污水土地處理概述和凈化原理

一、概述

污水土地處理系統(tǒng)是指利用農(nóng)田、林地等土壤-微生物-植物構(gòu)成的陸地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)污染物進(jìn)行綜合凈化處理的生態(tài)工程;它能在處理城鎮(zhèn)污水及一些工業(yè)廢水的同時(shí),通過(guò)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和水分的生物地球化學(xué)循環(huán),促進(jìn)綠色植物生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)污水的資源化與無(wú)害化。

污水土地處理源于污水灌溉農(nóng)田,其歷史可追溯至公元前:歐洲自1531年即有記載。美國(guó)于1888年開發(fā)了污水快速滲濾技術(shù),經(jīng)過(guò)改善演變,至20世紀(jì)60年代美國(guó)已建有2000多座具有不同特色不同類型的污水土地處理場(chǎng),截至1987年,美國(guó)已有4000多座運(yùn)行良好的污水土地處理系統(tǒng)。我國(guó)也有利用污水灌溉農(nóng)田并進(jìn)行污水處理的悠久歷史。20世紀(jì)80年代初,隨著城市與工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展,我國(guó)先后開辟了十多個(gè)大型污水灌區(qū)。

晨銘環(huán)保·智慧型污水處理設(shè)備

污水土地處理系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)點(diǎn):①促進(jìn)污水中稍物營(yíng)養(yǎng)索的循環(huán),污水中的有用物質(zhì)通過(guò)作物的生長(zhǎng)而獲得再利用;②可利用廢劣土地、坑塘洼地處理污水,基建投資省;③使用機(jī)電設(shè)備少,運(yùn)行管理簡(jiǎn)便、成本低廉,節(jié)省能源;④綠化大地,增添風(fēng)景美色,改善地區(qū)小氣候,促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)。污水土地處理系統(tǒng)如果設(shè)計(jì)不當(dāng)或管理不善,也會(huì)造成許多不良后果,如:①污染土壤和地下水,特別是造成重金屬污染、有機(jī)毒物污染等;②導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量下降;③散發(fā)臭味、滋生蚊蠅,危害人休健康等。

污水土地處理系統(tǒng)由污水的預(yù)處理設(shè)備、調(diào)節(jié)貯存設(shè)備、輸送配布設(shè)備,控制系統(tǒng)與設(shè)備、土地凈化田和收集利用系統(tǒng)組成。其中土地凈化田是污水土地處理系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)。當(dāng)前,污水土地處理系統(tǒng)常用的工藝有慢速滲濾系統(tǒng)、快速滲濾系統(tǒng),地表漫流系統(tǒng),濕地處理系統(tǒng)和地下滲濾處理系統(tǒng)。其中,濕地處理系統(tǒng)將在本章第三節(jié)中詳細(xì)介紹。

二、污水土地處理系統(tǒng)的凈化原理

結(jié)構(gòu)良好的表層土壤中存在土壤-水-空氣三相體系。在這個(gè)體系中,土壤膠體和土壤微生物是土壤能夠容納、緩沖和分解多種污染物的關(guān)鍵因素。污水土地處理系統(tǒng)的凈化過(guò)程包括物理過(guò)濾、物理吸附與沉積、物理化學(xué)吸附、化學(xué)反應(yīng)與沉淀、微生物代謝與有機(jī)物的生物降解等過(guò)程,是一個(gè)十分復(fù)雜的綜合凈化過(guò)程。其對(duì)各項(xiàng)污染物的去除機(jī)理如下:

(一)懸浮固體的去除

懸浮固體(SS)主要通過(guò)過(guò)濾截留、沉淀、生物的吸附及作物的阻截作用去除。慢速滲濾,快速滲濾和地下滲濾系統(tǒng)中懸浮固體的去除以過(guò)濾截留作用為主,地表漫流系統(tǒng)中的懸浮固體去除則主要靠沉淀.生物的吸附及作物的阻截作用,后者的去除效果較前者稍差。

值得注意的是,懸浮固體是導(dǎo)致土地處理系統(tǒng)堵塞的一個(gè)重要原因。一般來(lái)說(shuō),二級(jí)處理出水中的懸浮固體導(dǎo)致土壤堵塞的可能性更大,而一級(jí)處理出水的懸浮固體則不易造成明顯的堵塞,這是因?yàn)橐患?jí)處理出水懸浮固體中可降解成分多,而二級(jí)處理出水懸浮固體中難降解的惰性成分較多。

(二)B0D的去除

BOD進(jìn)人土地處理系統(tǒng)以后,在土壤表層區(qū)域即通過(guò)過(guò)濾、吸附作用被截留下來(lái),然后通過(guò)土壤層中生長(zhǎng)著的細(xì)菌、真菌(酵母、霉菌等)、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物,甚至像蚯蚓那樣的動(dòng)物作用將其最后降解。土壤微生物一般集中在表層50cm深度的土壤中,因而大多數(shù)BOD的去除反應(yīng)都發(fā)生在地表或靠近地表的地方。

通過(guò)土壤微生物的馴化,可以較大幅度提高土地處理系統(tǒng)的有機(jī)負(fù)荷。對(duì)于某些處理易生物降解工業(yè)廢水的土地處理系統(tǒng),進(jìn)水BOD,濃度即使達(dá)到1000mg/L或者更高,系統(tǒng)仍能有效地運(yùn)行。城鎮(zhèn)污水有機(jī)物濃度一般遠(yuǎn)低于上述值,因此,采用土地處理系統(tǒng)凈化城鎮(zhèn)污水中的有機(jī)物是沒(méi)有問(wèn)題的。各種土地處理系統(tǒng)處理城鎮(zhèn)污水時(shí)使用的典型有機(jī)負(fù)荷如表14-4所示.

表各種土地處理系統(tǒng)處理城鎮(zhèn)污水時(shí)使用的典型有機(jī)負(fù)荷

(三)氮的去除

氮脫除機(jī)理主要包括作物吸附吸收、生物脫氮以及揮發(fā)。城鎮(zhèn)污水中的氮通常以有機(jī)氮和氨氮(也可以是銨離子)的形式存在。在土地處理系統(tǒng)中，有機(jī)氮首先被截留或沉淀,然后在微生物的作用下轉(zhuǎn)化為氨氮。由于土壤跟粒帶有負(fù)電荷,銨離子很容易被吸附,土壤微生物通過(guò)確化作用將銨離子轉(zhuǎn)化為NO后,土壤又恢復(fù)對(duì)銨離子的吸附功能。土壤對(duì)負(fù)電荷的 NO;沒(méi)有吸附截留能力,因此一部分的NO,隨水分下移而淋失，一部分NO;被植物根系吸收而成為植物營(yíng)養(yǎng)成分,一部分NO7發(fā)生反硝化反應(yīng),最終轉(zhuǎn)化為N;或者N,O而揮發(fā)掉。

土壤的微生物脫氮是土地處理系統(tǒng)中氮去除的主要機(jī)理,而在慢速滲濾和地表漫流系統(tǒng)中,作物吸收也是去除氮的一個(gè)重要方面(可去除施人氮素的10%-50%)。

土壤中的氨揮發(fā)是一個(gè)物理化學(xué)過(guò)程。其揮發(fā)量和土壤的pH有關(guān)。如果土壤pH小于7.5,實(shí)際上只有NH)存在;在pH小于8.0時(shí)氨的揮發(fā)并不嚴(yán)重;在pH為9.3時(shí),土壤中氨和銨離子的比例是1:1,通過(guò)揮發(fā)造成的氨氮損失開始變得顯著(達(dá)到10%左右);在pH為12時(shí),全部氨氮都轉(zhuǎn)化為溶解性氨氣,揮發(fā)造成的氨氮損失非常顯著。

一體化污水處理設(shè)備13335257655

(四)磷的去除

污水中的磷可能以聚磷酸鹽.正磷酸鹽等無(wú)機(jī)磷和有機(jī)磷形態(tài)存在。土地處理系統(tǒng)中磷的去除過(guò)程包括植物根系吸收、生物作用過(guò)程、吸附和沉淀等。其中以土壤吸附和沉淀為主。

土壤對(duì)磷的吸附能力極強(qiáng),水中95%以上的磷可以被土壤吸附而儲(chǔ)存于土壤中。而磷在土壤中的擴(kuò)散、移動(dòng)極弱,只有在沙質(zhì)土壤、水田淹水土壤中大量施用有機(jī)肥的情況下,才可能引起土壤中磷的淋失。土壤的固磷作用主要有以下四種機(jī)制:

(1)化學(xué)沉淀作用:在酸性土壤中,磷與鐵、鋁等作用,生成不溶性瞬酸鹽(2)表面反應(yīng):土壞膠體和H,PO2在土壤表面發(fā)生交換反應(yīng)和吸附反應(yīng)。

(3)閉蓄反應(yīng):土壤中的Fc(OI);和其他不溶性的鋁質(zhì)和鈣質(zhì)膠膜將含磷礦化物包裹起來(lái),使其喪失在土壤中的流動(dòng)性

(4)生物固定作用:土壤中的無(wú)機(jī)磷被微生物所吸收利用,轉(zhuǎn)化為有機(jī)磷，可見,土壤對(duì)磷的吸附容量與土壤中所含的黏土、鋁、鐵和鈣等化合物的數(shù)量以及土壤的pH有關(guān)。礦物質(zhì)含量高、pII偏酸性或者偏堿性、具有良好團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的土壤,對(duì)磷的吸附容量大。而有機(jī)質(zhì)含量多、pH中性、具有粗團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的土壤,對(duì)磷的吸附容量小。

植物對(duì)磷的吸收與對(duì)氮的吸收成比例。通常認(rèn)為,植物要求氮、磷的營(yíng)養(yǎng)比為6:1。對(duì)于慢速滲濾系統(tǒng)及地表漫流系統(tǒng),由于經(jīng)常收割,植物根系對(duì)磷的吸收約占總輸人的20%~30%。慢速滲濾、快速滲濾以及地下滲濾系統(tǒng),只要發(fā)生滲透和側(cè)滲過(guò)程,污水中的磷有機(jī)會(huì)接觸大量土壤表面,吸附和沉淀作用就成為土地處理系統(tǒng)中磷凈化作用的主要因索。而漫流系統(tǒng)由于土壤滲透性小,污水中磷與土壤接觸的表面積不大,因而吸附和沉淀作用受到一定的限制。

(五)金屬元素的去除

污水中的金屬元素包括Hg、As、Cr、Pb、Cd、Cu、Zn和Ni等。微量金屬元素在土壤中的去除是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程,包括吸附、沉淀、離子交換和整合等反應(yīng)。由于大多數(shù)痕量金屬的吸附發(fā)生在黏土礦物質(zhì)、金屬氧化物以及有機(jī)物的表面,所以質(zhì)地細(xì)黏和有機(jī)質(zhì)豐富的土壤對(duì)痕量金屬的吸附能力比沙質(zhì)土壤大。

值得注意的是,雖然金屬元素在土壤表面中的蓄積特性可以免除或大大減輕對(duì)地下水的污染,但卻會(huì)產(chǎn)生土地處理系統(tǒng)金屬元素蓄積的長(zhǎng)期效應(yīng)間題,土壤一旦被金屬元素污染,就很難像大氣污染那樣通過(guò)擴(kuò)散自凈作用加以消除。因此,有必要對(duì)投配到土壤中的金屬元索濃度加以限制。使土壤pI保持在6.5以上,可使某些微量元索呈難溶化合物形式存在,使其毒性降至最低程度。

晨銘污水處理設(shè)備一體化13335257655

(六)痕量有機(jī)物的去除

痕量有機(jī)物在土地處理系統(tǒng)中的去除主要是通過(guò)揮發(fā)、光解、吸附和生物降解等作用完成的。

典型城鎮(zhèn)污水中的痕量有機(jī)物一般不會(huì)對(duì)土地處理場(chǎng)地的地下含水層產(chǎn)生不良影響。但是應(yīng)當(dāng)指出,如果城鎮(zhèn)污水中包括了化學(xué)工業(yè)、制藥工業(yè)和石化工業(yè)等行業(yè)的工業(yè)廢水,對(duì)這種混有工業(yè)廢水的城鎮(zhèn)污水采用土地處理工藝時(shí),應(yīng)重視污水中的有毒化合物。

(七)病原微生物的去除

污水土地處理所關(guān)注的病原微生物有細(xì)菌、寄生蟲和病毒。它們通過(guò)過(guò)濾、吸附、干化.輻照、生物捕食以及暴露在不利條件下等方式而被去除。由于原生動(dòng)物和蠕蟲的個(gè)體尺寸較大,它們主要是被土壤的表面過(guò)濾作用除去,細(xì)菌主要是通過(guò)土壤的吸附和土壤表面的過(guò)濾作用去除,而病毒則幾乎全部是通過(guò)土壤的吸附作用去除的。