文章編號(hào)：1674-6139（2025）06-0100-05

中圖分類號(hào)：X703文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Experimental Study on Treatment of Domestic Sewage by Multi- Soil Layer during Highway Construction Period

Liu Jiamin1，Wu Pan2，3，Zhao Changlin4，Zhang Yuanjia ¹ ，Che Ling ?^2，3 （1.Sichuan Tibetan Area Expressway Co.，Ltd.，Chengdu 61O041，China； 2.Sichuan Highway Planning，Survey，Design and Research Institute Ltd.，Chengdu 610041，China; 3.Sichuan ProvinceEnginering TechnologyResearch CenterofHighway Ecological Environment，Chengdu 610041，China; 4.Sichuan Jiuma Expressway Group Co.，Ltd.，Aba Tibetan Qiang Autonomous Prefecture 6240oo，China）

Abstract：Undercomplexgeologicalconditions，thenumberofconstructionpersonelateachconstructionsiteofcoupledmulti bridgeadtuelostructioprojectssgreatlyndisiglyspsdsutingigicantfuctuatiosinalityftic wastewaterduringthecostructionperiod.TraditionaltreatmentprocessshavehighcostsndoostabiltyTerefore，ftersiulatingthedomesticsewagegeneratedduringhighwayconstruction，amulti-stagesoilifiltrationsystemimprovedbybiocharwasadopted.Bycomparingandaalyngteectsofhdralicladndinfiltrationlaerightontreamenteficiency，itisoncudedtatthlti stagesoiliniltrationssteimproedbyoarastaracteistsfsistigaterualityndantityuctuatios，fiely ducingtheheightofinfilrationlaye，andstrengthenngeuentstabilityeaverageremoalratesofCOD，T，T，ndAbyte biochar system are 74.79% ，96. 54% ， 96.33% ，and 97. 54% ， respectively，and are less affected by hydraulic loads.When the height of the infiltration layer is 4 layers，it can already meet therelevant

Keywords：highway；domestic sewage；wastewater treatment; multi-soil layer system；construction period

前言

當(dāng)前，中國(guó)建成的高速公路已約4萬公里，進(jìn)入了一個(gè)新階段，產(chǎn)生的污水也隨之增多。除一部分來源于作業(yè)人員的生活區(qū)污水，還包括公路施工階段的施工污水以及沖洗設(shè)備產(chǎn)生的廢水等[1]。在公路施工期間，施工人員的生活點(diǎn)較為分散且大多位于農(nóng)田和居民區(qū)附近，導(dǎo)致生活污水排放較少，對(duì)周圍環(huán)境的影響相對(duì)較小。然而，橋梁和互通立交等大型工程的施工會(huì)導(dǎo)致施工營(yíng)地人員集中，再加上施工周期較長(zhǎng)，因此污水排放更容易進(jìn)人附近的水體，對(duì)水體造成污染的影響更大。

多級(jí)土壤滲濾系統(tǒng)（MSL）是20世紀(jì)90年代日本研究出的一種新型水處理系統(tǒng)，具有處理效率高、占地面積小、設(shè)備維護(hù)量小、壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)[2-3]。該系統(tǒng)將土壤分成各個(gè)模塊搭建，縫隙填充沸石、砂粒等材料，主要通過過濾、吸附、降解等行為達(dá)到凈化污水的目的[4]，改變填料種類能進(jìn)一步增加處理效率。由于復(fù)雜地形地貌環(huán)境下，高速公路施工場(chǎng)地生活污水具有分散性的特點(diǎn)，因此，該系統(tǒng)具有較好的優(yōu)勢(shì)。

文章通過實(shí)驗(yàn)室模擬高速公路施工期生活廢水，考察多級(jí)土壤滲濾系統(tǒng)技術(shù)對(duì)高速公路施工期生活污水的處理效果，并研究滲濾層高度與水力負(fù)荷對(duì)高速公路施工期生活污水的處理效果的影響，為施工期生活污水的生態(tài)處理提供理論支撐。

材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

MSL系統(tǒng)中采用的材料簡(jiǎn)單易得，成本較低。其中土壤模塊層SMBs采用紫色土壤、油菜秸稈、鐵粉以 .7：2：1 的干重比構(gòu)成。紫色土與秸稈采集于四川省綿陽市，鐵粉購置自中冶新材科技有限公司。將秸稈經(jīng)馬弗爐于 500^°C 熱解而成。如表1所示對(duì)紫色土、生物炭和秸稈進(jìn)行了相關(guān)理化性質(zhì)的表征。

分別利用磷酸二氫鉀（AR）和硫酸銨（AR）模擬廢水中COD和 AN 。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

如圖1所示MSL系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)裝置，為保證設(shè)備進(jìn)水安裝了蠕動(dòng)泵和進(jìn)水箱，MSL反應(yīng)器作為水處理設(shè)備。其中，進(jìn)水箱規(guī)格為 100cm×50cm× 60cm ，能容納 300L 的廢水;MSL箱體采用亞克力板構(gòu)建，尺寸為 52cm×10cm×85cm ，體積約為36L 。在MSL反應(yīng)器中，系統(tǒng)最下層為鵝卵石層，第二層為石英砂層，最上層為石英砂層，采用均勻開口的三通布水管布水，能夠保證系統(tǒng)的均勻布水。MSL主體由土壤磚塊與礫石形成交替的方形磚塊構(gòu)成，共有5層。磚塊間間距為 4cm ，相鄰磚塊間和土壤磚塊開口內(nèi)采用 2mm～4mm 的礫石填充，能防止系統(tǒng)堵塞。此外，方形磚塊交錯(cuò)相間，迫使污水在系統(tǒng)中交替流動(dòng)，形成好氧與厭氧環(huán)境。進(jìn)入MSL系統(tǒng)的污水受重力作用向下流動(dòng)，在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行硝化與反硝化作用，使得系統(tǒng)的處理效率大大提升的同時(shí)也得到良好的處理效果。

裝置所用到的其他實(shí)驗(yàn)儀器有便攜式溶解氧測(cè)定儀、COD恒溫消解儀、電熱鼓風(fēng)干燥箱、馬弗爐、立式壓力蒸汽滅菌鍋、分析天平、數(shù)顯恒溫水浴鍋、雙光束紫外可見分光光度計(jì)等。

1.3 試驗(yàn)方法與運(yùn)行條件

1.3.1 水力負(fù)荷

實(shí)驗(yàn)搭建2個(gè)MSL系統(tǒng)，分別為秸稈基多層土壤滲濾系統(tǒng)（AMSL）以及生物炭基多層土壤滲濾系統(tǒng)（BMSL）。由于在高速公路施工時(shí)，工程進(jìn)度按照工期進(jìn)行，不同標(biāo)段在不同施工期間的施工人數(shù)存在較大差異，因此施工期間生活污水的排放量也會(huì)隨之有很大的變化，其他多種要素也會(huì)帶來污水排放量的差異問題，面對(duì)不同的水力負(fù)荷，MSL系統(tǒng)對(duì)污水的處理效果也不同。因此，通過在兩種材料的MSL系統(tǒng)中改變水力負(fù)荷模擬不同排放量對(duì)污水處理的影響。

采取的水力負(fù)荷如下：

高水力負(fù)荷： ?0.5m?d^-1 0.021m?h^-1 ：中水力負(fù)荷： ：0.4m?d^-1 0.017m?h^-1 低水力負(fù)荷： ?0.3m?d^-1 新 0.012m?h^-1 0

1.3.2 土壤滲濾層高度

目前，生活污水呈現(xiàn)低C/N比的特點(diǎn)，是中國(guó)污水處理的研究熱點(diǎn)[5]。因此在低C/N比條件下MSL系統(tǒng)處理效果是研究重點(diǎn)。MSL系統(tǒng)是分層結(jié)構(gòu)，不同土壤層高度對(duì)生活污水的處理效果不同。從上至下分別在第三層、第四層和第五層設(shè)立出水口，在低C/N比條件下每一層土壤混合層分別運(yùn)行10d，探究不同土壤層高度對(duì)MSL系統(tǒng)對(duì)污染物的處理效果的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1水力負(fù)荷對(duì)MSL處理效果的影響

如表3所示調(diào)整蠕動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速調(diào)整水力負(fù)荷為高中低三類，最終出水水質(zhì)見圖2。

模擬生活污水經(jīng)過MSL處理后，在所有水力負(fù)荷中，生物炭都比秸稈更能提高對(duì) COD，TN，TP 和AN的去除。通過對(duì) COD，TN，TP 和AN四類物質(zhì)的去除率進(jìn)行均值計(jì)算，得到在AMSL系統(tǒng)中去除效率分別為 -33.40%.69.27%.92.00% 和 87.00% ，在BMSL系統(tǒng)分別為 74.79%.96.54%.96.33% 和97.54% 。究其原因可能是基于生物炭所具有的良好的吸附能力，較大的比表面積也促使其可以更有效的發(fā)揮吸附功能[6]，具有更好的吸附污染物的能力。值得注意的是，經(jīng)過AMSL處理后，COD的出水濃度不降反增，去除率在某些時(shí)間點(diǎn)為負(fù)值，可能是因?yàn)樵谙到y(tǒng)運(yùn)行過程中，秸稈的腐熟和腐殖化會(huì)釋放出 cosμ 。因此AMSL系統(tǒng)在運(yùn)用時(shí)可能需要較長(zhǎng)時(shí)間平衡穩(wěn)定。將水力負(fù)荷從高調(diào)整至中最后調(diào)整到低時(shí)，AMSL系統(tǒng)對(duì)四種污染物的去除率呈升高趨勢(shì)，當(dāng)水力負(fù)荷較低時(shí)，處理效率相對(duì)最高，去除了系統(tǒng)中 -0.1% 的 COD，76.06% 的 TN，95，2% 的 TP，92.92% 的 AN 。這可能是因?yàn)樵谒ω?fù)荷較高的情況下，水力負(fù)荷的作用使得水流速度加快，導(dǎo)致水在系統(tǒng)中停留的時(shí)間變短，從而影響了系統(tǒng)的處理效果。而在BMSL系統(tǒng)中，水力負(fù)荷對(duì)污染物去除率的影響較小。

2.2滲濾層高度對(duì)MSL處理效果的影響

在低C/N比的條件下，AMSL和BMSL系統(tǒng)在改變滲濾層高度為5、4、3層時(shí)對(duì)COD、TN、TP和AN的去除效果見圖3。

在AMSL系統(tǒng)中，滲濾層高度為5層時(shí)，對(duì)cop，TP 和 AN去除率最大，分別為 62.30% 、96.67% 和 80.86% ；在4層時(shí)，對(duì)TN去除率最大，為60.79% ，但3層和5層時(shí)系統(tǒng)對(duì)TN的去除率分別為 59.12% 和 60.74% ，差距不大。在BMSL系統(tǒng)中，對(duì)COD和AN的去除率在4層時(shí)達(dá)到最大，分別為 82.58% 和 97.86% ；對(duì)TN和TP去除率最大的為5層，分別為 67.21% 和 92.80% 0

在AMSL系統(tǒng)中，有機(jī)物在每一層都會(huì)發(fā)生降解作用，不斷增加滲濾層的高度，COD的去除率也會(huì)隨之提高。而BMSL在4層時(shí)就基本完成COD的去除，因此在4層和5層時(shí)，系統(tǒng)對(duì)COD的去除率差距不大。

AMSL系統(tǒng)與BMSL系統(tǒng)隨著層數(shù)的減少，TP去除率呈降低趨勢(shì)。污水中的TP去除歸功于沸石的吸附作用，微生物作用較為有限。系統(tǒng)中的Fe將磷酸鹽沉淀下來，隨后被吸附攔截。但BMSL對(duì)TP的去除率卻小于AMSL，可能是由于pH值的影響。BMSL系統(tǒng)的出水pH值小于AMSL，可能是由于生物炭具有強(qiáng)大的硝化能力，硝化反應(yīng)使水體pH值降低，進(jìn)而減少了Fe的氧化速率，因此減少了除磷效率[7]。

滲濾層高度的改變會(huì)影響DO的濃度，而DO濃度變化會(huì)導(dǎo)致微生物種類和新陳代謝變化，對(duì)TN和AN的去除有一定影響。在5層、4層、3層進(jìn)水的DO濃度分別為 7.32mg?L^-1，5.95mg?L^-1 、5.90mg?L^-1 ，AMSL系統(tǒng)在出水層數(shù)為5層、4層、3層時(shí)，系統(tǒng)出水的DO 濃度分別為 2.15mg?L^-1 、（204號(hào) ，BMSL系統(tǒng)在出水層數(shù)為5層、4層、3層時(shí)，系統(tǒng)出水的DO濃度分別為3.46mg?L^-1?4.04mg?L^-1?3.99mg?L^-1 。層數(shù)越少，出水DO濃度越高，影響好氧微生物的活性及反應(yīng)速率，也影響其產(chǎn)物。

在AMSL系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)為5層時(shí)，低層DO濃度最低，厭氧反硝化效率較高，提高了AN的去除效果。而在BMSL系統(tǒng)中，AN處理效率都在 90% 以上，差距很小，這說明了在系統(tǒng)中，生物炭比秸稈有更強(qiáng)的AN去除性能。

在AMSL系統(tǒng)中，TN的去除率隨層數(shù)的變化不大。在BMSL系統(tǒng)中，隨著層數(shù)的減少，TN的去除率明顯降低，可能是受到了反硝化速率的限制。污水中DO含量較AMSL系統(tǒng)更高，這使得反硝化細(xì)菌的繁殖與代謝受到了抑制，進(jìn)而限制了系統(tǒng)中氮的轉(zhuǎn)化。

3 結(jié)束語

文章通過實(shí)驗(yàn)室模擬公路施工生活區(qū)污水水質(zhì)，并通過兩種不同材料的多級(jí)土壤滲濾系統(tǒng)進(jìn)行處理，考察水力負(fù)荷、滲濾層高度對(duì)系統(tǒng)處理效果的影響，主要結(jié)論為BMSL系統(tǒng)更適合在變化的水力負(fù)荷情況下處理污水。生物炭具有更強(qiáng)的吸附能力，比秸稈更能提高污染物的去除率。將水力負(fù)荷從高調(diào)整至中最后調(diào)整到低時(shí)，AMSL系統(tǒng)對(duì)四種污染物的去除率呈升高趨勢(shì)，BMSL系統(tǒng)去除率更穩(wěn)定，而AMSL系統(tǒng)在運(yùn)用時(shí)可能需要較長(zhǎng)時(shí)間平衡穩(wěn)定;AMSL在5層時(shí)，COD、TP、AN去除效率最高，TN隨層數(shù)變化不大。BMSL在4層時(shí)就已基本完成COD去除，在5層時(shí)對(duì)TP、TN的去除率最大，AN隨層數(shù)變化不大?？梢愿鶕?jù)污水的水質(zhì)和出水標(biāo)準(zhǔn)選擇不同高度的系統(tǒng)。

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