污水土地处理技术的优势及其应用前景

污水土地处理技术的优势及其应用前景

我国的水资源总量较丰富,但人均水资源占有量仅有2700m3,为世界平均值的1/4,是13个贫水国之一。目前绝大部分城市的居民区没有实现清污分流,不管是饮用水还是杂用水,全部以饮用水供应,造成了水资源严重浪费,灌溉利用率仅0·45,复用率仅为30% ~40%。据有关资料, XX年我国废污水排放总量达到620亿,t其中工业废水约占66%、生活污水占34%,由于工业废水和生活污水直排入河,污染物大量增加,河流富营养化趋势加速。据统计,全国监测的1200多条河流中有850条受到污染, 230条受到严重污染,有60%的水质达不到饮用水标准,有11%的水质不符合农业灌溉要求,有6%的毒物含量超过污水排放标准。全国每年因水污染造成的经济损失达数百亿元。水资源短缺与水污染严重已成为影响我国工农业可持续发展的重要问题。

1 传统工程措施处理污水存在的问题

当前水污染人工处理技术已经发展到相当高的水平,技术上日趋成熟,它们对水污染控制起到了积极的推动作用,但事实也说明,单纯依靠传统的污水工程处理技术并不能够从根本上解决水污染问题。活性污泥法、生物膜法和膜生物法等常规污水人工生物处理,都存在着基建投资大、运行费

用高、剩余污泥处理难度大等缺点,我国目前的经济实力难以承受,而活性炭吸附由于投资大等原因限制了其大规模推广使用。二级生物处理对N、P等营养物质的去除率低,不能根本解决诸如水体富营养化的问题。所以即使在生物处理厂普及率较高的国家和地区,仍然有相当多的河流受到水体富营养化等不同程度的污染[5],我国目前由于城市污水富含N、P等元素处理不彻底或直接向水体排放造成的水体富营养化问题已相当严重。三级深度处理可进一步解决上述问题,但处理工艺流程更长、能耗高、占地面积大,基建、运行费用昂贵,要广泛使用并不现实。因此寻求低成本、低污染、高效率的新型城市污水处理技术是解决我国乃至世界的水污染和水资源短缺问题的有效途径。

2 土地处理系统概述

土地处理系统是一种处理污水的生态工程技术,它可以简要定义为:污水经过一定程度的预处理,然后有控制地投配到土地上,利用土壤—微生物—植物生态系统的自净功能和自我调控机制,通过一系列物理、化学和生物化学等过程,使污水达到预定处理效果,并对污水中氮、磷等资源加以利用,使其成为植物自身营养成分的一种污水处理技术。土地处理系统是由若干部分组成的整体,完整的土地处理系统由预处理、水量调节与储存、配水与步水、土地处理田间工程、植物、排水及监测等七部分组成。污水土地处理系统与传统

的污灌农业有很大的区别,主要表现在:土地处理坚持处理与利用相结合的方向,在实现废水资源化的过程中自始至终把环境效益和环境质量控制问题放在首位,它在设计、运行和管理方面遵循现代生态学三大原则:整体优化、循环再生和区域分异。并在严格控制重点污染源的基础上,可通过低费用、低能耗的生态工程措施,达到社会、经济、生态环境效益的统一。根据处理目标、处理对象的不同,土地处理系统可分为快速渗滤(RI)、慢速渗滤(SR)、地表漫流(OF)、地下渗滤(UG)、湿地系统(WL)等5种工艺类型。

3 土地处理系统的优势

土地处理系统的高效净化功能土地处理系统大多数污染物的去除主要发生在地表下30~50cm处具有良好结构的土层中,该层土壤、植物、微生物等相互作用,从土表层到土壤内部形成了好氧、缺氧和厌氧的多项系统,有助于各种污染物质在不同的环境中发生作用,最终达到去除或削减污染物的目的。

3.1 对氮、磷的去除

实际测定结果表明,污水土地系统中氨化细菌、亚硝化菌、硝化菌、反硝化菌数量都处于较高水平,其中的硝化菌达到肥沃土壤的104倍,因此具有硝化—反硝化脱氮的良好基础和很大的潜力。氮素的形态为无机态和有机态两类,污水中的氮以有机氮和氨(或铵离子)的形式进入土壤,有机氮

首先被截留或沉淀,然后在微生物作用下转化为氨氮,再通过硝化作用转化为NO-3,一部分NO-3随水分下移而流失,一部分NO-3中的N素作为植物的营养元素被植物吸收转化后成为构造植物体自身的物质成分。一部分NO-3发生反硝化反应,最终转化为气体挥发掉,其中能被植物直接吸收利用的无机氮仅占土壤全氮的5%左右。XX某小区土壤毛细管渗滤系统建成运行6a的结果表明,系统对生活污水中有机物、氮和磷的去除率较高,其中NH3-N去除率>90%[19]。废水中的磷可能以无机磷和有机磷的形态存在。磷进入土壤后即被吸附和储存,而且几乎是不流失的。系统中磷的去除主要是通过以下几个过程完成的:土壤颗粒的吸附作用、化学沉淀反应、微生物同化作用和植物吸收作用。文献报道,几乎所有污水土地处理系统常年运行后均未出现磷吸附饱和现象,可以认为,污水土地处理系统中磷的去除主要是由磷的化学沉淀反应过程控制的。地沟式污水土地处理系统总磷的去除率几乎维持在80%以上,最高可达94·85%,这是由于污水中的磷与黄壤中的钙、铝、铁等离子发生沉淀反应,被铁、铝氧化物吸附去除有关,贵州黄壤的实验工艺中,土壤的固磷和除磷明显高于其它生物除磷工艺,而且运行较稳定。土地污水处理系统去除N、P高效性,是其与其他传统工程措施相比的最显著的优势。根据刘超翔等对人工复合生态床处理生活污水小试研究,在整个运行期间, COD、TN和TP的平均去

除效率分别在85%、60%和80%以上;张建等在地下渗滤处理村镇生活污水中试的研究中以红壤土作为填充土壤,在2cm/d的水力负荷下,进行了地下渗滤系统处理村镇生活污水的现场中试,结果表明:地下渗滤系统对COD、氨氮、总磷和总氮有良好的去除效果,去除率分别达到84·7%、70·0%、98·0%和77·7%,出水COD、氨氮、总磷和总氮的平均浓度分别为11·7、4·0、0·04、4·7mg/L,达到建设部颁发的生活杂用水水质标准。

3.2 对有机物的去除

土地处理系统对有机物特别对可降解有机物的净化能力较强,污水中的有机质进入土壤后,首先通过过滤、吸附作用被截留下来,然后通过生物氧化作用将其降解,其中大多数BOD的去除反应都发生在地表50cm处。李海军与澳大利亚科学与工业组织(CISCO)对新型FILTER土地处理系统进行的实验结果表明: FILTER系统通过土壤的生物、物理、化学作用,使COD的去除率达到70%以上;从沈阳西部SR-LTS几年的运行数据看,对BOD5的去除率达97·7%, COD的去除率87·8%, TOC的去除率84·1%;郭劲松等对南方地区不同湿干比条件下人工快渗系统污水处理性能的研究结果表明:当湿干比为1∶3时装置对COD的去除效果最好,平均去除率达到84·3%。

3.3 对SS的净化作用