污水土地处理工艺处理有机废水的核心思路研究分析

李艳红，张 傲

（1.菏泽盛祥职业卫生检测评价有限公司，山东 菏泽 274000；2.山东中慧咨询管理有限公司，山东 菏泽 274000）

1 有机废水的处理方法

目前，对于有机废水处理技术的研究，主要包括物理化学法和生物处理法。

1.1 物理化学法

该方法主要是对有机废水进行预处理，而预处理的主要目的是将废水中的可用物质有效回收。通常在对生物降解难度比较大的有机物进行处理时，可通过预处理技术提高有机物的去除效果[1]。由此可以看出，物理化学法对于提高有机废水的最终处理效率有着积极作用。在实际应用中，物理化学处理方法主要包括超声波降解法、萃取法、吸附法、浓缩法等，这些方法都是比较常用的处理方法。

1.2 生物处理方法

在有机废水的处理过程中，生物处理方法的主要原理是，利用微生物的生命活动对有机废水中的污染物进行吸收和转化，这样可有效净化废水。一般情况下，该方法可作为物理化学方法的后续处理技术进行应用，同时，在不同行业的废水处理过程中，生物处理技术的应用都比较普遍。通常，生物处理方法一般包括好氧生物处理技术和厌氧生物处理技术。

其中，好氧生物处理技术中的活性污泥去除法主要是将含有机物的废水作为培养基，且在溶解氧的基础上连续培养活性污泥，并将活性污泥分散在曝气池内，使曝气池中的污水有机物质充分接触活性污泥，以去除污水中的有机质。而生物膜法是污水好氧生物处理技术的主要类型，该方法在应用过程中，需要将细菌等微生物附着在滤料中，并确保这些微生物能够有效生长繁殖，进而形成膜状生物。在生物膜和污水接触后，可有效吸附污水内的有机污染物，并且这些污染物可以被微生物作为营养物质吸收，从而达到净化污水的目的。生物膜法在应用过程中具有较强的稳定性，主要原因是微生物可以通过吸附有机污染物质促进自身的繁殖，所以具有较强的抗冲击能力，并且还不会存在污泥膨胀问题。厌氧生物处理技术在使用过程中，主要是在无分子氧的环境下，利用厌氧微生物对废水中复杂的有机物进行分解，并使其转化成甲烷和二氧化碳，因此，也被称为厌氧消化过程。

2 污水土地处理工艺处理有机废水的可行性研究

2.1 污水土地处理工艺

污水土地处理工艺主要是指，利用土壤、微生物、植物构成的陆地生态系统开展污水处理的技术。该污水处理工艺具有较强的自我调控能力，可以对污染物进行综合净化。因此，该处理工艺在城市污水处理和有机废水处理的过程中具有重要的应用价值，可有效净化水质。并且，还可以利用营养物质和水分的生物地球化学循环确保绿色植物快速生长，这对于提升废水资源的综合利用效率有着积极作用，属于无害化的常年性生态系统工程[2]。在污水土地处理工艺的运行过程中，可依据系统中水流运动和流动轨迹的差异进行分类，主要包括以下几种

2.1.1 慢速渗滤系统

慢速渗滤系统主要是将废水投配到栽种植物的土壤表面，当废水流经土壤时，通过植物系统达到净化废水的目的。在慢速渗滤处理系统的应用过程中，投配的废水一部分会被农作物吸收，还有一部分废水会渗入到地下水。一般情况下，不会有流出场地的水量。但系统中的水流途径会受废水的迁移过程影响，此外，污水处理厂的地下水流向也会对水流途径产生影响。在实际的应用过程中，废水的投配方式主要包括畔灌、沟灌、喷灌系统。

通常，在慢速渗滤系统的应用过程中，可有效对村镇生活污水和季节性排放的有机废水进行处理，还可以对出水进行回用，同时，还可以在土层表面种植经济作物，由此可以看出，该系统具有较强的经济效益。并且，在投配废水负荷比较低的情况下，可以利用土壤的渗透作用完成废水的渗滤处理工作，能有效提高水质的净化效果。此外，在污水土地处理技术的应用过程中，慢速渗滤系统对地表坡度的要求相对较低。但需要注意的是，该系统在应用中受季节和植物营养需求的限制比较多，并且对土地面积的需求也比较大，但水力负荷比较小。

2.1.2 快速渗滤系统

快速渗滤系统的主要功能是在废水控制的过程中，需要将废水投配在渗滤性良好的土壤中，使废水在渗透的过程中受到硝化、反硝化、过滤、沉淀、生物氧化以及还原等不同作用的影响，从而保证有机废水的净化效率。该系统在应用过程中，是一个土地淹水和干化状态下进行周期交替的过程，以此确保渗滤效果。其中，在干化时能有较好的好氧环境，也可以开展废水下渗和排除工作。在实际应用中，快速渗滤系统可有效保证氨氮、有机物、悬浮物等的去除率，同时，该系统的投资成本较低，且在后期运行过程中管理工作也比较方便，而对于土地面积的要求也相对较小，能常年运行，处理的出水可以进行回灌或者补充地下水。但快速渗滤系统在应用过程中仍然有一些缺点，如在使用过程中对水文条件、地质环境的要求比较严格，而场地和土壤条件也会直接影响快该系统的使用效果。并且，对于总氮的去除率并不高，导致在对排出水进行处理的过程中，硝态氮还有可能会导致地下水污染。

2.1.3 地表漫流系统

地表漫流系统可有效控制废水，该系统是将废水投配在有多年生牧草、坡度缓和的土壤表面，其渗透性比较低，地表以沿着土壤缓慢流动的废水为主，以此对废水进行有效的处理和净化。地表漫流处理系统除了对废水进行处理，还可以促进牧草生长。由于该系统的出水主要是通过地表径流进行收集，所以不会对地下水产生影响。在地表漫流系统运行过程中，有一部分水量会因为受到蒸发和渗漏影响而损失。通常，地表漫流系统的最主要优点是可以在分散的居住地区应用，且对有机废水的预处理要求也比较低，但能有效提高生活污水和季节性排水的处理效果。一般情况下，地表漫流处理系统完成的废水处理标准能达到二级或者比二级更高的水质，投资成本也相对较低，在后期的管理过程中，整个运行维护比较简单方便。

此外，在该工艺应用中，地表还可以种植经济作物，同时，还可以对出水进行有效回收利用，从而提高了水资源的利用效率。在污水土地处理工艺应用过程中，地表漫流系统对土壤自身的渗透性要求也比较低。但需要注意的是，地表漫流系统在应用中对农作物的需水量、地表坡度和气候的要求相对较高，如果在冰点以下或者雨季来临会直接影响该系统的应用效果，且植物的需水量在一定程度上也会对整个处理系统的水力负荷产生影响[3]。同时，还要考虑到出水再排入水体之前的消毒问题。

2.2 污水土地处理系统处理有机废水的可行性

在上世纪80年代后期，已经有国家利用污水土地处理工艺完成有对机废水的处理，在最初的使用过程中，主要是利用水平潜流人工湿地完成对高浓度有机废水的处理，水力负荷保持在6～8.2 cm/d，有机负荷为100～150 kg BOD/（hm²·d），BOD平均去除率为89%，COD去除率为92%，由此可以看出，该系统对有机废水的净化效果比较良好。当前，我国在一些芦苇湿地示范工程中对工业废水进行处理时，就是应用污水土地处理工艺，该工艺的处理能力可达到500 m²/d，水力负荷为50 mm/d，BOD的有效去除率可达到86%，SS的有效去除率为94%，污水净化能力比较良好。但人工湿地系统在应用过程中存在的主要问题是水力负荷较低，并且占用的土地面积也较大。同时，在该系统的运行过程中会出现一些异味。此外，对水量、植物等的要求也比较高。从20世纪90年代开始，我国一些区域在污水处理过程中已经开始应用快速渗流系统，水力负荷为5～33 cm/d，有机负荷为150～1 000 kgBOD/（hm²·d），比人工湿地系统更高，而且快速渗滤系统的占地面积较少，受水量和植物因素的影响也相对较低[4]。

3 污水土地处理工艺的应用核心

3.1 生物填料的选择

在污水土地处理技术的应用过程中，需加强生物填料的选择工作。通常，生物填料的种类和分类方法较多，所以，在具体的选择过程中需要对填料的材质进行准确了解。目前，生物填料的材质主要包括无机类填料和有机类填料两种。

（1）第一，无机类填料主要是以无机材料组成，其在生物膜技术的不同阶段都有至关重要的应用价值。在最早的污水处理过程中，无机填料已经应用在生物接触氧化池中，主要是以碎石和炉渣为主。目前，在无机生物填料工艺的实际应用过程中，其主要环节包括曝气生物滤池、生物陶粒、火山岩、人工湿地中的砾石等。随着生物膜技术的快速发展，比较常用的无机类填料主要是以陶瓷材料、矿渣、活性炭、陶粒等为主，这些无机类填料都具有比较稳定的物理性能和化学性能，并且有良好的机械强度，在污水处理工艺的应用过程中也比较普遍。但由于无机类填料的自重比较大，所以大多数材料并不适合在硫化碳中应用，并且在悬浮型材料生物膜反应器中，无机类填料的应用也会受到一定限制。第二，有机类填料。随着聚合物加工技术水平的不断提升，聚合物材料的种类也越来越多，并且功能也越来越强。在研究时，可根据生物需求进行分类，也可以按照不同反应器的特点将有机填料加工成不同的形状，以确保其能够满足工艺运行需求。目前，比较常见的有机类材料包括塑料、玻璃钢等硬性材料、波纹板状硬性材料；此外，尼龙、腈纶、涤纶等化学纤维软性填料也属于有机类填料。这些填料的应用优势是强度和比重都比较突出，因此，在生物膜的处理工艺中应用比较普遍，在污水处理方面也具有良好的应用效果，而且有一部分有机类填料还可以实现商品化。

（2）在对生物填料进行选择的过程中，不仅要保证合理选择生物填料，还要综合考虑污水土地处理系统在运行过程中所需的土壤成分和条件。土壤是污水土地处理系统的主要组成部分，但天然土壤的处理规模和处理质量无法满足当前的有机废水处理需求，且在处理过程中很容易出现堵塞、有机负荷比较低等问题。为了有效解决这些问题，需科学选择生物填料，以改善天然土壤的物理性能与化学性能。在生物填料选择过程中，还需要对影响处理工艺的各种因素进行充分考虑，从而确保选择的生物填料能满足污水土地处理工艺的实际需求。在具体的选择过程中，需要从以下方面进行分析：

第一，材质。材质是填料的主要特性之一，一般情况下，生物填料要有较高的化学稳定性，因此，是以惰性物质为主，且不会影响微生物的生长、无毒害。最早的污水处理工艺在运行中的填料为碎石，但目前大多数工艺采用的填料都为轻质填料。除此之外，不仅要保证填料的稳定性，防止填料破碎，还要提高填料的耐久性和耐腐蚀性。

第二，粒度。在对生物填料进行选择时，必须对其粒度进行充分考虑。粒径范围一般是0.2～60 mm，粒径相对较小，可保证填料较大的比表面积。但是粒径过小就有可能会出现堵塞问题，尤其是对于高浓度的污水。因此，在具体的选择过程中，材料的粒径要在20 mm以上。

第三，需要对材料表面状况进行充分考虑。经过研究，填料表面的粗糙度会直接影响细菌的粘附速率，所以多孔且比较粗糙的表面有利于提高生物膜的附着效果。经过对不同的生物材料进行对比，发现排水瓦管粘土的表面较为粗糙，反应启动相对较快，运行过程也比较稳定。

第四，孔隙率因素。一般情况下，厌氧细菌在填料的孔隙内生长，表面生长的膜仅为1/4左右，最多不会超过1/2。因此，在选择生物填料时，需要对填料的孔隙率进行充分考虑。这是因为孔隙率越高，在水量环境相同的情况下，污水停留时间就更长，可有效提高反应溶质的利用率。并且，高孔隙率还可以防止生物填料堵塞，但孔隙率过高就有可能会导致水夹带的悬浮物增加。

第五，价格。污水土地处理系统在应用过程中必须要考虑到实际的经济效益。所以，生物材料的价格也是在生物材料选择过程中必须要考虑的重要因素。生物材料是污水处理系统中的主要组成部分，其应用成本会对系统的总造价产生直接影响。由于污水土地处理系统的重要特点是基建和运行费用比较低，因此，在生物填料选择过程中，也要在确保填料能满足工艺运行需求的基础上，对其价格进行严格控制。

当前，有机类生物填料的相关技术越来越成熟，在生物膜领域，有机类生物填料也发挥着至关重要的作用，但在污水土地处理系统的应用过程中，有机类生物材料的应用成本比较高，且生物填料的耐腐蚀能力相对较低，所以在污水处理系统运行的过程中，内部厌氧反应会形成有机酸，从而会直接影响有机填料的稳定性和综合性能。同时，一些有机类填料在应用过程中还会出现变形问题，一般是在悬浮型载体生物膜反应系统中应用，不适合在覆盖土层的污水土地处理系统中应用。而无机类生物填料成本比较低，每立方米的价格在50元以下，因此，可以直接将建筑废料作为填料，主要是来源比较广泛稳定，并且无机生物材料的物理性能和化学性能更加稳定，具有较强的抗压能力。所以，在应用污水土地处理工艺处理有机废水时，选择无机生物填料具有更高的经济效益。

3.2 污水土地处理工艺流程

（1）在有机废水的处理过程中，涉及的污水土地处理工艺流程主要是利用生物陶粒和碎石两种无机类生物填料进行废水净化。生物陶粒的粒径大约为5 mm左右，平均密度为1 500 kg/m³，比表面积为4.99 cm²/g。在初次浸泡之后，生物陶粒的pH值为7.5，在装置应用过程中是以PVC材质为主制作成圆柱反应器，每一个单元直径和高度分为0.5 m、1.2 m，在选择内部填料时，其有效高度为0.6 m左右，但需要注意的是，在填充完生物填料后，要在表面覆盖0.27 m左右的土壤[5]。

（2）在试验装置运行过程中可以加强装置保温，并需要配置对应的进水桶，还要在内部配置人工污水系统，其中，恒流泵的主要作用是对进水流量有效控制。为了确保生物材料能有效发挥作用，防止出现断流问题，在实验过程中是以自下而上连续进水方式为主，当污水从反应器的底部进入后，会通过下部穿孔板使污水向上流动，穿孔板上层铺设碎石厚度大约为15 cm左右，粒径保持在2～4 cm，以确保污水能均匀地分布在反应器横截面上，这样既能截留比较大的悬浮物，还可以防止生物填料堵塞。在出水环节，可利用UPVC材质完成穿孔管制作，设置两排交错布置的小孔，孔径为6 mm，间距为2 cm。在试验过程中主要包括启动阶段和正式运行阶段，每一个阶段都需要完成取样，并进行测定。还需要完成进水与出水的温度、pH值、COD、BOD浓度测定工作，从而分析温度、pH值、水力停留时间、容积负荷以及进水水质等是否会对生物材料的去除效果产生影响，且在试验过程中配备的人工污水COD为1 500 mg/Lcod。同时，在实验中还要根据实验要求对人工污水的浓度进行相应调整。

3.3 控制影响因素

为了对污水土地处理技术的应用效果进行科学把握，需要对污水处理过程中的影响因素进行严格控制。

3.3.1 对水力停留时间进行控制

在污水土地处理工艺应用的过程中，水力停留时间越长，水力负荷越小，COD的容积负荷也随之降低，系统对有机物的去除效果也会不断提高。同时，该系统在运行过程中，有机物的去除率受不同水力停留时间的影响相对较小，所以，有机物的去除率比较稳定。当水温为19～23 ℃时，陶粒填料和碎石填料出水的COD、BOD含量在72 h、144 h、288 h不同水力停留时间下都能满足污水排放标准，而水力停留时间保持在288 h时，陶粒和碎石单元的出水效果比较好，陶粒填料中COD去除效率为83.0%，碎石中的COD去除效率为82.2%，而陶粒和碎石的BOD去除效率分别为82.5%和81.8%。

3.3.2 对pH值进行严格控制

（1）如果在进水中不添加碱性物质，陶粒和碎石单元内的pH值会保持在6.1～6.4左右，出水的COD、BOD就无法满足《污水排入城镇下水道水质标准》（GB/T 31962-2015）的要求，且陶粒和碎石填料的COD去除率分别为27.6%和32.5%，BOD的平均去除率分别为28.9%和33.5%。如果在进水中添加碱性物质，按照 200 mg/mL的用量添加，陶粒和碎石的pH值分别可达到6.9～7.4左右，出水的COD和BOD都能够满足废水排放标准，而陶粒和碎石填料的COD平均去除率能达到76.2%和72.2%，BOD的平均去除率能达到76.8%和75.4%。

（2）在进水浓度的测定过程中，如果有机物浓度比较高，就会影响反应器的有机容积负荷，其在水解酸化过程中反应速率也更高，而厌氧消耗会使酸碱平衡机制受到影响，导致有机酸不断积累，从而会影响甲烷菌的活性，且最终影响整个污水净化系统的净化效果。所以，在污水内需要添加碱性物质，这样就可以对反应器的pH值进行调节，以确保甲烷菌的活性，从而提高污水土地处理系统的综合处理效果[6]。

4 结语

总而言之，在污水土地处理系统的应用过程中，需要对生物填料进行科学选择。而在应用过程中，主要是通过生物填料和附着生物的过滤、吸附和吸收作用，来完成有机废水的处理工作。同时，在应用污水土地处理工艺时，需充分发挥出土壤的积极作用，以保证除臭和保温质量；还可以通过蔬菜种植、农作物种植或观赏植物种植等提高土地资源的综合利用效益，从而保证该处理工艺的经济效益。在实际应用中，由于污水土地处理系统的综合运行成本较低，后期管理工作也比较方便简单，所以，该系统的经济效益和生态效益俱佳，将是未来有机废水的主要处理技术。