污水處理與土地處理的結(jié)合方法

土地處理系統(tǒng)(land processing system)是利用土地及其中微生物和植物根系對(duì)污水(廢水)進(jìn)行處理，同時(shí)又利用其中水分和肥分促進(jìn)農(nóng)作物、牧草或樹(shù)木生長(zhǎng)的工程設(shè)施。屬于常年性污水處理工程，常用于中小城市污水二級(jí)污水處理之后代替處理。由污水的沉淀預(yù)處理、貯水塘湖、灌溉系統(tǒng)、地下排水等系統(tǒng)組成。處理方式一般為污水灌溉(通過(guò)噴灑或自流將污水排放到土地上以促進(jìn)植物的生長(zhǎng))、滲濾(將污水排放到粗砂、土壤和砂壤土土地上竟?jié)B濾處理并補(bǔ)充地下水)和地表漫流。

    利用土地以及其中的微生物和植物根系對(duì)污染物的凈化能力來(lái)處理污水或廢水，同時(shí)利用其中的水分和肥分促進(jìn)農(nóng)作物、牧草或樹(shù)木生長(zhǎng)的工程設(shè)施。

土地處理系統(tǒng)是常年性的污水處理工程。隨著工業(yè)化和城市化的迅速發(fā)展，廢水中污染物的種類(lèi)日漸增多，即使經(jīng)過(guò)污水二級(jí)處理，仍有一些污染物如氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和難以生物降解的物質(zhì)未被去除，需要進(jìn)行處理(見(jiàn)污水三級(jí)處理)。而正規(guī)的污水處理費(fèi)用很高，難以普遍實(shí)施，因此土地處理系統(tǒng)便作為污水處理的代用方法被推廣開(kāi)來(lái)，特別適于處理中小城市的污水。

污水處理與土地處理的結(jié)合方法

處理方式 :

地表漫流

用噴灑或其他方式將廢水有控制地排放到土地上。土地的水力負(fù)荷每年為1.5~7.5米。適于地表漫流的土壤為透水性差的粘土和粘質(zhì)土壤。地表漫流處理場(chǎng)的土地應(yīng)平坦并有均勻而適宜的坡度(2~6%)，使污水能順坡度成片地流動(dòng)。地面上通常播種青草以供微生物棲息和防止土壤被沖刷流失。污水順坡流下，一部分滲入土壤中，有少量蒸發(fā)掉，其余流入?yún)R集溝。污水在流動(dòng)過(guò)程中，懸浮固體被濾掉，有機(jī)物被草上和土壤表層中的微生物氧化降解。這種方法主要用于處理高濃度的有機(jī)廢水，如罐頭廠的廢水和城市污水。

灌溉

通過(guò)噴灑或自流將污水有控制地排放到土地上以促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。污水被植物攝取，并被蒸發(fā)和滲濾。灌溉負(fù)荷量每年約為0.3~1.5米。灌溉方法取決于土壤的類(lèi)型、作物的種類(lèi)、氣候和地理?xiàng)l件。通用的方法有噴灌、漫灌和壟溝灌溉(見(jiàn)圖)。 噴灌:采用由泵、干渠、支渠、升降器、噴水器等組成的噴灑系統(tǒng)將污水噴灑在土地上。這種灌溉方法適用于各種地形的土地，布水均勻，水損耗少，但是費(fèi)用昂貴，而且對(duì)水質(zhì)要求較嚴(yán)，必須是經(jīng)過(guò)二級(jí)處理的。

漫灌:土地間歇地被一定深度的污水淹沒(méi)，水深取決于作物和土壤的類(lèi)型。漫灌的土地要求平坦或比較平坦，以使地面的水深保持均勻，地上的作物必須能夠經(jīng)受得住周期性的淹沒(méi)。

壟溝灌溉:靠重力流來(lái)完成。采用這種灌溉方式的土地必須相當(dāng)平坦。將土地犁成交替排列的壟和溝。污水流入溝中并滲入土壤，壟上種植作物。壟和溝的寬度和深度取決于排放的污水量、土壤的類(lèi)型和作物的種類(lèi)。

上述三種灌溉方式都是間歇性的，可使土壤中充滿空氣，以便對(duì)污水中的污染物進(jìn)行需氧生物降解。

滲濾

這種方法類(lèi)似間歇性的砂濾，水力負(fù)荷每年約為3.3~150米。廢水大部分進(jìn)入地下水，小部分被蒸發(fā)掉。滲水池一般是間歇地接受廢水，以保持高滲透率。適于滲濾的土壤通常為粗砂、壤土砂或砂壤土。滲濾法是補(bǔ)充地下水的處理方法，并不利用廢水中的肥料，這是與灌溉法不同的。

凈化效能 廢水中的污染物在土地處理系統(tǒng)中是通過(guò)許多種過(guò)程去除的，包括土壤的過(guò)濾截留，物理和化學(xué)的吸附，化學(xué)分解和沉淀，植物和微生物的攝取，微生物氧化降解以及蒸發(fā)等。

污水處理與土地處理的結(jié)合方法

病菌去除

病原微生物的去除

廢水中的病原微生物進(jìn)入土壤，便面臨競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，例如遇到由其他微生物產(chǎn)生的抗生物質(zhì)和較大微生物的捕食等。在表層土壤中競(jìng)爭(zhēng)尤其劇烈，這里氧氣充足，需氧微生物活躍，在其氧化降解過(guò)程中要捕食病原菌、病毒。一般地說(shuō)，病原菌和病毒在肥沃土壤中以及在干燥和富氧的條件下，比在貧瘠土壤中以及在潮濕和缺氧的條件下，生存期短，殘留率小。廢水經(jīng)過(guò)一米至幾米厚的土壤過(guò)濾，其中的細(xì)菌和病毒幾乎可以全部去除掉,僅在地表上層1厘米的土壤中微生物的去除率就高達(dá)92~97%。

BOD的去除

廢水中的BOD(生化需氧量)大部分是在10~15厘米厚的表層土中去除的。BOD、COD(化學(xué)需氧量)和 TOC(總有機(jī)碳)的物理(過(guò)濾)去除率為30~40%。廢水中的大多數(shù)有機(jī)物都能被土壤中的需氧微生物氧化降解，但所需的時(shí)間相差很大，從幾分鐘(如葡萄糖)到數(shù)百年(如稱(chēng)為腐殖土的絡(luò)合聚結(jié)體)。廢水中的單糖、淀粉、半纖維、纖維、蛋白質(zhì)等有機(jī)物在土壤中分解較快，而木質(zhì)素、蠟、單寧、角質(zhì)和脂肪等有機(jī)物則分解緩慢。如果水力負(fù)荷或 BOD負(fù)荷超過(guò)了土壤的處理能力，這些難分解的有機(jī)化合物便會(huì)積累下來(lái)，使土壤孔隙堵塞，發(fā)生厭氧過(guò)程。如發(fā)生這種情況，應(yīng)減少灌溉負(fù)荷，使土壤表層恢復(fù)富氧的狀況，逐漸將積累的污泥和多糖氧化降解掉。在厭氧過(guò)程中形成的硫化亞鐵沉淀，也會(huì)被氧化成溶解性的硫酸鐵，從而使堵塞得到消除。

磷和氮的去除

在廢水中以正磷酸鹽形式存在的磷，通過(guò)同土壤中的鈣、鋁、鐵等離子發(fā)生沉淀反應(yīng)，被鐵、鋁氧化物吸附和農(nóng)作物吸收而有效地除去。因此廢水土地處理系統(tǒng)的地下水或地下排水系統(tǒng)的水中含磷濃度一般為 0.01~0.1毫克/升。磷在酸性條件下生成*和磷酸鐵沉淀，而在堿性條件下則主要生成磷酸鈣或羥基磷灰石沉淀。除了純砂土以外，大多數(shù)土壤中的磷在0.3~0.6米厚的上層便幾乎被全部除去。

廢水中的氮在土地上有四種形式:有機(jī)氮、氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮。亞硝酸鹽氮在氧氣存在的條件下易被氧化為硝酸鹽氮。土地上的氮不管呈何種形態(tài)，如不揮發(fā)，zui后都會(huì)礦化為硝酸鹽氮。硝酸鹽氮可通過(guò)作物的根部吸收和反硝化(脫硝)作用去除，在深入到根區(qū)以下的土層中，由于缺氧條件，部分硝態(tài)氮(10~80%)發(fā)生脫硝反應(yīng);zui后總有一部分硝態(tài)氮進(jìn)入地下水中。

有機(jī)毒物的去除

二級(jí)處理出水中含的微量有機(jī)毒物，如鹵代烴類(lèi)、多氯聯(lián)苯、酚化物以及有機(jī)氯、有機(jī)磷和有機(jī)汞藥等。它們的濃度一般遠(yuǎn)低于 1毫克/升，在土壤中通過(guò)土壤膠體吸附,植物攝取，微生物降解,化學(xué)破壞揮發(fā)等途徑而被有效地去除。

微量金屬的去除

一般認(rèn)為粘土礦、鐵、鋁和錳的水合氧化物這四種土壤組分以及有機(jī)物和生物是控制土壤溶液中微量金屬的重要因素。它們?nèi)コ⒘拷饘俚姆绞接?①層狀硅酸鹽以表面吸附或以形成表面絡(luò)合離子穿入晶格和離子交換等方式吸附;②不溶性鐵、鋁和錳的水合氧化物對(duì)金屬離子的吸附;③有機(jī)物如腐植酸對(duì)鎘、汞等重金屬的吸附;④形成金屬氧化物或氫氧化物沉淀;⑤植物的攝取和固定。微量重金屬的去除以吸附作用為主;常量重金屬的去除往往以沉淀作用為主。

在廢水所含的金屬中，鎘、鋅、鎳和銅在作物中的濃縮系數(shù)zui高，因而對(duì)作物以及通過(guò)食物鏈對(duì)動(dòng)物和人的危害也zui大。

處理效率 土地處理系統(tǒng)處理效率取決于廢水負(fù)荷、土壤、作物、氣候，以及運(yùn)行狀況等許多因素。根據(jù)土地處理系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)和運(yùn)行良好的各種處理方式的效率估計(jì)如表。