□文/彭金利 陳 曦

目前常用的廢水凈化處理技術(shù)主要有3類，即物理處理法、化學(xué)處理法和生物處理法。實(shí)際應(yīng)用中往往將這幾種方法綜合起來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)水體的凈化。然而，這幾種常規(guī)水處理方法具有投資大、成本高、工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)。因此，在我國(guó)的大中型城市基本采用集中處理的方式處理污水。但由于經(jīng)濟(jì)等原因，中小城鎮(zhèn)、農(nóng)村、企業(yè)等點(diǎn)源仍存在著污水直接排放到環(huán)境水體中，造成河流、湖泊、海域等的污染，這些僅靠興建集中式污水處理廠處理是不符合我國(guó)國(guó)情的。開(kāi)發(fā)高效、節(jié)能、清潔、符合我國(guó)國(guó)情的可持續(xù)發(fā)展的污水處理新方法是解決我國(guó)日益嚴(yán)重的水污染問(wèn)題的關(guān)鍵，只有投資少，占地面積小，運(yùn)行成本低，管理維護(hù)簡(jiǎn)便，受氣候條件影響小的污水處理技術(shù)才能廣泛推廣應(yīng)用。

與人工處理技術(shù)相比，污水土地處理生態(tài)工程通常被稱為自然凈化技術(shù)。它是在人工調(diào)控作用下利用土壤-微生物-植物組成的生態(tài)系統(tǒng)使污水中的污染物得到凈化的處理方法。這種方法投資低、能耗低、凈化效率高、運(yùn)行簡(jiǎn)單，同時(shí)充分利用污水中的水肥資源，增加土壤養(yǎng)分，防止水土流失。

1 廢水生態(tài)處理技術(shù)概況

孫鐵珩建立的污水土地處理體系為5類，即慢速滲濾、快速滲濾、地表漫流、地下滲濾和濕地系統(tǒng)[1]。

1.1 慢速滲濾處理系統(tǒng)

慢速滲濾處理系統(tǒng)是將污水投配到有作物的土壤表面，污水在流經(jīng)地表土壤-植物體系統(tǒng)時(shí)得到充分凈化的一種土地處理工藝類型，見(jiàn)圖1。在該處理系統(tǒng)中，投配的廢水一部分被修復(fù)植物吸收，一部分在滲入底土的過(guò)程中其中的污染物被土壤介質(zhì)截獲，或被修復(fù)植物根系吸收利用或固定，或被土壤中的微生物轉(zhuǎn)化降解為無(wú)毒或低毒的成分。

圖1 慢速滲濾處理系統(tǒng)水流途徑

工藝目標(biāo)：處理污水；利用水和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)生產(chǎn)商品性農(nóng)作物；在干旱地區(qū)，用污水代替清潔水進(jìn)行灌溉，節(jié)約清潔水；開(kāi)發(fā)荒地，發(fā)展草地和林地。

工藝特性：投配污水負(fù)荷低，污水通過(guò)土壤的滲濾速度慢，在表層土壤停留時(shí)間長(zhǎng)，處理效率高而穩(wěn)定，在一定的水質(zhì)狀況與環(huán)境條件下，可起到替代三級(jí)處理的作用。

2.2 快速滲濾處理系統(tǒng)

快速滲濾處理系統(tǒng)是將污水有控制地投配到具有良好滲透性能的土壤表面，污水在向下滲透過(guò)程中由于生物氧化、硝化、反硝化過(guò)濾、沉淀、氧化和還原等一系列作用而得到凈化的一種污水土地處理工藝類型，見(jiàn)圖2?？焖贊B濾系統(tǒng)對(duì)地質(zhì)條件較其他土地處理工藝類型更為嚴(yán)格，其處理效率很高，凈化后的水可回收再用，但由于其處理負(fù)荷低（一般僅為6～130 m/a），造成土地占用面積非常大，限制了其推廣應(yīng)用。

圖2 快速滲濾處理系統(tǒng)水流途徑

工藝目標(biāo)：處理污水和回收利用污水；再生水補(bǔ)給地下水；用地下暗管或豎井收集、回收再生水以供回用或補(bǔ)給地下水；通過(guò)攔截工程措施，使再生水從地下進(jìn)入地表；再生水季節(jié)性地貯存在具有回收系統(tǒng)的處理場(chǎng)之下，在作物生長(zhǎng)季節(jié)用于灌溉。

工藝特性：幾乎可以去除全部的COD、SS和大腸菌等，對(duì)磷的去除也很有效，水力負(fù)荷是當(dāng)時(shí)可反硝化去除大量的氮，適用于BOD5/COD＞0.3的生活污水及某些食品工業(yè)廢水，可終年運(yùn)行。

2.3 地表漫流處理系統(tǒng)

地表漫流處理系統(tǒng)是將污水有控制地投配到生長(zhǎng)多年生牧草、坡度和緩、土壤滲透性低的坡面上，污水地表以薄層沿坡面緩慢流動(dòng)過(guò)程中得到凈化的一種污水土地處理工藝類型，見(jiàn)圖3。

圖3 地表漫流處理系統(tǒng)水流途徑

工藝目標(biāo)：在較低水平的水質(zhì)預(yù)處理和省去污泥處理的情況下，取得二級(jí)處理出水的水質(zhì)；對(duì)BOD、SS和氮去除達(dá)到較高程度；利用水及其所含營(yíng)養(yǎng)物生產(chǎn)作物；再生水收集與回用。

工藝特性：以處理污水為主，兼有生長(zhǎng)牧草功能，對(duì)水質(zhì)預(yù)處理程度要求低，可省去污泥處理工藝，出水以地表徑流收集為主，對(duì)地下水影響最小。

2.4 地下滲濾處理系統(tǒng)

地下滲濾處理系統(tǒng)是將污水有控制地投配到一定構(gòu)造、距地面約50 m深且具有良好擴(kuò)散性能的土層中，污水經(jīng)毛管浸潤(rùn)，在土壤滲濾作用下向周圍運(yùn)動(dòng)并達(dá)到處理利用要求的一種土地處理類型，見(jiàn)圖4。污水中的污染物被土壤吸附，在土壤微生物的作用下被降解，土壤中的原生動(dòng)物及后生動(dòng)物又以微生物為食，植物的根系則吸收污水礦化而產(chǎn)生的N、P以供其生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)，植物的根系能為土壤微生物提供養(yǎng)分，土壤微生物反過(guò)來(lái)也促進(jìn)了植物根系的發(fā)育，從而促進(jìn)了植物的生長(zhǎng)[2]。污染物就是在該生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜而又相互聯(lián)系和制約的作用下被去除的，其凈化過(guò)程綜合了物理、化學(xué)和生物等多種機(jī)理。地下滲濾系統(tǒng)的類型有滲濾坑式地下滲濾系統(tǒng)、滲濾溝式地下滲濾系統(tǒng)、滲濾管式或滲濾腔式地下滲濾系統(tǒng)、尼米槽式地下滲濾系統(tǒng)、地下滲濾系統(tǒng)組合工藝[3]。

圖4 典型地下滲濾處理系統(tǒng)

工藝目標(biāo)：直接處理污水；在處理污水的同時(shí)為上層覆蓋綠地提供水分與營(yíng)養(yǎng)，可替代清潔水發(fā)展綠地；產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)再生水以供回用；節(jié)約污水集中處理的輸送費(fèi)用。

工藝特性：受場(chǎng)地條件限制小，污水在土壤中停留時(shí)間長(zhǎng)，不會(huì)產(chǎn)生不良?xì)馕?，處理效果穩(wěn)定，出水水質(zhì)好，不產(chǎn)生污泥，綠地植物充分利用污水中的氮磷，可結(jié)合綠化實(shí)施。

2.5 濕地處理系統(tǒng)

濕地處理系統(tǒng)是將污水有控制地投配到經(jīng)常處于飽和狀態(tài)、生長(zhǎng)有像蘆葦、香蒲等沼澤生物的土地上，污水在沿一定方向流動(dòng)過(guò)程中，在耐水植物和土壤的聯(lián)合作用下得到凈化的一種土地處理系統(tǒng)，見(jiàn)圖5。污水濕地處理系統(tǒng)包括天然濕地和人工濕地系統(tǒng)。人工濕地除具有天然濕地的主要特征外，還輔以必要的工程措施，具有水力負(fù)荷大，污染負(fù)荷高，節(jié)省用地面積等優(yōu)點(diǎn)，所以，人工濕地系統(tǒng)是處理城市污水的主要工藝類型。由國(guó)內(nèi)外的工程實(shí)例可知，其處理費(fèi)用一般不會(huì)超過(guò)0.05元/m；國(guó)外有關(guān)資料表明，人工濕地污水回用工程處理費(fèi)用在美國(guó)約為2.5～25.0美元/1000 t[4]。

圖5 濕地處理系統(tǒng)水流途徑

工藝目標(biāo)：直接處理污水；對(duì)經(jīng)人工或其他工藝處理后的污水進(jìn)行再處置或深度處理；利用污水營(yíng)造濕地自然保護(hù)區(qū)。為野生群落提供有價(jià)值的生態(tài)棲息地，為生物多樣性研究提供場(chǎng)地。

工藝特性：BOD、SS、氮和磷的去除過(guò)程與地表漫流相似，可以去除多種污染物質(zhì)，對(duì)重金屬和酸性的有機(jī)和無(wú)機(jī)礦物質(zhì)污染物有良好地去除效果。

3 廢水生態(tài)處理技術(shù)的比較分析

不同類型的土地處理系統(tǒng)處理性能不同，對(duì)水的預(yù)處理程度要求不同、出水水質(zhì)不同、工藝設(shè)計(jì)參數(shù)不同，各種污水土地處理系統(tǒng)進(jìn)行比較分析，見(jiàn)表1-表3[5～6]。

表1 污水土地處理技術(shù)的適用范圍 m3/d

表2 污水土地處理前的要求及使用控制條件

續(xù)表2

表3 污水生態(tài)處理工藝設(shè)計(jì)參數(shù)

4 廢水生態(tài)處理技術(shù)存在的問(wèn)題和解決措施

4.1 土壤堵塞

土壤堵塞是影響土地處理系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵問(wèn)題。適度的土壤孔隙堵塞可以擴(kuò)大土地處理系統(tǒng)內(nèi)部的非飽和流動(dòng)區(qū)域，提高處理效果，但過(guò)度的堵塞將使污水難以通過(guò)土壤層，從而使系統(tǒng)處理能力嚴(yán)重降低，要從物理、化學(xué)和生物等方面預(yù)防和控制土壤堵塞，即采用加大進(jìn)水的預(yù)處理程度，降低進(jìn)水懸浮物濃度，定期人工翻動(dòng)系統(tǒng)的初始地段或人工剝離更換堵塞層，提高土壤氧化還原電位，降低微生物產(chǎn)生的胞外聚合物濃度。

4.2 占地面積大

占地面積大是阻礙土地處理系統(tǒng)發(fā)展的主要因素，這和當(dāng)前我國(guó)土地資源緊張有密切的關(guān)系。要解決占地面積大的問(wèn)題，唯一的途徑就是提高水力負(fù)荷。但隨著水力負(fù)荷的提高，污水通過(guò)系統(tǒng)的速度加快，從而減小了與微生物接觸反應(yīng)的時(shí)間，影響出水水質(zhì)，同時(shí)也會(huì)加大系統(tǒng)的堵塞。因此，要找到水力負(fù)荷、出水水質(zhì)和堵塞三者之間的平衡點(diǎn)。

4.3 重金屬污染

重金屬污染也是制約土地處理系統(tǒng)發(fā)展的主要問(wèn)題。由于重金屬的積累可能會(huì)對(duì)土壤、種植植物、地下水造成污染，可以通過(guò)對(duì)污水的預(yù)處理、特有植物吸收修復(fù)緩解重金屬的積累，從而減少污染的發(fā)生。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)廢水生態(tài)處理技術(shù)的特點(diǎn)，污水的生態(tài)處理技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展戰(zhàn)略應(yīng)遵循兩大基本原則[2]：

1）污水處理與水資源的利用相結(jié)合；

2）選擇具有特異修復(fù)功能、與食物鏈相脫離的植物代替?zhèn)鹘y(tǒng)的作物利用水資源的方式。

我國(guó)的污水治理必須走生態(tài)處理技術(shù)的道，尤其提倡以聯(lián)合式或強(qiáng)化式生態(tài)處理技術(shù)為主，對(duì)污水進(jìn)行綜合治理。

[1]孫鐵珩，李憲法.城市污水自然生態(tài)處理與資源化利用技術(shù)[M]北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[2]吳建峰，林先貴.土壤微生物在促進(jìn)植物生長(zhǎng)方面的作用[J].土壤，2003，35（1）：18-21.

[3]李英華，孫鐵珩，李海波，等.地下滲濾系統(tǒng)處理生活污水的技術(shù)難點(diǎn)及對(duì)策[J].生態(tài)學(xué)雜志，2009，28（7）：1415-1418.

[4]王季震，喬鵬帥，魯智禮.污水土地處理技術(shù)中幾種處理工藝的分析[J].北京工商大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2006，24（2）：13-16.

[5]孫鐵珩，周啟星，李培軍.污染生態(tài)學(xué)[M]北京：科學(xué)出版社，2001.

[6]黨酉勝，黃 鐘，張伯鳴，等.污水土地處理的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].陜西環(huán)境，2002，9（5）：17-19.