污水土地處理方法研究進(jìn)展

冀瑞鋒 ，孫西歡 ，馬娟娟 ，郭向紅

（1.太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太原 030024；2.山西省水利水電科學(xué)研究院，山西 太原 030002）

0 引言

中國是世界13個(gè)缺水國家之一，全國600多個(gè)城市中目前約有1/2的城市缺水，水污染惡化使水短缺：我國江河湖泊普遍遭受污染；90%的城市水域污染嚴(yán)重，降低了水體的使用功能，加劇了水資源短缺，對我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施帶來了負(fù)面影響。不僅我國如此，世界上許多國家和地區(qū)都面臨著水污染惡化和水資源不足的嚴(yán)重威脅。所以進(jìn)行污水處理、對水資源進(jìn)行回收利用刻不容緩。

現(xiàn)代城市污水處理技術(shù)是在人類防治環(huán)境污染斗爭中逐步成長起來的，處理方法主要為生物處理法，可分為厭氣處理法和好氣處理法兩類。厭氣處理法借助厭氧濾器的物理過濾作用和消化過程來去除有機(jī)物和懸浮固體。與一般常規(guī)方法相比，其運(yùn)行能耗相當(dāng)少、操作簡便，可回收一定量的甲烷。好氣處理法是目前世界各國城市污水處理的主要工藝和發(fā)展方向，主要有活性污泥法、生物過濾法、氧化塘法、生物接觸氧化法。其中活性污泥法的造價(jià)和能耗都明顯低于普通生物處理法[1]，越來越受到人們的重視。然而這些方法建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用較高、能源浪費(fèi)較大，難以大面積推廣應(yīng)用。

污水土地處理是在人們早已熟知的傳統(tǒng)污水灌溉基礎(chǔ)上發(fā)展起來的污水深度處理新技術(shù)。污水土地處理凈化原理主要是利用土壤截濾吸附、生物降解和植物吸收。這是一種經(jīng)濟(jì)高效的深度處理方法。污水既能在肥田過程中得到凈化和再利用，同時(shí)又可補(bǔ)充地下水或取出再用[2]。與污水人工處理相比，傳統(tǒng)的污水土地處理系統(tǒng)具有建設(shè)運(yùn)行費(fèi)用低、節(jié)省能源、有較好的經(jīng)濟(jì)可行性等特點(diǎn)。但該方法同時(shí)也存在著很多缺點(diǎn)：要求在污水水源附近有可以利用的土地資源，并且這種處理系統(tǒng)處理能力低，需要的土地面積大。對土地資源較為緊張的大型城市，這是一個(gè)不容忽視的限制條件。另外，污水土地處理系統(tǒng)在雨雪等復(fù)雜氣候條件下無法運(yùn)行，需要對污水作特殊處理，這就增加了投資，使這種系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)可行性大打折扣。上述問題都限制了污水土地處理系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。針對傳統(tǒng)污水土地處理方法存在的問題，澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)院科學(xué)家提出了一種改進(jìn)的污水土地處理方法。它是根據(jù)當(dāng)?shù)厮臍庀蟮葪l件，建立的一種優(yōu)化生態(tài)工程水肥資源綜合利用模式，對我國中小城鎮(zhèn)尤為適用，為我國中小城鎮(zhèn)的污水資源化開辟了一條新途徑。

1 改進(jìn)的污水土地處理法簡介

改進(jìn)的污水土地處理方法，其主要目的是利用污水進(jìn)行灌溉，一方面滿足作物對水分的需求，并滿足或補(bǔ)充作物對養(yǎng)分的需求，同時(shí)降低污水中的氮磷含量，使之達(dá)到環(huán)保部門要求的排放標(biāo)準(zhǔn)。該技術(shù)使用高污染物含量的生活污水進(jìn)行作物灌溉，通過土壤過濾匯集到密集的地下排水系統(tǒng)，然后排放到地面溝渠或其他地表水體，或者二次利用。

該技術(shù)在澳大利亞新南威爾士州格林菲斯市進(jìn)行初步試驗(yàn)表明，使用該技術(shù)既可保證足夠的污水處理能力，又能充分降低污水中的污染物含量。

此外，澳洲專家在山西省陽高縣進(jìn)行了試驗(yàn)。在作物（當(dāng)?shù)刂饕魑餅橛衩祝┥L季節(jié)進(jìn)行灌水試驗(yàn)，對灌前的污水和通過土壤過濾的水及地下水水質(zhì)進(jìn)行對比，分析土壤對污染物的去除效果。結(jié)果表明，該技術(shù)對農(nóng)作物可持續(xù)灌溉和營養(yǎng)的再利用有積極作用，使用該技術(shù)能大大降低污水中污染物的含量，達(dá)到了污水排放標(biāo)準(zhǔn)。

2 污染物去除機(jī)理分析

污水中的污染物經(jīng)過表土層及下包氣帶時(shí)產(chǎn)生一系列的物理、化學(xué)和生物作用，許多微生物和化學(xué)物質(zhì)通過吸附、分解、沉積、離子交換、氧化、還原及其他化學(xué)反應(yīng)（在土壤表層）被去除，這些過程使一些污染物降解為無毒無害的成分，還有一些被植物吸收或合成到微生物里，使污染物濃度降低。

2.1 磷的去除

磷的去除是通過作物的吸收、生物、化學(xué)和物理作用完成的。土壤對磷的吸附能力極強(qiáng)，磷在土壤中的積累會(huì)使土壤“容納”磷的潛在能力降低。污水中的磷經(jīng)改進(jìn)的污水土地處理系統(tǒng)處理后，99%以上的磷被土壤吸附而貯存于土壤中，出水中含磷在0.1mg/L以下。

2.2 氮的去除

污水中的氮通常以有機(jī)氮和氨（或銨離子）的形式存在。在土壤—植物系統(tǒng)中有機(jī)氮首先被截留或沉淀，氨態(tài)氮通過揮發(fā)及作物吸收或由土壤吸附而減少。土壤微生物可以把滯留的氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氧化氮而使土壤的吸附能力得以恢復(fù)。在灌溉期間，一定深度內(nèi)的吸附點(diǎn)均由銨離子所飽和。在恢復(fù)期好氧條件下，土壤微生物將氨轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛岬?，下次灌水期，新的銨離子被再次吸附，一些硝酸氮在碎入滲水下移時(shí)，由于處于厭氧條件，可以反硝化為氮?dú)舛詈笠萑氪髿庵?。有機(jī)氮的分解是一個(gè)緩慢的過程，系統(tǒng)的出水全氮可降到10 mg/L。

2.3 COD的去除

COD（化學(xué)需氧量）的去除主要是通過微生物分解有機(jī)物同時(shí)進(jìn)行生化耗氧過程。經(jīng)微生物的生化作用，將COD分解轉(zhuǎn)化成可供植物、微生物吸收的形式，從而達(dá)到降解污染物濃度的目的[3]。

2.4 BOD的去除

大多數(shù)BOD（生化需氧量）的去除反應(yīng)都發(fā)生在地表或是靠近地表的地方，這一區(qū)域中土壤微生物的活性極強(qiáng)。間歇或周期地向其中投配污水，可以為好氧微生物提供充足的氧氣[4]。微生物的生長及其在地表形成的生物膜對污水中有機(jī)物的最終去除起主要作用。

2.5 懸浮固體的去除

懸浮固體的去除機(jī)制是污水通過土壤空隙時(shí)的過濾、吸附和沉淀作用及植物性碎屑、生物的截流作用使污水中的懸浮固體得以去除。

2.6 病原體的去除

污水中病原體的去除是通過以下作用和方式完成的：吸附作用、干燥作用、輻射作用、過濾作用、生物性吞噬和暴露情況下不利于病原體生存的其他條件。經(jīng)改進(jìn)的污水土地處理系統(tǒng)處理后的污水中，絕大多數(shù)病原體被濾除。

3 污染物去除效果

試驗(yàn)監(jiān)測結(jié)果表明,改進(jìn)的污水土地處理系統(tǒng)對水體的COD，BOD、氨氮、磷、懸浮物、大腸桿菌等處理效果明顯，去除效果見表1[5]。

表1 改進(jìn)的污水土地處理系統(tǒng)污染物處理效果

4 結(jié)語

改進(jìn)的污水土地處理系統(tǒng)是一個(gè)綜合的污水生態(tài)處理系統(tǒng)。它根據(jù)生態(tài)環(huán)境的水、大氣、土壤和作物之間的結(jié)構(gòu)與功能協(xié)調(diào)原則構(gòu)建，在促進(jìn)污水中污染物質(zhì)良性循環(huán)的前提下，充分發(fā)揮水資源的再生潛力，防止水環(huán)境的再污染，獲得污水處理與資源化的最佳效益，是一種較好的污水生態(tài)處理方式，比較適合于處理水量不大、管理水平不高的城鎮(zhèn)污水和較分散處理污水。但目前我國還處在技術(shù)初步運(yùn)行階段，要使該項(xiàng)技術(shù)廣泛推廣，需要制定相應(yīng)的政策措施使之進(jìn)一步完善。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，該項(xiàng)技術(shù)將會(huì)不斷趨向完善，對我國中小城鎮(zhèn)的生活污水處理有著廣闊的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。

［1］萬秀林.AB生物法處理污水的工藝特性、運(yùn)行機(jī)理與應(yīng)用效果[J].四川環(huán)境，1990，4（6）：13-18.

［2］傅金祥.污水處理新技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用[J].沈陽建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，1992，3（7）：296-302.

［3］韓熔紅.撫順市污水處理廠廢水處理效果的評價(jià)[J].遼寧城鄉(xiāng)環(huán)境科技，2002，5（2）：20-21.

［4］魏永強(qiáng)，楊春.阿圖什氧化塘污水處理效果分析[J].干旱環(huán)境監(jiān)測，2008，3（5）：156-160.

［5］李海軍.陽高縣FILTER污水土地處理系統(tǒng)應(yīng)用效果分析[J].山西水利科技，2006，4（3）：17-19.