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分層填料土地滲濾系統處理生活污水

文檔作者：羅仙平，賴蘭萍，封丹，嚴群，韓磊，李健昌文檔來源：江西理工大學		點擊數：	更新時間： 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處理生活污水
羅仙平，賴蘭萍，封 丹，嚴 群，韓 磊，李健昌
('2r-西理工大學資源與環(huán)境工程學院，江西贛州341000)
摘 要：為提高土地滲濾系統水力滲透性能，構建了2套不同填料的滲濾系統，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
10 cm。／(cm ·d)運行下，1 裝置對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。試驗結果表明，2 裝置對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的水力滲透性能且保持了良好的去除污染物的能力。
關鍵詞：土地滲濾系統；紅壤；砂；煤渣；生活污水
中圖分類號：X172 文獻標志碼：A 文章編號：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，FENG
(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。它源自古老
的灌溉，繼承并發(fā)展了污灌技術簡便、可資源化的優(yōu)
點，是對其存在的不足(如處理能力和處理效率低、
收稿日期：2009—06一l6
基金項目：江西省教育廳科學技術研究項目(贛教技字[2007]216號)；江西省自然科學基金項目(2OO7GQHO655)；江西
省青年科學家(井岡之星)培養(yǎng)對象計劃項目(2007DQ00400)
作者簡介：羅仙平(1973)，男，教授，主要從事土地滲濾系統和礦冶環(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處理生活污水
易堵塞、對周圍環(huán)境造成危害等)則通過工程技術手
段加以改進的技術l1]。該技術具有操作簡便、基建
投資低(為傳統二級處理系統的1／3～1／2)、能耗少
(一般不需運行費用或費用低)、凈化效率高、去除
N、P有效和再生水可回用等特點。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，它一直
是世界各國關注的環(huán)保熱點I2。j。
目前對土地滲濾系統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，水力負荷
過高，易堵塞，因此以純土壤為填料的滲濾系統所能
承受的水力負荷較低，占地面積較大。國內外開展
了采用不同填料滲濾系統處理污水的研究，Pell
等_j 采用砂層厚度為75 cm的滲濾系統處理城鎮(zhèn)污
水，水力負荷為6．7 cm。／(cm ·d)，出水CoD去除
率可達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90 以上；嚴
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處理生活污水，C0D、總磷、氨
氮、總氮的去除率在水力負荷10 cm。／(cm ·d)時
分別為69．6 、89．5％ 、96．3％ 、25．7 ，在水力負
荷20 cm。／(cm ·d)時分別為71．0 、62．1％ 、
93．5 、29．7 ，煤渣及草碳的添加有效地改善了土
地毛管滲濾系統的水力滲透性能并保證了良好的污
水處理效果。為此，針對江西特有的粘性紅壤，該文
采用對磷吸附能力較強、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
提高土地滲濾系統的水力滲透性能，同時比較紅壤
與砂分層和紅壤與煤渣分層兩種裝填方式對污水處
理效果的影響。
1 試驗概況
1．1 試驗裝置
試驗裝置包括儲水箱、穿孔布水管和土地滲濾
裝置等3部分，見圖1。其中儲水箱的作用相當于
化糞池系統，從儲水箱流入裝置的水相當于初級處
理后出水；而穿孔布水管和土地滲濾裝置構成土地
滲濾系統。污水由儲水箱通過恒流泵投配到土地滲
濾裝置中，然后進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、滲透和擴散，經過土
壤的物理作用、化學作用和微生物的生化作用得到
處理和凈化 ]。
采用兩套裝置進行平行試驗，1 、2 裝置的尺
寸及內部填料結構見表1。1 、2 裝置內部填料裝
填結構見圖2。裝置內部采用16 mm 的PVC布水
管。管兩側根據長度均勻布置1．5 mm 的出水孔。
圖1 試驗裝置運行示意圖
表1 裝置結構尺寸及填料裝填方式
序號長×寬x高／cm 填料裝填方式
(砂)
(砂)
圖2 1 、2 裝置填料裝填結構示意圖
1．2 進水水質與試驗方法
試驗污水取自某生活小區(qū)的化糞池，主要的水
質指標見表2。
試驗過程中的水質分析項目包括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定[1 。
表2 原水水質指標／(mg·L J
1．3 運行工況
2裝置運行均采用間歇進水方式，每天進水1
次，12 h進水12 h停水。土地滲濾系統采用的水力
負荷不超過土壤飽和滲透系數的4 ～10 。2裝置
內分別裝填紅壤、煤渣和砂子，試驗測得紅壤、煤渣和
砂子的飽和水力滲透系數分別為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所能承受的最高水力負
荷分別為0．1 6 cm (cm。·d)、244．5 cm。／(cm ·
d)和113．6 cm ／(cm ·d)。在實際應用中采用純
紅壤土地滲濾系統處理污水時，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
土地滲濾系統采用純煤渣或者純砂子．導致污水在
系統內部的停留時間不足和配水不均勻而影響處理
效果。因此，選擇水力負荷為10 cm。／(cm ·d)運
行，進水速度62 mI ／min。
砂和煤渣質地均勻，內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
生長易形成堵塞現象，不利于污水的滲透，影響處理
效果。在經過一年的運行之后，試驗測得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 試驗結果與討論
2。1 COD的去除效果分析
在水力負荷為10 Cm。／(cm ·d)的運行條件
下，2裝置對C0D的處理效果見圖3。由圖3可知，
1 、2 裝置對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 的研究表明對于二級和三級進水，
經過土地滲濾系統處理后的出水有機物濃度基本上
是一致的，說明土地滲濾系統對進水有機負荷有很
大的緩沖能力。由圖3可知，2裝置在水力負荷為
10 em ／(cm ·d)運行時，其出水C()D濃度不隨進
水COD濃度的變化而波動，說明2裝置對進水中有
機物濃度的沖擊負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，內部易形成優(yōu)越的好氧
條件，利于內部好氧微生物降解有機物活動的發(fā)生；
盡管砂子作為填料在一定程度上也改善系統的復氧
性能，但其內部問的孔隙比煤渣少，水力滲透性能也
隨之下降，因此表現出稍差的有機物去除效果。
研究實踐表明．對于處理某些易生物降解工業(yè)
廢水的土地處理系統，進水中的BOD 濃度達到
1 000 mg／L或更高都不會影響系統的正常運行，但
USEPA(2002)l1。 所推薦的地下滲濾系統最高水力
負荷僅為6．6 cm。／(CITI。·d)，而實驗在水力負荷為
10 cm。／(cm ·d)運行，因此2系統有效地提高了土
地滲濾系統的水力滲透性能且保持了良好的去除有
機污染物的能力。
2．2 總磷的去除效果分析
兩裝置對總磷的去除效果見圖4。由圖4可知，
1 、2 裝置對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B排放標準(≤1 mg／I )，受進
水總磷濃度波動的影響較小。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
的交錯分布，使污水能更為均勻的分布到系統中，和
內部填料進行充分的接觸，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，進一步
說明在土地滲濾系統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
許多學者研究了土壤和煤渣對磷的去除效果，
邵長飛[13]研究了昆明紅土壤的磷吸附性能，實際固
磷能力達0．7 mg／g，飽和時間為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處理生活污水
濾系統中利用煤渣或者砂替換部分土壤進行污水處
理，不但提高了系統的水力滲透性能，而且促進了對
磷的去除作用，提高了系統的使用壽命。
2．3 氨的去除效果分析
土地滲濾系統的脫氮機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(統稱為硝
化菌)將水中的、由有機氮氨化而來的氨氮和亞硝氮
轉化為硝氮；反硝化即硝酸鹽呼吸 ，是在缺氧條
件(DO

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