1、土地湿地处理原理及工艺

土地/湿地处理及工艺

一、土地处理技术概述

污水土地处理是在污水农田灌溉的基础上发展起来的，污水农田灌溉的目的是利用水肥资源。污水农田灌溉没有专门的设计运行方法和参数，灌溉水的水质、水量是依据作物生长特性、农田灌溉水质标准来确定的。污水灌田所引起的臭气散发，土壤、地下水和植物污染等问题，随着城市迅速发展，人口高度集中，污水大量排放而日益突出。污水直接灌田已不能满足人们对环境卫生的要求,在此基础上发展起来了污水土地处理工艺。

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。

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：

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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

根据处理目标、处理对象的不同,土地处理系统可分为慢速渗滤(SR>、快速渗滤(RI>、地表漫流(OF>、地下渗滤(UG>、湿地系统(WL>等5种工艺类型。

①慢速渗滤系统

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

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。

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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

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

④地下渗滤(UG>

地下渗滤处理系统是将污水投配到距地面约深，有良好渗透性的地层中，藉毛管浸润和土壤渗透作用，使污水向四周扩散，通过过滤、沉淀、吸附和生物降解作用等过程使污水得到净化.

地下渗滤系统适用于无法接人城市排水管网的小水量污水处理，如分散的居民点住宅、度假村、疗养院等。污水进入处理系统前需经化粪池或酸化(水解>池预处理。

⑤湿地系统(WL>

湿地处理系统是一种利用低洼湿地和沼泽地处理污水的方法。污水有控制地投配到种有芦苇、香蒲等耐水性、沼泽性植物的湿地上，废水在沿一定方向流行过程中，在耐水性植物和土壤共同作用下得以净化

湿地处理可用于直接处理污水或深度处理。污水进入系统前需预处理，方法有化粪池、格栅、筛网、初沉池、酸化(水解>池和稳定塘等。

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。

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三、土地处理工艺的机理

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