土壤渗滤处理系统的演变和发展

王 放 赵永宾 邵 智 李洪波

(云南汉龙环保科技有限公司云南昆明650106)

利用土壤这种天然物质对污水进行处置可以追溯到几百乃至几千年以前。古代希腊、罗马及法国等利用污水进行灌溉，既使得农田得到了有效的灌溉，又避免了生活污水无序排放对公众健康的威胁，此时人类已经对土壤所具有的天然净化功能有了一定认识。土壤渗滤的概念最早由英国人Henry Letheby于19世纪首次提出。

随着20世纪工业革命的迅猛发展，城市化进程加快及人口急剧膨胀使得生活污水的排放量与日俱增，因此城市污水处理厂应运而生并取得了一系列的技术进步。然而，城市污水处理厂存在费用高、耗能大、需要管网配套以及二次污染等问题。在这种情况下，土壤渗滤处理技术也得以重新认识和评价，并在分散生活污水处理上发挥了重要的作用。

近年来，日本及欧美等国家一直十分重视土壤渗滤系统的研究和应用，兴建了较多的污水土地处理系统，并取得了良好的生活污水处理成果。在国内这种污水处理系统的研究始于20世纪80年代初，主要任务是通过利用自然生态系统的功能，发展低成本、低能耗的生活污水土地处理技术。进入20世纪90年代以来，通过与国外的技术交流进行广泛交流，国内的技术也取得了迅速的发展。

1 土壤渗滤处理技术原理

土壤渗滤处理技术是污水土地处理技术中的一种类型由预处理系统和土壤渗滤系统两部分组合而成。污水在预处理系统中经过沉淀、厌氧等处理后，在人为控制下按照一定的水力负荷将污水均匀投配到土壤渗滤系统中，污水均匀地向通气性土壤向下渗滤。污水通过毛细、浸润及渗滤作用缓慢地向周围土壤浸润、渗滤和扩散。在上述渗滤过程中，通过土壤吸附、微生物生化作用以及生态效应，对污水中污染物进行吸收、吸附、离子交换、氧化还原、沉淀、络合、降解、转化等过程实现污水的净化，处理后的水可以作为水资源回用，污染物通过物化吸附作用被截留在土壤中，由土壤中的好氧微生物降解，其降解物再由草坪等作物所吸收、利用。

该技术基于生态学原理，并充分结合了工程技术，人工建造一个“土壤－微生物－植物”的复杂生态系统。具有深度处理性能、无需电力、运行费用低、易操作维护、抗冲击负荷强等优点，且系统上方可以发展成牧草地或绿化，并可以设置景观。

2 土壤渗滤处理技术的演进

2.1 土壤渗滤处理技术类型

在土壤渗滤处理技术中较为原始的为地下渗滤坑 (Seepage Pit)也称为地下渗井(Dry Well)，地下渗滤坑是由砾石堆包裹预处理池后埋入土壤中，污水首先进入到预处理池中，通过预处理池壁上的空洞渗滤到砾石堆，然后渗滤到周围的土壤中，污水在此过程中得到净化。该系统处理能力十分有限，适用于流量较小的污水源。

在地下渗滤坑的基础上发展出了地下土壤渗滤沟技术（Soil Infiltration Trench），该系统引入了布水管，污水通过布水管周围的砾石和砂层，在土壤毛管作用下向附近土层扩散，污水中的污染物被过滤、吸附和降解。该系统提高了污水的处理容量及能力，出水水质较地下渗滤坑有所提高。

在地下渗滤技术的演进过程中，尼米槽式地下渗滤系统（Nii－Mi System）的出现在布水均匀性、系统稳定性及氮、磷去除效果等方面均得到了明显的提升。该技术由日本人于20世纪80年代开发，与传统地下渗滤系统的区别在于布水管下方设置了一个防水性材料制成的厌氧砂槽。为了加强毛管浸润作用，还可以增设毛管强化垫层，以毛管浸润作用面积大为扩大，布水更加均匀，得到更好的污水净化效果。

在传统地下渗滤技术的基础上，近年来又演化出无砾石系统地下渗滤装置，以渗滤管式（Gravelless pipe system）及渗滤腔式（Chamber system）地下渗滤系统为代表。无砾石系统具有处理能力强、费用低、易安装维护及处理规模调整灵活等特点。

由澳大利亚科学家和工业组织的专家开发的“FILTER”污水处理技术，不仅使污水得到了有效净化，而且对污水本身进行了充分的利用。该技术是一种集过滤、土地处理与暗管排水相结合的污水再利用系统，适用于土地资源丰富、可以轮作休耕的地区，或是以种植牧草为主的地区。天津市水利科学研究所曾在天津市武清县建立了总面积2hm2试验区，并取得了良好的效果。

多级土壤渗滤系统是由渗滤层及土壤模块层以砖块交错结构垒砌而成的具备强化脱氮除磷功能的新型土地处理系统(Attanandana et al.,2000)。目前,级土壤渗滤系统在国外如日本(Luanmanee et al.,2001)、泰国 (Luanmanee et al.,2002b)、夏威夷(Pattnaik et al.,2008)等地都有成功的应用案例.

2.2 生活污水土壤渗滤处理技术土壤介质

土壤是地下渗滤系统最重要的组成部分，直接决定了系统运行及污水净化效果。一般认为良好的土壤结构、适当的土壤孔隙率、渗透性和通气性，以及维持较高的土壤有机质含量能为微生物及植物提供适宜的生长环境，这些都对净化效果有利。

土壤的选择受到当地实际土地环境的局限，必须通过土壤改良来达到相应要求。土壤改良主要是通过添加填料来改良土壤的结构，常见的填料有砂、粉煤灰、碳化稻壳等。吴春笃等研究发现，当土壤系统中含有30%土壤、15%污泥、15%煤渣、30%砂、5%腐木、5%石灰石时、土壤的质地得到改善,对生活污水中N、P的处理效果较好。Johansson等研究表明在原土中适当掺和富含Fe、Al的物质不仅可以增强除P的效果，还能增加系统吸附P的容量。

从最初的完全利用自然状态下的土壤进行污水渗滤，近年来对土壤改良技术的研究取得了极大的进展并显著提升了系统对污水的净化效果。

2.3 生活污水土壤渗滤处理技术预处理系统

预处理系统在地下渗滤系统中起到了十分重要的作用，是土壤渗滤系统正常运行的保证。早期的预处理系统主要是采用化粪池对污水采取预处理，逐步发展出隔油池、沉淀池等，提升了污水的预处理效果。赵永宾等在滇池流域实施的污水土壤渗滤系统在预处理系统中添加了砾石净化池，通过分层填加不同粒径的生态砾石，显著提高了了进水水质。李英华等在地下渗滤系统前预置浮动生物床工艺，使进水中近80%的固体悬浮物在预处理阶段去除，改善进水水质，效果显著。

3 前景展望

生活污水土壤渗滤处理技术经过了几百年的发展，已经成为了一项重要的污水处理技术，我国在北京、上海、厦门、昆明、大理等地已经兴建了多处生活污水土壤渗滤处理工程并取得了良好的示范效果。该技术在我国有着良好的适应性和可行性,有着很好的发展前景。

但是该技术仍然是发展过程中，其在许多基础研究方面如：堵塞问题、提升系统负荷、提高除氮效果等方面有待继续深入研究。

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