農家樂(lè )生活污水土壤滲濾系統凈化工藝

　　百二河水庫是湖北省十堰市一個(gè)重要的居民生活飲用水水源地，其上游百二河河段位于該市旅游景區，且當地將旅游業(yè)作為經(jīng)濟支柱，農家樂(lè )餐飲休閑業(yè)發(fā)展迅猛。但是由于山區經(jīng)濟發(fā)展相對滯后、排水管網(wǎng)和污水處理設施建設尚不健全，導致大量生活污水未經(jīng)治理直接排入河道，對下游水源區的水質(zhì)安全構成威脅。因此，采取有效措施集中治理分散的農家樂(lè )生活污水是當前的一項迫切任務(wù)。土地處理技術(shù)作為污水凈化的有效方法之一，其發(fā)展初期在我國并未受到重視，直到20世紀90年代初，我國才開(kāi)始對土壤滲濾技術(shù)進(jìn)行研究。隨著(zhù)研究的深入，我國使用土地滲濾系統處理污水方面的研究也得到了較快的發(fā)展。該技術(shù)具有能耗、投資低和運行管理方便等優(yōu)勢，目前已在國內外污水處理技術(shù)中得到廣泛應用。

　　盡管傳統土壤滲濾系統具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是隨著(zhù)對土壤滲濾系統的研究和應用的不斷深入，其存在的一些不足之處也逐漸被發(fā)現，主要表現在系統易堵塞、處理負荷低、脫氮效果不佳和不易反沖洗等方面。在傳統土壤滲濾系統中，污水未經(jīng)過(guò)預處理直接進(jìn)入系統，而污水中大量的SS很容易造成土壤孔隙堵塞，使系統的滲透性降低。針對這一問(wèn)題，本研究通過(guò)前置沉淀池和砂濾池將污水中的SS截留，達到初步凈化污水的目的，使后續的土壤滲濾池在較高的水力負荷下運行而不堵塞。此外，砂濾池反沖洗操作簡(jiǎn)便，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運行之后，可對其進(jìn)行反沖洗，以維持其較高的工作效率。對于傳統土壤滲濾系統脫氮效果不佳的問(wèn)題，本研究通過(guò)對其填料的優(yōu)化配置，使系統內部形成微“好氧一厭氧”環(huán)境，從而有助于系統中的微生物硝化和反硝化作用脫氮。通過(guò)上述改進(jìn)設計，考察了其對某農家樂(lè )生活污水的改善效果，以期為百二河地區分散點(diǎn)源污水的有效處理提供理論和技術(shù)支撐。

　　1實(shí)驗部分

　　1. 1實(shí)驗材料

　　土壤，取自百二河河岸地表以下30-70 cm范圍內的土壤;木屑，取自十堰市某木材加工廠(chǎng);鐵屑，取自十堰市某廢鐵廠(chǎng);煤渣，取自某農家樂(lè )的廚房;多孔球形塑料(孔隙率51. 28% )，購自江蘇省宜興市清溪環(huán)保填料有限公司;碎石、細砂、粗砂和石灰石，購自十堰市辰宏建材市場(chǎng);沸石，購自十堰市山鼎環(huán)保有限公司。污水取自百二河水庫上游河段沿途某農家化糞池的出水(未經(jīng)過(guò)稀釋)，其主要水質(zhì)指標SS ,COD,TN,NH4+ -N和TP的含量分別為350. 7一521. 2 mg / L,162. 4一341. 6 mg / L,31. 32-54. 57 mg / L、18. 67一37. 32 mg / L和2. 46一5. 16 mg / L。

　　1. 2實(shí)驗裝置

　　改良型土壤滲濾系統由沉淀池(78 cm x 75 cm x 94cm)、砂濾池(74 cm x 63 cm x 81 cm)和土壤滲濾池(235cm x 42 cm x 128 cm ) 3部分組成，如圖1所示。沉淀池的實(shí)際水深為86 cm。砂濾池內部裝填細砂，實(shí)際細砂的深度為72 cm。土壤滲濾池內部填料的實(shí)際深度為120 cm,共分為5層，其剖面圖見(jiàn)圖2,①層:粗砂，層厚100 mm ;②層:60%土壤,20%石灰石，15%煤渣，5%木屑，層厚500 mm ;③層:95 % R30一R60沸石，5%鐵屑，層厚250mm;④層:R12多孔球形塑料填料，層厚250 mm ;⑤層:R10一R30碎石，層厚100 mm。

　　1. 3實(shí)驗方案

　　實(shí)驗開(kāi)始前，先將多孔球形塑料填料進(jìn)行滅菌處理，再用農家樂(lè )污水進(jìn)行人工掛膜，掛膜期間晝夜平均水溫23. 1 ℃，每隔5h通過(guò)漩渦式氣泵向水中曝氣1h，每?jì)商鞊Q水1次，DO維持在2. 0 mg / L左右，直到生物膜生成為止(大約14 d)，再將各種實(shí)驗所用的填料按要求進(jìn)行裝填至如圖2所示的結構。經(jīng)過(guò)10 d的啟動(dòng)階段，系統正式開(kāi)始運行，使用蠕動(dòng)泵連續進(jìn)水，維持其較大的水力負荷2 m3 / (m2·d)，實(shí)驗裝置放置于河道旁，并做好防雨措施。實(shí)驗于2015年6月24日開(kāi)始，2015年8月22日結束，歷經(jīng)60 d，期間每3 d取一次水樣進(jìn)行測定。

　　1. 4分析與測定方法

　　COD,NH4+ -N,TN和TP按第4版國家環(huán)境保護局水和廢水監測分析方法測定。COD的測定:重鉻酸鉀法;NH4+ -N的測定:納氏試劑分光光度法;TN的測定:堿性過(guò)硫酸鉀消解一紫外分光光度法;TP的測定:過(guò)硫酸鉀消解一鑰銻抗分光光度法;DO的測定:哈希HQ30d便攜式溶解氧測定儀;SS的測定:重量法。

　　2實(shí)驗結果與討論

　　2. 1對ss的去除效果及分析

　　懸浮固體(SS)是污水治理的水質(zhì)指標的一種，主要包括不溶于水中的泥沙、粘土、有機物和微生物等懸浮物質(zhì)。SS是導致土壤滲濾系統堵塞的主要原因，且其引發(fā)的堵塞過(guò)程較迅速且通常無(wú)法恢復。為了加強污水的預處理，本實(shí)驗增設沉淀池、砂濾池環(huán)節，通過(guò)沉淀池的沉降和砂濾池的截留來(lái)降低污水中55的濃度。砂濾池出水55的去除效果如圖3所示，其平均去除率達到85. 15 %，很大程度上緩解了后續土壤滲濾池得滲透壓力，同時(shí)經(jīng)過(guò)沉淀池、砂濾池的預處理之后，水體中污染物濃度也有所降低，使得后續土壤滲濾池的污染物負荷相對減小，水力負荷大為提高。SS進(jìn)水濃度在350.7-521.2 mg / L范圍內變化，出水濃度能維持在80 mg / L以下，去除率也相對較穩定。根據砂濾池出水的變化情況，大約平均每經(jīng)過(guò)17 d的運行，對砂濾池進(jìn)行反沖洗操作一次，以保持其對污水中SS較高的去除效率。

　　2. 2對COD的去除效果及分析

　　污水中的污染物可通過(guò)微生物降解、填料吸附等形式去除，其中微生物降解作用占主導地位。改良型土壤滲濾系統對農家樂(lè )污水中的COD具有較好的處理效果，從圖4可以看出，系統出水COD平均去除率達到82. 41 %，且其基本能維持在50 mg / L以下，達到城鎮污水廠(chǎng)污染物排放一級A類(lèi)標準。較高的去除率主要有兩方面原因:其一，污水進(jìn)入土壤滲濾池后，有機物首先與多孔球形塑料填料及沸石發(fā)生物理、化學(xué)吸附作用，同時(shí)，由于多孔球形塑料填料具有豐富的內表面，可為微生物的生長(cháng)繁殖提供良好的生存環(huán)境，且該填料已提前進(jìn)行過(guò)掛膜處理，生物膜較厚，微生物數量多，加上持續的曝氣復氧，進(jìn)而可以保證其中的好氧/異樣型微生物等均能夠充分吸收污水中的有機營(yíng)養物質(zhì)來(lái)維持自身的新陳代謝，從而使有機物得到分解利用;其二，當污水依次流經(jīng)土壤段時(shí)，厭氧型微生物也能利用部分有機物質(zhì)來(lái)充當碳源，進(jìn)而保證反硝化過(guò)程進(jìn)行。期間進(jìn)水COD變化較大，在162. 4一341.6mg / L之間，最大濃度值出現在第24天，最小濃度值出現在第36天，這短時(shí)間內的COD負荷大幅度變化對去除率沒(méi)有明顯的影響，系統仍保持較高的去除效率。這說(shuō)明了系統具有較強的抗污染沖擊負荷能力。

　　2. 3對NH4+ -N,TN的去除效果及分析

　　從圖2可以看出，③、④和⑤層分別為沸石層、多孔球形塑料層和碎石層，均為粒徑較大的顆粒填料，填料間間隙較大，有較好的滲水性，同時(shí)在曝氣條件下，復氧效果好。②層為人工選擇配比的土壤填料，厭氧條件好。①層為粗砂層，主要防止土壤的流失。所以，土壤滲濾池也可以看作由③、④和⑤層填料形成的好氧區，②層填料形成的厭氧區組成。系統內部形成的微“好氧一厭氧”環(huán)境，使得系統具有較好的脫氮效果。由圖5和6可知，農家樂(lè )污水中，NH獷-N和TN濃度較高，范圍分別為18. 67-37. 32 mg / L、31. 32 -54. 57 mg / L，屬于劣V類(lèi)水質(zhì)。系統出水NH4+ -N的平均去除率高達91. 06%，且NH4+ -N去除率受進(jìn)水NH4+ -N濃度變化的影響較小，這主要是由于曝氣段的好氧環(huán)境使得多孔球形塑料填料內部大量活躍的硝化細菌通過(guò)硝化作用吸收利用污水的NH4+ -N，同時(shí)，沸石填料對NH4+ -N具有強烈的離子交換和化學(xué)吸附能力。污水中的NH4+ -N在好氧區被氧化成N03- -N，繼而隨水流遷移至厭氧區，通過(guò)反硝化作用被還原為含氮氣體，土壤填料中添加的碎木屑作為厭氧微生物的碳源，保證反硝化脫氮作用的順利進(jìn)行。系統出水TN的平均去除率為80. 62 %，相對于NH4+ -N平均去除率偏低，這可能是因為水力負荷較大，造成水力停留時(shí)間較短，從而使得好氧區出水中少量的N03- -N未能在厭氧區反硝化脫去。但是該系統出水TN的平均濃度為8. 38 mg / L，已遠優(yōu)于城鎮污水廠(chǎng)污染物排放一級A類(lèi)標準，因此，對于該農家樂(lè )污水TN的去除率已經(jīng)相對較高。

　　2. 4對TP的去除效果及分析

　　污水中的TP主要以有機態(tài)磷和磷酸鹽的形式存在。農家樂(lè )污水中以顆粒形態(tài)存在的有機磷能夠很好的被系統中填料攔截、阻留，同時(shí)好氧區微生物能通過(guò)礦化作用等分解利用。該系統對污水中的磷酸鹽的去除，一方面是由于土壤中大量的Al,Fe和Ca等離子形成了土壤膠體顆粒，進(jìn)而通過(guò)物理吸附及較強的化學(xué)吸附去除污水中的磷酸鹽，同時(shí)，沸石層添加的鐵屑，先被轉變?yōu)镕e2+，進(jìn)而被氧化成Fe3+，隨水流進(jìn)土壤填料層，進(jìn)一步形成Fe(OH)3，固定在土壤顆粒表面，從而吸附固定污水中的磷酸鹽，另外，好氧區的球形塑料填料和沸石也能吸附部分的磷酸鹽。由圖7看出，該系統對TP具有較好的去除效果，其出水濃度都保持在0. 8 mg / L以下，平均去除率達到88. 59%。此外，TP進(jìn)水濃度沒(méi)有明顯的變化規律，出水濃度有降低的趨勢，這可能是由于沸石層添加的鐵屑不斷的溶出Fe離子，使得土壤填料中Fe(OH)3膠體有所增加，提高了對TP的吸附效率。同時(shí)，隨著(zhù)好氧區聚磷菌的生長(cháng)繁殖，其數量不斷增加，聚磷效果也越發(fā)明顯。針對傳統土壤滲濾系統出水磷溶出的問(wèn)題，該系統通過(guò)鐵屑固磷技術(shù)大大延長(cháng)了整個(gè)系統磷擊穿的時(shí)間。

　　綜上所述，改良型土壤滲濾系統對農家樂(lè )水體中的污染物處理效果明顯。且該系統在運行過(guò)程中對砂濾池中的細砂反復進(jìn)行反沖洗，循環(huán)利用，節約了一定的經(jīng)濟成本。土壤滲濾池主要是通過(guò)其中的微生物對水體中的污染物進(jìn)行處理，實(shí)際操作管理方便、運行成本低。此外，運用鐵屑固磷技術(shù)大大延長(cháng)了系統的使用壽命，同時(shí)又提高了污水的處理效率，實(shí)際工程應用中環(huán)境效益較高，經(jīng)濟適用性較好，在污水處理領(lǐng)域有廣闊的應用前景。具體參見(jiàn)污水寶商城資料或http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　3結論

　　1)在此改良型土壤滲濾系統運行期間，對農家樂(lè )污水有較好的處理效果，在2 m3 / (m2·d)的水力負荷下，COD,NH4+ -N ,TN和TP平均去除率分別達到了82. 41 % ,91. 06% ,80. 12%和88. 59%，且其平均出水濃度均達到城鎮污水廠(chǎng)污染物排放一級A類(lèi)標準。

　　2)改良型土壤滲濾系統通過(guò)前置沉淀池、砂濾池，人工制造微“好氧一厭氧”環(huán)境，很好地解決了傳統土壤滲濾系統在運行過(guò)程中遇到的系統易堵塞、處理負荷低、脫氮效果差和不易反沖洗等問(wèn)題。此外，通過(guò)運用鐵屑固磷技術(shù)提升了系統的固磷效率，同時(shí)在很大程度上延長(cháng)了系統的使用壽命。

　　3)通過(guò)對傳統土壤滲濾系統的改進(jìn)設計，實(shí)現了污染物的快速降解，提高污染物的降解效率，且其運行成本低、處理效率高、環(huán)境效益好、維護管理簡(jiǎn)單，在該地區生活污水無(wú)公害處理方面具有很高的應用價(jià)值。