高 瓊

(山西省環(huán)境監(jiān)測中心站)

我國是世界上13個貧水國家之一，人均用水量僅為世界平均水平的1/4。目前，全國34個省(區(qū)、市)中，有16個省(區(qū)、市)人均水資源量低于嚴重缺水線，有 6個省(區(qū)、市)人均水資源量低于500 m3，且呈不斷降低的趨勢。按照國際公認的標準，人均水資源量低于1 000 m3為嚴重缺水，低于500 m3為極度缺水。據2012年我國水資源公報與環(huán)境狀況公報，目前全國年排放污水量已達785億m3，地表水總體為輕度污染，部分城市河段污染嚴重。由于污水處理率低，影響了水資源的有效性，造成有水不能用，使水資源短缺與水污染嚴重之間的矛盾愈來愈尖銳。污水資源化，是將污水視為一種資源，通過各種處理技術，使其凈化達到某種用水標準，從而實現大部分污水的循環(huán)再利用，同時減少污水排放對環(huán)境造成不良影響的過程［1］。實施污水資源化，可以有效地緩解我國水資源短缺的狀況。污水土地處理技術，正是在這樣的背景下不斷快速發(fā)展的一項新技術。

1 污水土地處理系統(tǒng)的主要技術發(fā)展

污水土地處理系統(tǒng)是一種污水處理的生態(tài)工程技術，指的是污水經過一定程度的預處理，然后有控制地投配到土地上，利用土壤—微生物—植物生態(tài)系統(tǒng)的自我凈化功能和自我調控機制，通過一系列的物理、化學和生物化學等過程，使污水達到預定的處理效果，轉化為新的水資源，達到重新回收利用，并對污水中磷、氮等資源加以利用，使其成為植物自身營養(yǎng)成分的一種處理技術。污水土地處理技術的基本類型如下。

1.1 慢速滲濾土地處理系統(tǒng)

慢速滲濾(SR)土地處理系統(tǒng)，是將污水有效地投配到土地或種有植物的土地表面，經過土壤表面滲流以及土壤—植物系統(tǒng)內部垂直滲濾得到凈化的土地處理工藝，是污水土地處理技術中水和營養(yǎng)成分利用率最高、經濟效益最大的一種類型。水力負荷和有機負荷是慢速滲濾系統(tǒng)的重要設計參數。水力負荷的選用，除與污水自身的水質因素有關外，主要與土壤質地和植物的選擇有關。主要選用滲水性良好，滿足處理系統(tǒng)污水利于傳導性能強的土壤;植物選擇主要考慮能最大限度地吸收氮、磷及有機物等營養(yǎng)物質，耐水濕，生長期長，易于管理。有機負荷通過對單位面積的污染負荷和通化容量計算，進行有控制地投配，使處理系統(tǒng)在最佳狀態(tài)下連續(xù)運行。慢速滲濾系統(tǒng)包含了土壤膠體的機械截留、離子交換等物理化學固定作用以及土壤酶與微生物的降解、轉化被植物吸收利用等生物化學作用，故污水凈化效率高，出水水質優(yōu)良。由于其與農業(yè)生產緊密結合，投入少，而被廣泛采用。

“八五”、“九五”期間，中國科學院沈陽應用生態(tài)所在內蒙古霍林河地區(qū)建立了處理規(guī)模為10 000 m3/d的森林型慢速滲濾污水土地處理工程示范區(qū)，灌溉林地面積880 hm2，此系統(tǒng)無再生水產生，實現了污水的無害化和資源化。該工程的基建投資與運行費用分別為常規(guī)二級處理的1/2與1/5，灌溉區(qū)內林地平均每年凈增產值130萬元，經濟效益、生態(tài)效益和社會效益良好［2，3］。美國維蒙特工業(yè)公司在內蒙古錫林郭勒盟建立了處理規(guī)模為4 000 m3/d的低壓噴灌慢速滲濾土地處理系統(tǒng)，處理出水可以達到我國污水的二級排放標準。該項目在運行過程中沒有影響地下水和土壤水質，飼草產量提高60%［4］。趙建芬等人對傳統(tǒng)的慢速滲濾土地處理系統(tǒng)進行改進試驗，結果表明，在大水力負荷情況下，改進的系統(tǒng)對BOD、總氮、磷的去除率能達到96.28%、91.78%和98.83%，除總氮外其他各指標濃度均滿足地面水環(huán)境Ⅲ類水域水質標準要求［5，6］。項愛枝等采用慢速滲濾土地系統(tǒng)對養(yǎng)豬場廢水進行三級深度處理，該處理工藝對COD、BOD5、NH3-N的去除率均達到99%以上［7］。

1.2 快速滲濾土地處理系統(tǒng)

快速滲濾(RI)土地處理系統(tǒng)也是污水土地處理系統(tǒng)的基本類型之一，是將污水有控制地投配到具有良好滲濾性的土地表面，污水在向下滲濾過程中經過物理、化學和生物化學等一系列作用而得到凈化。快速滲濾系統(tǒng)的影響因素主要為3個方面:運行周期(濕干比)、滲透系數、水力負荷?？焖贊B濾系統(tǒng)采用周期處理模式，即定期投配污水使?jié)B濾系統(tǒng)淹沒和土壤表面干燥氧化交替進行，使?jié)B濾土壤表層好氧條件周期性地再生，從而使截留在淺層土壤的污染物充分有效地分解，對COD、BOD、氮有很好的處理效率。土壤的質地和結構影響著處理系統(tǒng)的滲透系數，水力負荷與滲透系數密切相關［8］。滲透系數小的土壤，其空隙較小，滲透率較低，出水水質較好。該系統(tǒng)的顯著優(yōu)勢是可以終年運行，且成本和能耗低，因此具有廣闊的應用空間。

人工快速滲濾系統(tǒng)(CRI)，是指將污水有控制地投放于人工構筑的滲濾介質的表面，使其在向下滲透的過程中經歷機械過濾與吸附、化學轉化、生物氧化與還原、硝化與反硝化等作用，最終達到凈化污水的過程。主要是采用天然河砂、陶粒、煤矸石等滲透性能較好的滲濾介質代替天然土層，從而大大提高了水力負荷。張金炳選用河流沖積砂和人工大理石砂、紅土作為滲濾介質，構建了人工快速滲濾系統(tǒng)，使茂州河水污染物有較高的處理效率，系統(tǒng)出水COD濃度為13.74 mg/L，BOD濃度為2.88 mg/L，對SS、NH3-N及 LAS的去除率可達95%以上［9］。白芒河水質凈化廠對排入白芒河沿岸的污水進行處理，出水水質可以達到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準中一級A標準［10］。江津市李市鎮(zhèn)污水處理廠采用人工快速滲濾系統(tǒng)處理城鎮(zhèn)生活污水，處理規(guī)模為3 000 t/s，出水水質可以達到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準中一級B標準，且處理與運行成本低，操作管理簡單，在城鎮(zhèn)生活污水處理方面具有良好的應用前景［11，12］。

1.3 地下滲濾土地處理系統(tǒng)

地下滲濾(SI)土地處理系統(tǒng)是將污水投配在土壤亞表面，通過毛細管浸潤、滲濾和重力作用向四周土壤擴散和運動，利用土壤—微生物及土壤—植物生態(tài)系統(tǒng)的凈化功能，使污水中的污染物在生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)中逐漸降解，從而凈化水質的中小規(guī)模的自然生態(tài)處理系統(tǒng)。地下滲濾系統(tǒng)的影響因素主要有兩方面:一是處理土壤的選擇與配置。土壤的質地、結構、滲透性能和化學性質對地下滲濾系統(tǒng)的處理能力和凈化效果有很大的影響;二是有機負荷和水力負荷的選取。地下滲濾系統(tǒng)適合處理高濃度的有機污染物，合適的水力負荷可以維持土壤中污染物的投配與處理之間良好的平衡，保證系統(tǒng)高效連續(xù)運行。地下滲濾系統(tǒng)具有處理出水水質好、運行穩(wěn)定且費用低、管理操作簡單、占地少不破壞景觀、沒有異味等優(yōu)點。地下滲濾系統(tǒng)(土壤毛管滲濾系統(tǒng))的主要類型有:滲濾坑、滲濾管(滲濾腔)、滲濾溝、尼米槽等。

中國科學院沈陽應用生態(tài)所在沈陽師范大學新校區(qū)修建了800 m3/d的懸浮填料浮動床/土壤地下滲濾系統(tǒng)示范工程，實踐證明，利用該系統(tǒng)進行污水深度處理，出水水質優(yōu)于所要求的回用水質，對COD、BOD5、SS、NH3-N的處理效率均可達到92%以上［13］。浙江湖州某區(qū)以土壤毛管滲濾溝為主，處理能力為1 000 t/d的污水處理系統(tǒng)，對該區(qū)的生活污水進行處理，各出水水質指標均達到了國家回用標準［14］。沈陽大學聯(lián)合校區(qū)建立了接觸氧化—地下滲濾工藝處理校園生活污水，該滲濾系統(tǒng)采用干化活性污泥作為滲濾介質，出水水質滿足城市污水再生利用—景觀環(huán)境用水水質標準［15］。劉道行等采用地下滲濾系統(tǒng)處理鄱陽湖中心高速服務區(qū)的生活污水，對 COD、TN、TP的去除率可達到89.1%、87.5%和95.5%［16］。李斌等在農村建立了人工分土層的地下滲濾池，設計人口為5人，對單獨的農戶家庭生活用水進行處理，對COD、TN、NH3-N、TP均有良好的處理效率［17］。眾多事實說明，地下滲濾系統(tǒng)在生活污水處理方面也具有廣闊的前景。

1.4 地表漫流土地處理系統(tǒng)

地表漫流(OF)土地處理系統(tǒng)，是將污水定量地投配到具有較緩坡度、土壤滲透性較低且生長著茂密植被的土地表面上，污水沿地表呈薄層緩慢而均勻地流動，經一段距離后得到凈化的一種污水處理工藝。該系統(tǒng)的凈化原理是利用“土壤—植物—微生物—水”體系對污染物的巨大容納、緩沖和降解能力。緩慢的水流提供了良好的好氧條件，為微生物創(chuàng)造了良好的呼吸環(huán)境;分布于地表的生物膜對污染物有吸附、降解的作用;植物起到了均勻布水以及吸收污染物的作用;陽光促進污染物的分解。地表漫流系統(tǒng)的影響因素主要為3個方面:土壤的理化性質，土地表面的坡度和平整度，植被的覆蓋率和稠密度。該系統(tǒng)采用地表漫流，對地下水的影響小，凈化效果好，投資運行費用低，管理方便，可作為綠化景觀，具有良好的環(huán)境效益。

崔金貴利用中試探索了黃土地區(qū)地表漫流系統(tǒng)對廢水的去除效果，結果表明處理后廢水水質能夠達到污水綜合排放二級標準［18］。河海大學通過建立4塊10 m×60 m的地表漫流系統(tǒng)，對新沂河污水進行處理，對COD的處理效率隨進水濃度的增加而增高，對低濃度COD去除率45%-55%，對NH3-N的去除率 75%-89%［19，20］。九江學院建立了坡面面積為3 300 m2的紅壤地表漫流系統(tǒng)對校園生活污水進行處理，該系統(tǒng)對COD、TP、TN的去除率為67%、51%和75%以上，出水水質達城市污水處理廠二級排放標準［21，22］。

1.5 污水人工濕地處理系統(tǒng)

污水濕地處理系統(tǒng)是在土壤—植物—微生物復合生態(tài)系統(tǒng)中，有控制地投配污水使土壤經常處于飽和狀態(tài)，污水在生態(tài)系統(tǒng)運行過程中，土壤和耐濕植物聯(lián)合作用，使污水得到充分凈化的污水處理工藝。污水濕地處理系統(tǒng)包括天然濕地和人工濕地(CW)處理系統(tǒng)。人工濕地(CW)處理系統(tǒng)的反應機理是由細菌、真菌、放線菌、原生動物組成的濕地微生物群體，利用空氣將污水中的有機質、含氮有機物等分解成可供植物利用的無機化合物。濕地植物龐大的根系吸附和富集部分污染物，同時吸收和轉化水體中氮、磷等營養(yǎng)物質。人工濕地系統(tǒng)的主要設計因素為:土壤結構、滲透性等理化指標，植被選擇、覆蓋率等生物指標，水力負荷、投放周期等運行指標。該系統(tǒng)出水水質穩(wěn)定，水力負荷大，污染負荷高，并形成了生態(tài)景觀，具有良好的環(huán)境效益和經濟效益。

人工濕地系統(tǒng)以其獨特的優(yōu)勢被廣泛應用到生活污水、工業(yè)廢水、農村廢水和石油廢水等處理過程中。洋湖再生水廠建立了人工濕地污水生態(tài)處理工藝，處理量為40 000 m3/d，是長沙市大河西先導區(qū)“兩型”社會建設示范工程［23］。經人工濕地深度凈化處理的污水，可達到城鎮(zhèn)污水處理廠污染排放標準一級A標準，實現了污水零排放和污水再生利用。曹明利等設計了人工快滲/復合人工濕地組合工藝，對某工業(yè)園區(qū)的混合化工污水、尾水進行處理，出水水質達到Ⅴ類地表水環(huán)境質量標準［24］。莫德清等采用復合型潛流人工濕地對漓江流域的農村生活污水進行處理，COD、NH3-N、TN和TP的去除率分別大于70%、70%、90%和85%，出水水質可達到城鎮(zhèn)污水處理廠污染排放標準一級B標準［25］。吉林油田新大采油廠與吉林省環(huán)境科學研究院合作采用氣浮/生化與人工濕地聯(lián)合工藝，對采油廢水進行了處理，在污水進水水質波動大、生化性較差的情況下，該處理工藝對COD、石油類化合物的去除率達到了86.8%和83.8%，出水水質達到排放標準［26］。

2 污水土地處理系統(tǒng)存在的問題

2.1 土壤堵塞

土壤作為污水土地處理系統(tǒng)組成的基質，對污染物起著物理截留、化學沉淀、吸附、氧化還原等凈化作用。隨著污水處理的不斷運行，污水中的懸浮物不斷截留沉積，微生物不斷繁殖，土壤的吸附能力逐漸趨于飽和，很容易引起土壤孔隙的堵塞，進而影響系統(tǒng)的水力負荷、穩(wěn)定性以及凈化效果，甚至使系統(tǒng)停止運行。

2.2 受低溫影響較大

由于污水土地處理系統(tǒng)是小型的“土壤—植物—微生物”生態(tài)系統(tǒng)，其中植物和微生物對溫度尤為敏感。在較低溫度條件下，微生物活性會降低，生化反應會明顯受到抑制，從而使系統(tǒng)的處理效率會明顯下降。

2.3 占地面積較大

污水土地處理系統(tǒng)的機制與特點決定了其需要占用較多的土地，尤其是慢速滲濾和地表漫流這類水力負荷小的處理系統(tǒng)，需要占用更多的土地，這是阻礙土地處理系統(tǒng)發(fā)展的主要因素。我國土地資源十分緊張，要解決占地面積大的問題，主要方法是提高水力負荷。但隨著水力負荷的提高，污水通過處理系統(tǒng)的速度就會加快，減少了與其接觸反應的時間，影響出水水質，同時也加大了土壤的堵塞。

2.4 二次污染問題

一般來說，污水土地處理系統(tǒng)對周圍環(huán)境不會造成不良影響，但是在污水處理過程中容易出現重金屬富集、溫室氣體釋放和病原體的增加，特別是重金屬污染是制約土地處理系統(tǒng)發(fā)展的主要問題之一。重金屬的積累會對土壤理化性質、植物的生長、土壤微生物的生物活性和植物群落結構造成影響，有時甚至穿透土壤污染地下水;由于土地處理系統(tǒng)內部環(huán)境長期處于厭氧狀態(tài)，導致微生物厭氧呼吸而產生CH4和N2O兩種溫室氣體;病原體可通過污染的植被和地表徑流，附著在氣溶膠微粒上進行傳播，也可能瀝濾進入地下水，從而造成二次污染。

3 污水土地處理系統(tǒng)展望

污水土地處理系統(tǒng)作為一項投資經濟合理、管理運行方便、技術穩(wěn)定、處理效果良好、實現污水資源化的生態(tài)處理技術，具有顯著的環(huán)境效益、社會效益和經濟效益，在當今具有廣闊的發(fā)展?jié)摿?，適合我國目前的經濟發(fā)展水平與污水處理技術發(fā)展現狀。土地處理系統(tǒng)作為污水處理技術，不但效果好，而且可以減少氮、磷的排放量，減緩我國水體富營養(yǎng)化的發(fā)展態(tài)勢，既可替代常規(guī)的二級處理，又可作為常規(guī)處理的深度處理，已成為我國污水處理革新/替代技術的重要組成部分。在農村和中小城鎮(zhèn)，可以利用其擁有較多土地資源的優(yōu)勢，建造小型土地處理系統(tǒng)，不僅可以凈化污水，而且可以與農業(yè)灌溉相結合，提高土壤肥力和農作物產量，在保護農村生態(tài)系統(tǒng)的同時保證糧食安全。在大城市，根據其污水水量大、成分復雜的特點，可以因地制宜地選用各種類型的土地處理系統(tǒng)并與其他成熟的污水處理技術相結合，不僅能達到良好的污水處理效果，還可以改善城市的生態(tài)環(huán)境質量。加強土地處理系統(tǒng)的理論研究和技術工藝研發(fā)，加大力度推行并實施污水土地處理技術，將是解決我國水污染嚴重和水資源短缺的有效途徑。

［1］何江濤，鐘佐燊，湯鳴皋，等.污水土地處理技術與污水資源化［J］.地學前緣，2001，8(1):155-162.

［2］賈宏宇，孫鐵珩，李培軍.污水土地處理技術研究的最新進展［J］.環(huán)境污染治理技術與設備，2001，2(1):62-65.

［3］楊翠芬，孫鐵珩，李培軍.污水土地處理生態(tài)工程綜合效益分析［J］.應用生態(tài)學報，1999，10(4):481-484.

［4］徐亞同.污水土地處理系統(tǒng)相關機理研究及實踐應用［D］.上海:華東師范大學博士學位論文，2005.

［5］趙建芬，馬香玲，韓會玲，等.慢速滲濾土地處理系統(tǒng)的改進試驗研究［J］.河北農業(yè)大學學報，2005，28(5):107-110.

［6］趙建芬，馬香玲，靳路明，等.污水慢速滲濾土地處理系統(tǒng)的改進試驗研究［J］.農業(yè)工程學，2006，22(9):85-88.

［7］項愛枝，魯 昭.慢速滲濾土地處理技術在處理某養(yǎng)豬場廢水中的應用［J］.吉林農業(yè)，2011(2):155-157.

［8］郭 偉，李培軍.污水快速滲濾土地處理研究進展［J］.環(huán)境污染治理技術與設備，2004，5(8):1-7.

［9］張金炳.污水處理人工快速滲濾系統(tǒng)研究［D］.北京:中國地質大學博士學位論文，2002.

［10］張敏，李 璐.CRI工藝在河流水質凈化中的應用［J］.市政與路橋，2008(9):151.

［11］于建朋，鄭澤根.CRI工藝在三峽庫區(qū)小城鎮(zhèn)污水處理廠中的應用［J］.給水排水，2008，34(增刊):69-71.

［12］李飚，李尚科，王小喬，等.人工快速滲濾系統(tǒng)處理城鎮(zhèn)生活污水［J］.三峽環(huán)境與生態(tài)，2010，32(6):15-20.

［13］董澤琴，孫鐵珩，李培軍，等.懸浮填料床/地下滲濾系統(tǒng)深度處理生活污水［J］.中國給水排水，2006，22(8):70-73.

［14］鄭展望，徐甦，周聯(lián)友.土壤毛管滲濾系統(tǒng)在浙江湖州某區(qū)新農村示范工程中的應用［J］.污染防治技術，2007，20(3):64-67.

［15］李英華，李海波，孫鐵珩，等.接觸氧化—地下滲濾工藝在校園污水處理中的應用［J］.沈陽大學學報(自然科學版)，2012，24(2):26-30.

［16］劉道行，孔亞平，楊建剛，等.高速公路服務區(qū)生活污水地下滲濾系統(tǒng)設計［J］.交通建設與管理，2009(9):80-81.

［17］李斌，楊繼富，樊國中.農村分散生活污水地下滲濾系統(tǒng)處理技術研究［J］.中國農村水利水電，2013(4):20-23.

［18］崔金貴.黃土地區(qū)地表漫流系統(tǒng)處理含油污水的研究［J］.環(huán)境保護，1999，26(4):211-215.

［19］張旭東，阮曉紅，孫 敏.利用地表漫流系統(tǒng)處理新沂河污水的試驗研究［J］.河海大學學報(自然科學版)，2005，33(3):273-376.

［20］孫敏，阮曉紅，張旭東，等.地表漫流系統(tǒng)處理污染新沂河水的中試研究［J］.中國給水排水，2006，22(9):46-49.

［21］吳桃娥，計斌，王英姿，等.土地法生活污水處理與城市水保生態(tài)應用的研究［J］.九江學院學報(自然科學版)，2008(6):80-83.

［22］袁宜如，李平，吳桃娥.生活污水地表漫流處理系統(tǒng)的節(jié)能減排效益分析［J］.九江學院學報(自然科學版)，2012(1):9-12.

［23］王文明，危建新，聶世輝，等.生態(tài)治污工藝與污水零排放方案及實踐［J］.環(huán)境科學導刊，2013，32(3):64-66.

［24］曹明利，崔康平，許為義，等.人工快滲/復合人工濕地工藝處理園區(qū)污水廠尾水［J］.中國給水排水，2012，28(9):12-14.

［25］莫德清，徐芝芬，李金城，等.復合型潛流人工濕地處理漓江流域農村生活污水的研究［J］.水處理技術，2013，39(3):111-113.

［26］劉建華，郭洪光，樸 葉.人工濕地處理采用污水的工藝研究［J］.北華大學學報(自然科學版)，2005，6(3):269-271.