨有機(jī)質(zhì)的減少而降低，吸附平衡后的出水濃度隨滲濾介質(zhì)有機(jī)質(zhì)的減少而增加。這也說明，在人工快滲池的表層有機(jī)質(zhì)含量豐富，對(duì)氨氮的去除效果較好，而隨著濾池深度的增加，有機(jī)質(zhì)減少，吸附效果也降低。6.4CEC對(duì)滲濾介質(zhì)吸附氨氮能力的影響陽離子交換性能是指溶液中的陽離子與固相的陽離子之間所進(jìn)行的交換作用。它是由固相表面性質(zhì)所決定的。本文的固體主要是滲濾介質(zhì)（礦物），是土壤中粘土礦物和腐殖酸以及相互結(jié)合形成的復(fù)雜的有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體，其所能吸收的陽離子包括K+、Ca2+、Mg2+、NH4+、H+、AL3+等[40]。滲濾介質(zhì)的陽離子交換性能可以用陽離子交換量（CEC）來衡量[39]。本項(xiàng)目中濾料的陽離子交換量（CEC）可以反映濾料對(duì)NH4+離子的吸附能力。人工快速滲濾系統(tǒng)滲濾池垂直斷面上各層濾料CEC含量隨濾層深度變化曲線見圖6-3-1。從上圖可以看出，表層的CEC含量最高，隨著濾層深度增加，CEC含量逐漸降低。取15mg/LNH3-N溶液與各層濾料吸附平衡后平衡液中NH3-N濃度與各層濾料CEC含量進(jìn)行回歸計(jì)算。由于表層滲濾介質(zhì)受外界環(huán)境干擾嚴(yán)重，因此，我們?nèi)コ韺拥哪且粋€(gè)數(shù)據(jù)后，采用SPSS相關(guān)系數(shù)分析法得出吸附平衡液中NH3-N濃度與陽離子交換含量間的相關(guān)系數(shù)為-0.699，呈顯著相關(guān)性，即滲濾介質(zhì)吸附性能與其陽離子交換含量之間存在顯著正相關(guān)關(guān)系。吸附平衡后的出水氨氮濃度隨滲濾介質(zhì)陽離子交換量的減少而增加，即滲濾介質(zhì)對(duì)氨氮的吸附能力隨陽離子交換含量的降低而減弱。人工快速滲濾系統(tǒng)滲濾池滲濾介質(zhì)的生物量、有機(jī)質(zhì)含量、陽離子交換量都會(huì)影響到滲濾介質(zhì)的吸附能力，通過本章討論我們可以得出以下結(jié)論：濾料的生物量、有機(jī)質(zhì)含量CEC與其所吸附氨氮之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)分別為0.823、0.738和0.699。說明人工快速滲濾系統(tǒng)對(duì)氨氮的吸附能力主要受濾料的生物量、有機(jī)質(zhì)含量和CEC的影響。一般說來，隨著濾料的生物量、有機(jī)質(zhì)含量和CEC的增加，人工快速滲濾系統(tǒng)吸附氨氮的數(shù)量隨之增大，有利于氨氮的轉(zhuǎn)化及去除。在滲濾池中，隨著濾池深度的增加，生物量、有機(jī)質(zhì)含量和CEC的含量都持續(xù)減少，其對(duì)氨氮的吸附性能也降低。

第七章影響人工快速滲濾系統(tǒng)吸附氨氮能力的主要環(huán)境因素分析影響吸附的因素很多，比如吸附劑的性質(zhì)、吸附質(zhì)的性質(zhì)以及DO、PH值、溫度、接觸時(shí)間等條件。在本項(xiàng)目吸附劑和吸附質(zhì)都相對(duì)穩(wěn)定的條件下我們只討論P(yáng)H值和溫度這兩個(gè)外界環(huán)境因素對(duì)滲濾介質(zhì)吸附過程的影響。7.1試驗(yàn)結(jié)果不同的PH值對(duì)濾料吸附氨氮能力的影響配制15mg/L的(NH4)2SO4溶液，調(diào)節(jié)不同PH值后，考察人工快速滲濾系統(tǒng)滲濾池不同層位濾料對(duì)不同PH值下NH3-N吸附效果見表3-5表3-5不同PH值下滲濾池不同層位的濾料對(duì)NH3-N的吸附效果mg/L采樣點(diǎn)位置PH4.0PH5.0PH6.0PH7.0PH8.0PH9.0PH10.0PH11.00-5cm處濾料6.38496.05086.01495.30995.69667.65787.10216.73675-10cm處濾料6.24276.35585.45893.47234.98365.80115.76045.126110-15cm處濾料4.70294.84014.15633.21883.77533.90373.94432.226915-20cm處濾料6.33476.00325.00123.08514.85165.36745.31323.221320-25cm處濾料7.23016.90285.36583.62025.78256.31616.03154.103625-30cm處濾料7.25526.91755.55694.01446.25936.16707.52233.809530-35cm處濾料7.23016.85565.64324.00046.40966.98026.42453.627535-40cm處濾料7.39756.58005.98804.42285.88946.19416.50583.809540-45cm處濾料6.23437.42306.21143.88775.89636.31614.98793.319345-50cm處濾料6.48546.21236.40063.95815.95676.51945.29963.151350-55cm處濾料7.17996.17646.17644.34545.97016.68205.13703.193355-60cm處濾料6.95406.40066.40964.35246.01496.58714.89303.31931.0m處濾料7.47286.92086.99255.12696.56848.34906.43805.71431.5cm處濾料8.694611.1548.27505.29597.81388.24068.71496.1625原料砂9.376614.4286.60245.30996.83118.19708.88635.7003不同的溫度對(duì)濾料吸附氨氮能力的影響配制15mg/L的(NH4)2SO4溶液，調(diào)節(jié)不同溫度后考察人工快速滲濾系統(tǒng)滲濾池不同層位濾料對(duì)其中的NH3-N的吸附效果見表3-6。表3-6各層濾料對(duì)不同溫度下NH3-N的吸附效果mg/l采樣點(diǎn)位置5℃10℃15℃20℃25℃0-5cm處濾料9.13788.59616.95235.65695.30995-10cm處濾料8.51646.59274.56923.33683.472310-15cm處濾料5.87195.13684.10853.26843.218815-20cm處濾料8.01066.23764.82533.11593.085120-25cm處濾料9.42688.24586.02823.60783.620225-30cm處濾料9.10898.45316.25374.11254.014430-35cm處濾料9.31128.56236.36914.19674.000435-40cm處濾料9.99048.86726.25964.26544.422840-45cm處濾料9.60028.69246.45924.05643.887745-50cm處濾料9.77368.36546.47293.88563.958150-55cm處濾料9.21008.29676.35124.25184.345455-60cm處濾料9.47018.16386.23864.19654.35241.0m處濾料11.1619.6538.36575.23495.12691.5cm處濾料12.20110.3468.67555.30785.2959原料砂11.98910.4298.85345.33525.30997.2PH值對(duì)濾料吸附效果的影響研究各層滲濾介質(zhì)隨不同pH值的變化不同pH值下，人工快速滲濾系統(tǒng)中滲濾池相同層位吸附氨氮的效果變化見圖7-2-1至7-2-15。一般來說溶液的pH值將影響到溶質(zhì)處于分子或離子或絡(luò)合狀態(tài)的程度，也影響到吸附劑表面的電荷特性（電荷正、負(fù)性及電荷密度等）。當(dāng)吸附劑表面電荷為電中性時(shí)，達(dá)到等電點(diǎn)。此時(shí)的pH值稱為電荷零點(diǎn)PH值——pHzpc，不同的吸附劑會(huì)有不同的pHzpc。有研究表明，在等電點(diǎn)處可發(fā)生最大的吸附，這說明中性物質(zhì)的吸附性能最強(qiáng)，當(dāng)吸附劑表面的氧化物的酸性或堿性被中和后，就使更多的孔隙參與吸附質(zhì)較易擴(kuò)散進(jìn)入吸附劑的內(nèi)部孔隙[39]。在本項(xiàng)目中，從以上各層濾料介質(zhì)隨不同pH值對(duì)NH3-N吸附變化曲線圖可以看出，在pH值為中性時(shí)總是處在變化曲線拋物線的最低點(diǎn)，也就是說，在pH值為7.0時(shí)總是具有最佳的吸附效果。當(dāng)溶液呈酸性時(shí)，pH值越低，吸附效果越差。當(dāng)溶液呈堿性時(shí)，NH4+會(huì)與OH-結(jié)合生成NH3揮發(fā)。因此，隨著pH值升高，在很小的范圍內(nèi)出水NH3-N濃度增加，說明吸附效果變差，但隨后出水NH3-N濃度迅速降低，這是因?yàn)閴A性增強(qiáng)，溶液中的NH4+與OH-結(jié)合生成了NH3揮發(fā)而致使出水NH3-N濃度降低?？傮w說來濾料對(duì)NH3-N的吸附是在pH值為中性時(shí)具有最佳效果。PH值對(duì)滲濾池不同層位濾料吸附氨氮效果的影響當(dāng)pH值不變，隨著滲濾池層位的變化，濾料對(duì)NH3-N的吸附效果見圖7-2-16至7-2-21。從以上在各不同pH值條件下對(duì)NH3-N的吸附隨濾層深度的變化曲線圖可以看出，除在10-15cm濾料處出水NH3-N值最低外，整體上對(duì)NH3-N的吸附沿濾層深度增加而吸附效果逐漸降低，這與pH值為中性時(shí)的情況是一致的。pH值為10以上時(shí)，由于溶液堿性太大，引起NH3的揮發(fā)，而在實(shí)際的污水處理工程中，如果污水的PH值太高，我們首先考慮的是如此高的PH值是否適應(yīng)微生物生長(zhǎng)的需要，是否滿足硝化、反硝化的條件，這就要結(jié)合系統(tǒng)中微生物的性能來分析，在此我們就不予考慮。至于10-15cm濾料處對(duì)于pH值為什么有著更好的對(duì)環(huán)境的緩沖能力，目前原因還不太清楚，有待于在以后的研究中進(jìn)行論證。7.3溫度對(duì)濾料吸附效果的影響研究各層濾料隨不同溫度的變化滲濾池垂直斷面上各層濾料隨不同溫度的吸附效果變化見圖7-3-1至7-3-15。從以上各濾層濾料對(duì)NH3-N的吸附隨溫度變化的曲線圖可以看出當(dāng)溫度在20至25℃時(shí)具有最佳吸附效果，當(dāng)溫度降至15℃以下時(shí)，對(duì)NH3-N的吸附效果明顯降低。這說明在北方寒冷季節(jié)，人工快滲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行都要注意加強(qiáng)保溫措施，以防在溫度降低時(shí)影響處理效果。至于高溫對(duì)濾料吸附NH3-N的效果的影響，因?yàn)樽匀唤缱罡邭鉁匾仓挥腥氖龋移湟矁H僅只是影響濾料表層，對(duì)濾料內(nèi)部溫度影響不大。因此，在本項(xiàng)目中沒有就高溫對(duì)濾料吸附NH3-N的影響再做研究。各不同pH值條件下隨濾層深度變化在不同的pH值條件下對(duì)NH3-N的吸附隨濾層深度的變化曲線見圖7-3-16至7-3-。從以上各溫度條件下，濾料對(duì)NH3-N的吸附隨濾層深度的變化曲線圖可以看出，在溫度低于15℃的低溫條件下，10-15cm處濾料對(duì)NH3-N的吸附達(dá)到最佳效果，隨后，隨著濾層深度的增加，吸附效果逐漸降低。在溫度為20-25℃的中溫條件下，整體上除表層濾料外對(duì)NH3-N的吸附沿濾層深度增加而吸附效果逐漸降低。從本節(jié)溫度對(duì)NH3-N的吸附影響和上節(jié)pH值對(duì)NH3-N的吸附影響都可以看出，10-15cm處濾料具有最佳的抗環(huán)境沖擊負(fù)荷的能力（能否稱之為緩沖能力？），也就是說環(huán)境條件的改變對(duì)這一層濾料的吸附效果的影響最小，這在實(shí)際工程應(yīng)用中是具有非常重要的意義的。在今后的研究工作中還要加強(qiáng)對(duì)這一層濾料性質(zhì)的研究。通過改變環(huán)境條件研究快滲池滲濾介質(zhì)對(duì)NH3-N的吸附效果的影響得出以下結(jié)論：1、在pH值為中性時(shí)，滲濾介質(zhì)對(duì)NH3-N具有最佳吸附效果，隨著pH值降低吸附效果降低。在溶液為堿性時(shí)，NH3-N會(huì)形成NH3揮發(fā)。2、在溫度為20-25℃的溫度條件下，滲濾介質(zhì)對(duì)NH3-N具有最佳吸附效果，隨著溫度降低吸附效果降低。3、10-15cm處滲濾介質(zhì)具有最佳的抗環(huán)境條件（pH值、溫度）沖擊負(fù)荷的性質(zhì)。第四部分結(jié)論和建議第八章結(jié)論本文根據(jù)污水土地處理系統(tǒng)目前研究現(xiàn)狀及其在我國(guó)的發(fā)展前景，結(jié)合人工快速滲濾系統(tǒng)在實(shí)際工程應(yīng)用中的優(yōu)越性，以滲濾介質(zhì)為主要研究對(duì)象，通過對(duì)滲濾池內(nèi)部氮的形態(tài)分析、滲濾介質(zhì)吸附性能的研究、滲濾介質(zhì)的性質(zhì)及外界環(huán)境對(duì)滲濾介質(zhì)吸附性能的影響等方面對(duì)人工快速滲濾系統(tǒng)去除氨氮的機(jī)理進(jìn)行了全面分析。通過對(duì)研究結(jié)果的分析討論，可得出以下結(jié)論：1、人工快速滲濾系統(tǒng)中氨氮的去除機(jī)理是：氨氮首先被滲濾介質(zhì)所吸附，隨后在落干期內(nèi)進(jìn)行硝化反應(yīng)。2、滲濾介質(zhì)對(duì)氨氮的吸附速度非?？?，一般可以在30S至1min之內(nèi)達(dá)到吸附平衡，滲濾介質(zhì)對(duì)氨氮吸附效果最佳的位置在表層以下5cm至25cm處，隨后吸附效果隨滲濾池深度增加而逐漸降低。滲濾池的深度和過水時(shí)間能夠滿足滲濾介質(zhì)料對(duì)氨氮的完全吸附。3、滲濾介質(zhì)對(duì)氨氮的吸附符合弗蘭德利希（Freundlich）吸附等溫式，其最大允許進(jìn)水濃度為38.4mg/l。4、滲濾介質(zhì)的生物量、有機(jī)質(zhì)含量和CEC與其所吸附氨氮之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)分別為0.823、0.738和0.699。也就是說人工快速滲濾系統(tǒng)對(duì)氨氮的吸附能力主要受濾料的生物量、有機(jī)質(zhì)含量和CEC的影響。在滲濾池中，隨著濾池深度的增加，生物量、有機(jī)質(zhì)含量和CEC的含量都持續(xù)減少，其對(duì)氨氮的吸附性能也逐漸降低。5、在pH值為中性、外界環(huán)境溫度為20-25℃的條件下，滲濾介質(zhì)對(duì)NH3-N具有最佳吸附效果。在滲濾池10-15cm處滲濾介質(zhì)具有最佳的對(duì)環(huán)境條件（pH值、溫度）緩擊能力