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污水土地处理(一)

发布时间:2018-07-19 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:1065

一.污水慢速渗滤处理系统

典型的慢速渗滤处理系统具有自身的特点:①污水与降水、蒸发量和渗滤量大体平衡,并能满足植物生长的需要,所投配的污水一般不产生径流排放。②处理系统中水和污染物的负荷较低,处理效率较高,再生水质较好,渗滤水缓慢补给地下水,不产生次生污染问题。③适宜慢速渗滤处理系统的场地,土层厚度应>0.60 m,地下水埋深应>1.2 m,土壤渗透系数应>0.15 cm/h。④处理系统中的植物以选择经济作物为主。由于气候和植物生长条件的限制,在冬季、雨季和作物播种、收割期不能投配污水,污水需要储存或采取其他辅助处理措施。⑤慢速污水土地处理要求进水需经过一级或二级预处理,并要求对其中工业废水的成分加以必要的控制。在沈阳西部城市污水慢速渗滤土地处理研究中,以一级沉淀池加稳定塘为前处理,其流程图可查阅相关资料(国家环保总局1993),对进水污染物的浓度及负荷率的要求如表11-6所示。

表11-6 慢速土地处理系统中污染物最大允许进水浓度及负荷率

(一)水质净化功能

(1)生物耗氧量(BOD)和悬浮物(SS)的去除

在地表以下0.5m深处取渗滤水,BOD去除率一般应>98%,SS的去除率>99%。

(2)氮、磷的去除

污水中氮的去除包括氨氮挥发、植物吸收、反消化脱氮和土壤有机质积累等多种途径。根据土壤性质、植物种类、污水的组成、C/N的比值和气候条件的差异,总氮的去除率有所不同,但一般均>60%。当污水中C/N比接近10时,有利于水质的净化。为保护地下水水质,氮负荷是慢速渗滤处理系统的重要限制因素。在慢速渗滤处理系统中,土壤的离子交换、吸附等对污水中磷的去除有十分重要的作用。土壤的pH、矿物类型等与磷的吸附容量有关,绝大部分来白污水的磷均累积在土壤表面0~20 cm之内。

(3)微量元素和微量有机物的去除

如果投配污水的微量元素含量符合农业灌溉水质标准,土壤pH>6.5时,系统表土以下1.5 m处渗漏水中微量元素的含量不会超过饮用水标准。但当处理高浓度有机废水时,由于有机物分解而产生大量CO2,有可能促使土壤中Fe2+ 、Mn2+的释放。

在慢速渗滤处理系统中对微量有机物有明显的去除作用,其中三氯甲烷、甲苯、硝基苯、亚甲基氯化物、1,1-二氯乙烷四氯乙烯四氯化碳邻苯二甲酸二丁酯等,出水的检出率较进水低50%左右,污染物浓度可降低75%以上。

(4)病原微生物的去除

污水中的病原菌(如赤痢菌、粪大肠菌和伤寒菌等)和病毒(肝炎病毒、脊椎灰白质炎病毒等),在投入土壤表面后,经过滤、吸附、干化、太阳紫外线辐射以及上壤微生物的吞食作用等而被去除。在慢速渗滤处理系统中,污水中病原微生物的去除效果不是设计限制因素;但在设计时,对于喷洒布水所产生的气溶胶对环境的影响,污水中病原微生物对运行操作、管理人员的影响,应与常规污水处理工艺一样予以关注。

(二)污水慢速渗滤处理系统工艺设计

污水慢速渗滤处理系统工程设计的主要内容包括(北京水环境技术与设备研究中心等 2000):处理场地基本资料的收集与分析.土壤、污水等基本参数的测定,并根据污水性质、气候条件、环境标准和出水水质要求等确定预处理工艺和选择作物;确定渗滤速度,计算水力负荷,计算所需的土地面积,并设计布水和排水系统;水质、土壤和地下水监测;运行及管理等,其工艺设计程序如图11-5所示:在处理系统的设计计算中,水力负荷和土地面积计算是十分重要的参数。

图11-5 慢速渗滤处理系统工艺设计程序(北京水环境技术与设备研究中心2000)

1.水力负荷计算

水力负荷的计算可根据不同的限制因子来进行,例如以土壤渗透能力为限制因子,或以渗滤水含氮量为限制因子,也可以淋溶为限制因子等来进行水力负荷的计算(聂永丰2000),作为例证,对以渗滤水含氮量为限制因子的水力负荷计算作一个简要讨论。

土壤水量平衡可由下式表示:

Lw=ET-Pr+Pw          (11-39)

式中,Lw为投配污水水力负荷,cm/a;ET为蒸散量,cm/a;Pr为降水量,cm/a;Pw为污水渗透率,cm/a。由于渗滤水含氮量会限制水力负荷,因此需要根据污水中的含氮量对上述水力负荷值进行复核。在慢速渗滤处理系统中,氮的物质平衡可由下式表示:

LN=U+fLN+0.1CpPw        (11-40)

式中,LN为投配污水氮的负荷量,kg/(hm2·a);U为作物对氮的利用量,kg/(hm2·a);f为氮的损失系数(挥发、脱氮和土壤储存);Cp为渗漏水中氮的浓度,mg/L;Pw为污水渗滤值,cm/a。

作物对氮的利用率可查阅资料;氮的损失系数(f)与污水性质、场地条件等因素有关:一般情况下,f=0.15~0.8;当按预处理方式确定时,对于一级处理水取f=0.5~0.8;对于二级处理水取f=0.15~0.25(亦有取f=0.1~0.2者),寒冷地区采用下限数值,温暖地区采用上限数值。以氮为设计限制因素的污水渗滤率可表示为:

以氮为限制因素的水力负荷可表示为:

式中,LwN为氮为限制因素时的水力负荷,cm/a;CN为投配污水氮浓度,mg/L。根据公式(11-39),(11-41)和(11-42),整理后得:

如果在上述条件下,预处理为一级处理,投配污水中氮浓度为30 mg/L,牧草对氮的利用量为250 kg/(hm2·a),试校核以氮为限制因素的水力负荷。我们可根据环境的要求来决定Cp的取值,这里取Cp=15 mg/L, Pr=65.7 cm/a, ET = 87.5 cm/a;由已知条件,U=250 kg/(hm2·a),CN=30mg/L,f取0.25。根据公式(11-43)进行计算:

比较Lw(2.7m/a)和LwN(2.9 m/a)的数值,可见在投配污水水力负荷和给定的Cp条件下,不会造成渗漏水中氮的超标。

2. 土地面积计算

慢速渗滤处理系统所需要的土地面积,由慢速渗滤处理田和辅助面积两大部分组成。

(1)慢速渗滤处理田

慢速渗滤处理田是直接接收投配污水和承担主要净化任务的土地,其计算公式为:

式中,Aw为慢速渗滤处理田面积,hm2; Q为污水设计流量,m3/d;△Vs为在预处理单元和储存塘中,由于降水、蒸发和渗漏引起的水量增减量,m3/d;Lw为设计水力负荷,cm/a; 365为设计运行天数,d/a。假设Q=10000 m3/d,△Vs=0,Lw=270 cm/a,则慢速渗滤处理田的面积Aw为:

(2)储存塘

在雨季、冬季和作物受害时,慢速渗滤田要停止投配污水,因此,需要设计污水储存塘。按上例条件,储存的水量可由下列步骤计算:

1)计算处理废水量在所设计的处理田面积上的月理论分布水深(W)

2)从W值中减去本月份设计水力负荷Lw,可以得出该月份余亏值(W-Lw),该值加上上月份的数值便是这个月的累积余亏值(调节值),以10月份为起点值(调节值为0),计算结果如表11-7所示。

表11-7 储存水量计算表

3)计算最大储存值。由表11-7可知,需要调节的最大值发生在3月份,该值乘以处理田面积后除以设计流量,即可求得每年需储存的最大日数:

由于流量为10000 m3/d,故储存塘有效容积为:

95 d×10000m3/d=95×104 m3

污水慢速渗滤土地处理方式通常被称为自然净化技术,对氮、磷等污染物的去除效果较好;但是传统的慢速渗滤系统的污水投配负荷一般较低,针对这一缺点,赵建芬等(2005)进行了改进试验,试验装置建在温室大棚内,生活小区污水通过无压输水系统(800 m)被引至大棚旁容积为250 m3的蓄水池(兼沉淀池),经沉淀后流至污水土地处理灌溉主系统。在灌溉主系统中,系统出水设置了专门的排水系统,波纹排水管(4"pvc管)坡度1%,间距10 m。系统设计土壤埋深1 m,在底部及边坡均铺有塑料薄膜,防止水的下渗及侧渗。水经集水管排入两边的集水井,以备化验取样。改进的慢速渗滤土地处理系统能充分利用污水中的水肥资源,处理污水水量大,处理效率高,对污水中各种污染物质的处理效果较好,系统出水中除总氮外各指标满足《地面水环境质量》Ⅲ类标准,而且工程简单、基建投资省、管理简单方便和运行费用低,在处理污水方面具有良好的潜力。

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