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分層填料土地滲濾系統(tǒng)處理生活污水

文檔作者：羅仙平，賴蘭萍，封丹，嚴(yán) 群，韓磊，李健昌文檔來源：江西理工大學(xué)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年06月13日
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第31卷第6期
2009年12月
Journal of Civil。土Arc木hit建ectu筑ral與＆環(huán)En境vir工onm程e ntal Engineering Vo1．31 NO．6
Dec． 2009
分層填料土地滲濾系統(tǒng)處理生活污水
羅仙平，賴蘭萍，封 丹，嚴(yán) 群，韓 磊，李健昌
('2r-西理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西贛州341000)
摘 要：為提高土地滲濾系統(tǒng)水力滲透性能，構(gòu)建了2套不同填料的滲濾系統(tǒng)，1。裝置由紅壤與
分層裝填，2 裝置由紅壤與煤渣分層裝填，并將二者分別用于處理生活污水。在水力負(fù)
10 cm。／(cm ·d)運(yùn)行下，1 裝置對(duì)C0D、總磷、氨氮的去除率分別為91．1 、97．6 、8O．1 ，2
置為94．9 、98．3％ 、89．0 ；1 裝置出水硝氮和亞硝氮的平均濃度分別為54．7 mg／L
0．09 mg／I ，2 裝置為6O．3 mg／I 和0．15 mg／L。試驗(yàn)結(jié)果表明，2 裝置對(duì)COD、總磷和氨氮的
除效果稍優(yōu)于1 裝置，但1 裝置更利于硝氮和亞硝氮的脫除，進(jìn)一步說明分層裝填能充分利用
料性能，有效地提高了土地滲濾系統(tǒng)的水力滲透性能且保持了良好的去除污染物的能力。
關(guān)鍵詞：土地滲濾系統(tǒng)；紅壤；砂；煤渣；生活污水
中圖分類號(hào)：X172 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674—4764(2009)06—0132—05
Analysis of Dom estic W astewater Treatment by
Infiltration System with Layered—filling
LU0 Xian—ping，LAI Lan-ping，F(xiàn)ENG
(College of Resource and Environmental Engineering，J iangxi
P．R．China)
Dan，YAN Qun，HAN Lei，LI dian—chang
University of Science and Technology，Ganzhou 341000，Jiangxi，
Abstract：In order to improve the hydraulic permeability of wastewater infiltration system ，two installations
were designed with two different fillers for treating domestic wastewater at laboratory．1。installation was
filled with layers of red soil and sand，while 2 with layers of red soil and cinder．At the load of 1 0 cm。／
(cm ·d)，the average removal efficiency of COD，TP，NH+一N were obtained 91．1 ，97．6 ，48．7
and 8O．1 0A ，respectively by 1 installation；and 94．9 ，98．3 and 89．0％ ，respectively by 2 ．The
average effluent concentrations of nitric and nitrite were 54．7mg／I and 0．09mg／L by 1 installation：and
6O．3mg／L and 0．15mg／I by 2 ．It was found that the removal efficiency of COD．TP and NH4+ 一N by
2 installation were better than those of 1 ，whilst 1 installation was more favourable for the removal of
nitric and nitrite． The results further implied that layered filling can make good use of its filling
perform ance．The hydraulic permeability of wastewater infiltration system and the removal of pollutants
can also be effectively improved．
Key words：Infiltration System ；red soil；sand；cinder；domestic wastewater
土地滲濾系統(tǒng)是一種集自然生態(tài)凈化與人工工
藝于一體的小規(guī)模原位污水凈化技術(shù)。它源自古老
的灌溉，繼承并發(fā)展了污灌技術(shù)簡(jiǎn)便、可資源化的優(yōu)
點(diǎn)，是對(duì)其存在的不足(如處理能力和處理效率低、
收稿日期：2009—06一l6
基金項(xiàng)目：江西省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(贛教技字[2007]216號(hào))；江西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2OO7GQHO655)；江西
省青年科學(xué)家(井岡之星)培養(yǎng)對(duì)象計(jì)劃項(xiàng)目(2007DQ00400)
作者簡(jiǎn)介：羅仙平(1973)，男，教授，主要從事土地滲濾系統(tǒng)和礦冶環(huán)境工程研究，(E—mia1)lxp9491@163．corn。
砂荷裝和去填
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第6期 羅仙平，等：分層填料土地滲濾系統(tǒng)處理生活污水
易堵塞、對(duì)周圍環(huán)境造成危害等)則通過工程技術(shù)手
段加以改進(jìn)的技術(shù)l1]。該技術(shù)具有操作簡(jiǎn)便、基建
投資低(為傳統(tǒng)二級(jí)處理系統(tǒng)的1／3～1／2)、能耗少
(一般不需運(yùn)行費(fèi)用或費(fèi)用低)、凈化效率高、去除
N、P有效和再生水可回用等特點(diǎn)。作為解決水污染
和污水回用問題的一種新型污水處理技術(shù)，它一直
是世界各國關(guān)注的環(huán)保熱點(diǎn)I2。j。
目前對(duì)土地滲濾系統(tǒng)的研究主要集中在以純土
壤為填料，由于純土壤水力滲透性能較小，水力負(fù)荷
過高，易堵塞，因此以純土壤為填料的滲濾系統(tǒng)所能
承受的水力負(fù)荷較低，占地面積較大。國內(nèi)外開展
了采用不同填料滲濾系統(tǒng)處理污水的研究，Pell
等_j 采用砂層厚度為75 cm的滲濾系統(tǒng)處理城鎮(zhèn)污
水，水力負(fù)荷為6．7 cm。／(cm ·d)，出水CoD去除
率可達(dá)91．0％ ；羅仙平等[4 采用贛南典型的紅土處
理贛州城市生活污水，COD去除率達(dá)90 以上；嚴(yán)
群等 采用上海的粘性土壤與草炭混合后與煤渣
分層的毛管滲濾系統(tǒng)處理生活污水，C0D、總磷、氨
氮、總氮的去除率在水力負(fù)荷10 cm。／(cm ·d)時(shí)
分別為69．6 、89．5％ 、96．3％ 、25．7 ，在水力負(fù)
荷20 cm。／(cm ·d)時(shí)分別為71．0 、62．1％ 、
93．5 、29．7 ，煤渣及草碳的添加有效地改善了土
地毛管滲濾系統(tǒng)的水力滲透性能并保證了良好的污
水處理效果。為此，針對(duì)江西特有的粘性紅壤，該文
采用對(duì)磷吸附能力較強(qiáng)、粒度較粗、孔隙率較多的煤
渣和水力滲透性能較好的河砂替換部分紅壤，以期
提高土地滲濾系統(tǒng)的水力滲透性能，同時(shí)比較紅壤
與砂分層和紅壤與煤渣分層兩種裝填方式對(duì)污水處
理效果的影響。
1 試驗(yàn)概況
1．1 試驗(yàn)裝置
試驗(yàn)裝置包括儲(chǔ)水箱、穿孔布水管和土地滲濾
裝置等3部分，見圖1。其中儲(chǔ)水箱的作用相當(dāng)于
化糞池系統(tǒng)，從儲(chǔ)水箱流入裝置的水相當(dāng)于初級(jí)處
理后出水；而穿孔布水管和土地滲濾裝置構(gòu)成土地
滲濾系統(tǒng)。污水由儲(chǔ)水箱通過恒流泵投配到土地滲
濾裝置中，然后進(jìn)入埋在裝置中的穿孔布水管和滲
濾溝，緩慢地向周圍土壤浸潤、滲透和擴(kuò)散，經(jīng)過土
壤的物理作用、化學(xué)作用和微生物的生化作用得到
處理和凈化 ]。
采用兩套裝置進(jìn)行平行試驗(yàn)，1 、2 裝置的尺
寸及內(nèi)部填料結(jié)構(gòu)見表1。1 、2 裝置內(nèi)部填料裝
填結(jié)構(gòu)見圖2。裝置內(nèi)部采用16 mm 的PVC布水
管。管兩側(cè)根據(jù)長度均勻布置1．5 mm 的出水孔。
圖1 試驗(yàn)裝置運(yùn)行示意圖
表1 裝置結(jié)構(gòu)尺寸及填料裝填方式
序號(hào)長×寬x高／cm 填料裝填方式
(砂)
(砂)
圖2 1 、2 裝置填料裝填結(jié)構(gòu)示意圖
1．2 進(jìn)水水質(zhì)與試驗(yàn)方法
試驗(yàn)污水取自某生活小區(qū)的化糞池，主要的水
質(zhì)指標(biāo)見表2。
試驗(yàn)過程中的水質(zhì)分析項(xiàng)目包括COD、氨氮、
硝氮、亞硝氮和總磷，分別采用重鉻酸鉀法、納氏試
劑分光光度法、紫外分光光度法、N一(1～萘基)～
乙二胺分光光度法和鉬銻抗分光光度法測(cè)定[1 。
表2 原水水質(zhì)指標(biāo)／(mg·L J
1．3 運(yùn)行工況
2裝置運(yùn)行均采用間歇進(jìn)水方式，每天進(jìn)水1
次，12 h進(jìn)水12 h停水。土地滲濾系統(tǒng)采用的水力
負(fù)荷不超過土壤飽和滲透系數(shù)的4 ～10 。2裝置
內(nèi)分別裝填紅壤、煤渣和砂子，試驗(yàn)測(cè)得紅壤、煤渣和
砂子的飽和水力滲透系數(shù)分別為0．17／(cm·h )、
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134 土木建筑與環(huán)境工程 第31卷
254．7／(eel·h )和118．4／(cm ·h )，可算得紅
壤、煤渣和砂子的滲濾系統(tǒng)所能承受的最高水力負(fù)
荷分別為0．1 6 cm (cm。·d)、244．5 cm。／(cm ·
d)和113．6 cm ／(cm ·d)。在實(shí)際應(yīng)用中采用純
紅壤土地滲濾系統(tǒng)處理污水時(shí)，由于孔隙率過小容
易堵塞，且日處理水量很小從而使占地面積較大；若
土地滲濾系統(tǒng)采用純煤渣或者純砂子．導(dǎo)致污水在
系統(tǒng)內(nèi)部的停留時(shí)間不足和配水不均勻而影響處理
效果。因此，選擇水力負(fù)荷為10 cm。／(cm ·d)運(yùn)
行，進(jìn)水速度62 mI ／min。
砂和煤渣質(zhì)地均勻，內(nèi)部孔隙率大且具有很好
的滲透性能，表面易形成生物膜且不易堵塞，使其水
力滲透性能增加，而土壤的孔隙率小很多，微生物的
生長易形成堵塞現(xiàn)象，不利于污水的滲透，影響處理
效果。在經(jīng)過一年的運(yùn)行之后，試驗(yàn)測(cè)得1 、2 裝
置的出水速度分別為54 mI ／min、51 mL／min，滲透
性能良好，這主要由于分層裝填充分利用煤渣和砂
良好的透水通氣性能和中間紅壤層均勻布水功能，
提高了裝置的抗堵塞能力。
2 試驗(yàn)結(jié)果與討論
2。1 COD的去除效果分析
在水力負(fù)荷為10 Cm。／(cm ·d)的運(yùn)行條件
下，2裝置對(duì)C0D的處理效果見圖3。由圖3可知，
1 、2 裝置對(duì)COD都具有良好的處理效果，出水
COD平均去除率分別為91．1 和94．9 ，平均濃
度分別為19．1 mg／I 和12．3 mg／I 。
Quanrud 的研究表明對(duì)于二級(jí)和三級(jí)進(jìn)水，
經(jīng)過土地滲濾系統(tǒng)處理后的出水有機(jī)物濃度基本上
是一致的，說明土地滲濾系統(tǒng)對(duì)進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷有很
大的緩沖能力。由圖3可知，2裝置在水力負(fù)荷為
10 em ／(cm ·d)運(yùn)行時(shí)，其出水C()D濃度不隨進(jìn)
水COD濃度的變化而波動(dòng)，說明2裝置對(duì)進(jìn)水中有
機(jī)物濃度的沖擊負(fù)荷具有良好的承受能力。
圖3 1 、2 裝置COD去除效果
但由圖3亦可知，采用不同填料，裝置的處理效
果還是有一定的差別。土壤與煤渣分層裝置去除有
機(jī)物的效果更好，其原因可能是該裝置填料煤渣的
孔隙率高，上層的透氣性好，內(nèi)部易形成優(yōu)越的好氧
條件，利于內(nèi)部好氧微生物降解有機(jī)物活動(dòng)的發(fā)生；
盡管砂子作為填料在一定程度上也改善系統(tǒng)的復(fù)氧
性能，但其內(nèi)部問的孔隙比煤渣少，水力滲透性能也
隨之下降，因此表現(xiàn)出稍差的有機(jī)物去除效果。
研究實(shí)踐表明．對(duì)于處理某些易生物降解工業(yè)
廢水的土地處理系統(tǒng)，進(jìn)水中的BOD 濃度達(dá)到
1 000 mg／L或更高都不會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，但
USEPA(2002)l1。 所推薦的地下滲濾系統(tǒng)最高水力
負(fù)荷僅為6．6 cm。／(CITI。·d)，而實(shí)驗(yàn)在水力負(fù)荷為
10 cm。／(cm ·d)運(yùn)行，因此2系統(tǒng)有效地提高了土
地滲濾系統(tǒng)的水力滲透性能且保持了良好的去除有
機(jī)污染物的能力。
2．2 總磷的去除效果分析
兩裝置對(duì)總磷的去除效果見圖4。由圖4可知，
1 、2 裝置對(duì)總磷均有良好的去除效果，出水總磷
濃度一直很穩(wěn)定，分別為0．12 mg／L和0．09 mg／L，
平均去除率分別為97．6 0 0和98．3 ，均低于
GB 18918 2()(j2一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)(≤1 mg／I )，受進(jìn)
水總磷濃度波動(dòng)的影響較小。分析原因可能是采用
分層裝填方式，滲透性能不同的填料在垂直方向上
的交錯(cuò)分布，使污水能更為均勻的分布到系統(tǒng)中，和
內(nèi)部填料進(jìn)行充分的接觸，提供了更理想且穩(wěn)定的
磷去除性能。2裝置相比，2 裝置效果更佳，進(jìn)一步
說明在土地滲濾系統(tǒng)中采用煤渣作為填料更有利于
總磷的去除。
圖4 1 、2 裝置總磷去除效果
許多學(xué)者研究了土壤和煤渣對(duì)磷的去除效果，
邵長飛[13]研究了昆明紅土壤的磷吸附性能，實(shí)際固
磷能力達(dá)0．7 mg／g，飽和時(shí)間為6．2年；李培培
等 叫研究了碎石、煤渣、石膏和紫砂的磷吸附特性，
煤渣的最大吸附量為0．6 mg／g；黃玲u 采用了煤渣
處理pH 在5～9，濃度高達(dá)50 mg／I 的磷酸鹽溶
液，去除率始終在97 以上。由此可見，在土地滲
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第6期 羅仙平，等：分層填料土地滲濾系統(tǒng)處理生活污水
濾系統(tǒng)中利用煤渣或者砂替換部分土壤進(jìn)行污水處
理，不但提高了系統(tǒng)的水力滲透性能，而且促進(jìn)了對(duì)
磷的去除作用，提高了系統(tǒng)的使用壽命。
2．3 氨的去除效果分析
土地滲濾系統(tǒng)的脫氮機(jī)理主要是硝化和反硝化
作用，而硝化是由化能自養(yǎng)型好氧微生物(統(tǒng)稱為硝
化菌)將水中的、由有機(jī)氮氨化而來的氨氮和亞硝氮
轉(zhuǎn)化為硝氮；反硝化即硝酸鹽呼吸 ，是在缺氧條
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