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分层填料土地渗滤系统处理生活污水

文档作者：罗仙平，赖兰萍，封丹，严群，韩磊，李健昌文档来源：江西理工大学		点击数：	更新时间： 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与＆环En境vir工onm程e ntal Engineering Vo1．31 NO．6
Dec． 2009
分层填料土地渗滤系统处理生活污水
罗仙平，赖兰萍，封 丹，严 群，韩 磊，李健昌
('2r-西理工大学资源与环境工程学院，江西赣州341000)
摘 要：为提高土地渗滤系统水力渗透性能，构建了2套不同填料的渗滤系统，1。装置由红壤与
分层装填，2 装置由红壤与煤渣分层装填，并将二者分别用于处理生活污水。在水力负
10 cm。／(cm ·d)运行下，1 装置对C0D、总磷、氨氮的去除率分别为91．1 、97．6 、8O．1 ，2
置为94．9 、98．3％ 、89．0 ；1 装置出水硝氮和亚硝氮的平均浓度分别为54．7 mg／L
0．09 mg／I ，2 装置为6O．3 mg／I 和0．15 mg／L。试验结果表明，2 装置对COD、总磷和氨氮的
除效果稍优于1 装置，但1 装置更利于硝氮和亚硝氮的脱除，进一步说明分层装填能充分利用
料性能，有效地提高了土地渗滤系统的水力渗透性能且保持了良好的去除污染物的能力。
关键词：土地渗滤系统；红壤；砂；煤渣；生活污水
中图分类号：X172 文献标志码：A 文章编号：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
土地渗滤系统是一种集自然生态净化与人工工
艺于一体的小规模原位污水净化技术。它源自古老
的灌溉，继承并发展了污灌技术简便、可资源化的优
点，是对其存在的不足(如处理能力和处理效率低、
收稿日期：2009—06一l6
基金项目：江西省教育厅科学技术研究项目(赣教技字[2007]216号)；江西省自然科学基金项目(2OO7GQHO655)；江西
省青年科学家(井冈之星)培养对象计划项目(2007DQ00400)
作者简介：罗仙平(1973)，男，教授，主要从事土地渗滤系统和矿冶环境工程研究，(E—mia1)lxp9491@163．corn。
砂荷装和去填
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第6期 罗仙平，等：分层填料土地渗滤系统处理生活污水
易堵塞、对周围环境造成危害等)则通过工程技术手
段加以改进的技术l1]。该技术具有操作简便、基建
投资低(为传统二级处理系统的1／3～1／2)、能耗少
(一般不需运行费用或费用低)、净化效率高、去除
N、P有效和再生水可回用等特点。作为解决水污染
和污水回用问题的一种新型污水处理技术，它一直
是世界各国关注的环保热点I2。j。
目前对土地渗滤系统的研究主要集中在以纯土
壤为填料，由于纯土壤水力渗透性能较小，水力负荷
过高，易堵塞，因此以纯土壤为填料的渗滤系统所能
承受的水力负荷较低，占地面积较大。国内外开展
了采用不同填料渗滤系统处理污水的研究，Pell
等_j 采用砂层厚度为75 cm的渗滤系统处理城镇污
水，水力负荷为6．7 cm。／(cm ·d)，出水CoD去除
率可达91．0％ ；罗仙平等[4 采用赣南典型的红土处
理赣州城市生活污水，COD去除率达90 以上；严
群等 采用上海的粘性土壤与草炭混合后与煤渣
分层的毛管渗滤系统处理生活污水，C0D、总磷、氨
氮、总氮的去除率在水力负荷10 cm。／(cm ·d)时
分别为69．6 、89．5％ 、96．3％ 、25．7 ，在水力负
荷20 cm。／(cm ·d)时分别为71．0 、62．1％ 、
93．5 、29．7 ，煤渣及草碳的添加有效地改善了土
地毛管渗滤系统的水力渗透性能并保证了良好的污
水处理效果。为此，针对江西特有的粘性红壤，该文
采用对磷吸附能力较强、粒度较粗、孔隙率较多的煤
渣和水力渗透性能较好的河砂替换部分红壤，以期
提高土地渗滤系统的水力渗透性能，同时比较红壤
与砂分层和红壤与煤渣分层两种装填方式对污水处
理效果的影响。
1 试验概况
1．1 试验装置
试验装置包括储水箱、穿孔布水管和土地渗滤
装置等3部分，见图1。其中储水箱的作用相当于
化粪池系统，从储水箱流入装置的水相当于初级处
理后出水；而穿孔布水管和土地渗滤装置构成土地
渗滤系统。污水由储水箱通过恒流泵投配到土地渗
滤装置中，然后进入埋在装置中的穿孔布水管和渗
滤沟，缓慢地向周围土壤浸润、渗透和扩散，经过土
壤的物理作用、化学作用和微生物的生化作用得到
处理和净化 ]。
采用两套装置进行平行试验，1 、2 装置的尺
寸及内部填料结构见表1。1 、2 装置内部填料装
填结构见图2。装置内部采用16 mm 的PVC布水
管。管两侧根据长度均匀布置1．5 mm 的出水孔。
图1 试验装置运行示意图
表1 装置结构尺寸及填料装填方式
序号长×宽x高／cm 填料装填方式
(砂)
(砂)
图2 1 、2 装置填料装填结构示意图
1．2 进水水质与试验方法
试验污水取自某生活小区的化粪池，主要的水
质指标见表2。
试验过程中的水质分析项目包括COD、氨氮、
硝氮、亚硝氮和总磷，分别采用重铬酸钾法、纳氏试
剂分光光度法、紫外分光光度法、N一(1～萘基)～
乙二胺分光光度法和钼锑抗分光光度法测定[1 。
表2 原水水质指标／(mg·L J
1．3 运行工况
2装置运行均采用间歇进水方式，每天进水1
次，12 h进水12 h停水。土地渗滤系统采用的水力
负荷不超过土壤饱和渗透系数的4 ～10 。2装置
内分别装填红壤、煤渣和砂子，试验测得红壤、煤渣和
砂子的饱和水力渗透系数分别为0．17／(cm·h )、
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134 土木建筑与环境工程 第31卷
254．7／(eel·h )和118．4／(cm ·h )，可算得红
壤、煤渣和砂子的渗滤系统所能承受的最高水力负
荷分别为0．1 6 cm (cm。·d)、244．5 cm。／(cm ·
d)和113．6 cm ／(cm ·d)。在实际应用中采用纯
红壤土地渗滤系统处理污水时，由于孔隙率过小容
易堵塞，且日处理水量很小从而使占地面积较大；若
土地渗滤系统采用纯煤渣或者纯砂子．导致污水在
系统内部的停留时间不足和配水不均匀而影响处理
效果。因此，选择水力负荷为10 cm。／(cm ·d)运
行，进水速度62 mI ／min。
砂和煤渣质地均匀，内部孔隙率大且具有很好
的渗透性能，表面易形成生物膜且不易堵塞，使其水
力渗透性能增加，而土壤的孔隙率小很多，微生物的
生长易形成堵塞现象，不利于污水的渗透，影响处理
效果。在经过一年的运行之后，试验测得1 、2 装
置的出水速度分别为54 mI ／min、51 mL／min，渗透
性能良好，这主要由于分层装填充分利用煤渣和砂
良好的透水通气性能和中间红壤层均匀布水功能，
提高了装置的抗堵塞能力。
2 试验结果与讨论
2。1 COD的去除效果分析
在水力负荷为10 Cm。／(cm ·d)的运行条件
下，2装置对C0D的处理效果见图3。由图3可知，
1 、2 装置对COD都具有良好的处理效果，出水
COD平均去除率分别为91．1 和94．9 ，平均浓
度分别为19．1 mg／I 和12．3 mg／I 。
Quanrud 的研究表明对于二级和三级进水，
经过土地渗滤系统处理后的出水有机物浓度基本上
是一致的，说明土地渗滤系统对进水有机负荷有很
大的缓冲能力。由图3可知，2装置在水力负荷为
10 em ／(cm ·d)运行时，其出水C()D浓度不随进
水COD浓度的变化而波动，说明2装置对进水中有
机物浓度的冲击负荷具有良好的承受能力。
图3 1 、2 装置COD去除效果
但由图3亦可知，采用不同填料，装置的处理效
果还是有一定的差别。土壤与煤渣分层装置去除有
机物的效果更好，其原因可能是该装置填料煤渣的
孔隙率高，上层的透气性好，内部易形成优越的好氧
条件，利于内部好氧微生物降解有机物活动的发生；
尽管砂子作为填料在一定程度上也改善系统的复氧
性能，但其内部问的孔隙比煤渣少，水力渗透性能也
随之下降，因此表现出稍差的有机物去除效果。
研究实践表明．对于处理某些易生物降解工业
废水的土地处理系统，进水中的BOD 浓度达到
1 000 mg／L或更高都不会影响系统的正常运行，但
USEPA(2002)l1。 所推荐的地下渗滤系统最高水力
负荷仅为6．6 cm。／(CITI。·d)，而实验在水力负荷为
10 cm。／(cm ·d)运行，因此2系统有效地提高了土
地渗滤系统的水力渗透性能且保持了良好的去除有
机污染物的能力。
2．2 总磷的去除效果分析
两装置对总磷的去除效果见图4。由图4可知，
1 、2 装置对总磷均有良好的去除效果，出水总磷
浓度一直很稳定，分别为0．12 mg／L和0．09 mg／L，
平均去除率分别为97．6 0 0和98．3 ，均低于
GB 18918 2()(j2一级B排放标准(≤1 mg／I )，受进
水总磷浓度波动的影响较小。分析原因可能是采用
分层装填方式，渗透性能不同的填料在垂直方向上
的交错分布，使污水能更为均匀的分布到系统中，和
内部填料进行充分的接触，提供了更理想且稳定的
磷去除性能。2装置相比，2 装置效果更佳，进一步
说明在土地渗滤系统中采用煤渣作为填料更有利于
总磷的去除。
图4 1 、2 装置总磷去除效果
许多学者研究了土壤和煤渣对磷的去除效果，
邵长飞[13]研究了昆明红土壤的磷吸附性能，实际固
磷能力达0．7 mg／g，饱和时间为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，
煤渣的最大吸附量为0．6 mg／g；黄玲u 采用了煤渣
处理pH 在5～9，浓度高达50 mg／I 的磷酸盐溶
液，去除率始终在97 以上。由此可见，在土地渗
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第6期 罗仙平，等：分层填料土地渗滤系统处理生活污水
滤系统中利用煤渣或者砂替换部分土壤进行污水处
理，不但提高了系统的水力渗透性能，而且促进了对
磷的去除作用，提高了系统的使用寿命。
2．3 氨的去除效果分析
土地渗滤系统的脱氮机理主要是硝化和反硝化
作用，而硝化是由化能自养型好氧微生物(统称为硝
化菌)将水中的、由有机氮氨化而来的氨氮和亚硝氮
转化为硝氮；反硝化即硝酸盐呼吸 ，是在缺氧条
件(DO

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