土地處理系統(tǒng)電子教案

1、水處理工程技術(shù)教案項(xiàng)目城鎮(zhèn)污水處理技術(shù)任務(wù)污水的自然處理學(xué)時(shí)4學(xué)時(shí)知識(shí)點(diǎn)土地處理系統(tǒng)學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容污水土地處理系統(tǒng)及組成，污水土地處理系統(tǒng)的凈化機(jī)理，污水的土地處理系統(tǒng)的工藝類型教學(xué)重點(diǎn)土地處理工藝類型教學(xué)難點(diǎn)土地處理工藝類型土地處理系統(tǒng)凈化機(jī)理參考資料水處理工程技術(shù) 張寶軍 重慶大學(xué)出版社水污染控制技術(shù) 張寶軍 中國(guó)環(huán)境出版社水處理工程 王學(xué)剛 中國(guó)環(huán)境出版社水污染控制技術(shù) 王金梅 化學(xué)工業(yè)出版社1污水的土地處理系統(tǒng)及組成（1）污水土地處理系統(tǒng)污水土地處理系統(tǒng)是在人工控制下，將污水投配在土地上，通過(guò)土壤植物系統(tǒng)凈化污水的一種處理工藝。污水生態(tài)處理技術(shù)以土地處理方法為基礎(chǔ)，是污水土地處理系

2、統(tǒng)的進(jìn)一步演化和發(fā)展，以土壤介質(zhì)的凈化功能為核心，在技術(shù)上特別強(qiáng)調(diào)在污水污染成分處理過(guò)程中修復(fù)植物微生物體系與處理環(huán)境或介質(zhì)(如土壤)的相互關(guān)系，特別注意對(duì)環(huán)境因子的優(yōu)化與調(diào)控。土地處理系統(tǒng)是一種環(huán)境生態(tài)工程，污水土地處理系統(tǒng)能夠經(jīng)濟(jì)有效地凈化污水，還能充分利用污水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和水來(lái)滿足農(nóng)作物、牧草和林木對(duì)水、肥的需要，并能綠化大地、改良土壤。 （2）污水土地處理系統(tǒng)的組成污水土地處理系統(tǒng)的組成部分包括：預(yù)處理系統(tǒng)；調(diào)節(jié)及貯存設(shè)備；污水的輸送、配布和控制系統(tǒng)；土地凈化田；凈化水收集、利用系統(tǒng)。其中，土地凈化田是土地處理系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)。2 污水的土地處理系統(tǒng)凈化機(jī)理土地處理系統(tǒng)是一個(gè)系列的處理過(guò)

3、程，包括沉淀池、穩(wěn)定池等處理技術(shù)以及土壤植物系統(tǒng)。這里主要介紹土壤植物系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的生命及非生命活動(dòng)的總稱，包括土壤、水和空氣三大要素。土壤植物系統(tǒng)凈化作用是一個(gè)十分復(fù)雜的綜合過(guò)程，按凈化過(guò)程的作用性質(zhì)，可以分為物理化學(xué)作用和生化作用兩大類型。（1）物理化學(xué)作用物理化學(xué)作用包括過(guò)濾、吸附和離子交換，化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)沉淀等。過(guò)濾是依靠土壤顆粒間的孔隙來(lái)截留、濾除水中的懸浮顆粒。土壤顆粒的大小、顆粒間孔隙的形狀和大小、孔隙的分布以及污水中懸浮顆粒的性質(zhì)、多少與大小等都會(huì)影響土壤的過(guò)濾凈化效果。懸浮顆粒過(guò)粗、過(guò)多以及微生物代謝產(chǎn)物過(guò)多等，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生土壤顆粒的堵塞。吸附是在非極性分子之間的范德

4、華力的作用下，土壤中粘土礦物顆粒能夠吸附土壤中的中性分子。污水中的部分重金屬離子在土壤膠體表面，因陽(yáng)離子交換作用而被置換吸附并生成難溶性的物質(zhì)被固定在礦物的晶格中。金屬離子與土壤中的無(wú)機(jī)膠體和有機(jī)膠體顆粒，由于螫合作用而形成螯合化合物；有機(jī)物與無(wú)機(jī)物的復(fù)合化而生成復(fù)合物；重金屬離子與土壤顆粒之間進(jìn)行陽(yáng)離子交換而被置換吸附；某些有機(jī)物與土壤中重金屬生成可吸性螯合物而固定在土壤礦物的晶格中。化學(xué)沉淀是污水中的重金屬離子與土壤的某些組分進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成難溶性化合物而沉淀。如果調(diào)整、改變土壤的氧化還原電位，能夠生成難溶性硫化物。改變pH值，能夠生成金屬氫氧化物；某些化學(xué)反應(yīng)還能夠生成金屬磷酸鹽等物質(zhì)，

5、而沉積于土壤中。（2）生化作用生化作用包括土壤微生物的生物降解、轉(zhuǎn)化及固定作用，以及植物的吸收、轉(zhuǎn)化、降解與合成。在土壤中生存著的種類繁多、數(shù)量巨大的土壤微生物，對(duì)土壤顆粒中的有機(jī)固體和溶解性有機(jī)物具有強(qiáng)大的降解與轉(zhuǎn)化能力，這也是土壤具有強(qiáng)大自凈能力的主要原因。土壤為細(xì)菌、放線菌、真菌、藻類及原生動(dòng)物提供了適宜的生活環(huán)境，由于它們不斷地進(jìn)行各種代謝活動(dòng)，維持著土壤環(huán)境內(nèi)土壤與其它環(huán)境介質(zhì)之間的物質(zhì)循環(huán)。在植物生長(zhǎng)季節(jié)，土壤中植物的根系活動(dòng)特別活躍。植物通過(guò)根系可以吸收土壤和污水中的水、氮、磷等，作為構(gòu)造植物體所需的物質(zhì)，同時(shí)一些非植物生長(zhǎng)必需的金屬離子和部分有機(jī)物也可以隨植物體蒸騰拉力被植物吸

6、收和積累，從而可以去除污水中大量的營(yíng)養(yǎng)型污染物和部分有機(jī)物。根際土壤由于土質(zhì)較為疏松和植物根系的傳導(dǎo)作用，使氧氣充分，同時(shí)根系分泌的酶、氨基酸為微生物生存提供了必要的養(yǎng)分，為污染物的降解提供了有利條件。3 污水的土地處理系統(tǒng)的工藝類型（1）慢速滲濾系統(tǒng)慢速滲濾處理系統(tǒng)是以表面布水或高壓噴灑方式將污水投配到種有作物的土地表面，污水緩慢地在土地表面流動(dòng)并向土壤中滲濾，一部分污水直接為作物所吸收，一部分則滲入土壤中，而使污水得到凈化。見(jiàn)圖1。圖1 慢滲處理系統(tǒng)向土地布水可采用表面布水或噴灌布水。一般采用較低的投配負(fù)荷，以減慢污水在土壤層的滲濾速度，使其在含有大量微生物的表層土壤中長(zhǎng)時(shí)間停留，保證水質(zhì)

7、凈化效果。該系統(tǒng)一般不考慮處理水流出。在該處理系統(tǒng)中，投配的污水一部分被修復(fù)植物吸收，一部分在滲入底土的過(guò)程中其中的污染物被土壤介質(zhì)截獲，或被修復(fù)植物根系吸收、利用或固定，或被土壤中的微生物轉(zhuǎn)化、降解為無(wú)毒或低毒的成分。工程設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的場(chǎng)地工藝參數(shù)：土壤滲透系數(shù)為0.0360.360m/d；地面坡度小于30%，土層厚大于0.6m，地下水位大于.6m。（2）快速滲濾系統(tǒng)快速滲濾系統(tǒng)是將污水有控制地投配到具有良好滲濾性能的土壤表面，污水在重力作用下向下滲濾過(guò)程中通過(guò)生物氧化、硝化、反硝化、過(guò)濾、沉淀、還原等一系列作用而得到凈化的污水處理工藝類型?？焖贊B濾系統(tǒng)周期性地向具有良好滲透性能的滲濾田灌

8、水和休灌，使表層土壤處于淹水、干燥，即厭氧、好氧交替運(yùn)行狀態(tài)。在休灌期，表層土壤恢復(fù)為好氧狀態(tài)，被土壤層截留的有機(jī)物為好氧微生物所分解，休灌期土壤層的脫水干化有利于下一個(gè)灌水期水的下滲和排除。在灌水期，表層土壤轉(zhuǎn)化為缺氧、厭氧狀態(tài)，在土壤層形成的交替的厭氧、好氧狀態(tài)有利于氮、磷的去除?？焖贊B濾處理系統(tǒng)見(jiàn)圖2。圖2 快速滲濾系統(tǒng)（a）污水灌入；（b）由地下管道回收處理水；（c）由井群回收處理水進(jìn)入快速滲濾系統(tǒng)的污水必須經(jīng)過(guò)一定的預(yù)處理，一般經(jīng)過(guò)一級(jí)處理即可。如場(chǎng)地面積有限，需加大濾速或需要較高質(zhì)量的出水，則應(yīng)以二級(jí)處理作為預(yù)處理。處理水一般采用地下排水管或井群進(jìn)行回收，可用于補(bǔ)給地下水。（3）地

9、表漫流系統(tǒng)地表漫流系統(tǒng)是以表面布水或低壓、高壓噴灑形式將污水有控制地投配到生長(zhǎng)多年生牧草、坡度和緩、土地滲透性能低的坡面上，使污水在地表沿坡面緩慢流動(dòng)過(guò)程中得以充分凈化的污水處理工藝類型。由于對(duì)污水預(yù)處理要求程度較低，出水以地表徑流收集為主，對(duì)地下水影響最小。在處理過(guò)程中，除少部分水量蒸發(fā)和滲入地下外，大部分再生水經(jīng)集水溝回收，其水力學(xué)過(guò)程見(jiàn)圖3。圖3 地表漫流系統(tǒng)該系統(tǒng)的工藝目標(biāo)是：在低預(yù)處理水平達(dá)到相當(dāng)于二級(jí)處理出水水質(zhì)；結(jié)合其他強(qiáng)化手段，對(duì)有機(jī)污染及營(yíng)養(yǎng)物負(fù)荷的處理可達(dá)到較高水平；再生水收集與回用。該工藝以處理污水為主，兼行生長(zhǎng)牧草，因此具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。處理水一般采用地表徑流收集，減

10、輕了對(duì)地下水的污染。污水在地表漫流的過(guò)程中，只有少部分水量蒸發(fā)和滲入地下，大部分匯入建于低處的集水溝。（4）濕地處理系統(tǒng)污水濕地處理系統(tǒng)是將污水有控制地投配到土壤植物微生物復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，并使土壤經(jīng)常處于飽和狀態(tài)而且生長(zhǎng)有蘆葦、香蒲等耐水植物的沼澤地上，污水在沿一定方向流動(dòng)過(guò)程中在耐濕植物和土壤相互聯(lián)合作用下，使污水得到凈化。見(jiàn)圖4。圖4 污水濕地處理系統(tǒng)濕地處理系統(tǒng)對(duì)污水凈化的作用機(jī)理是多方面的。有物理的沉降作用，植物根系的阻截作用，某些物質(zhì)的化學(xué)沉淀作用，土壤及植物的吸附與吸收作用，微生物的代謝作用等。此外，植物根系的某些分泌物對(duì)細(xì)菌和病毒有滅活作用，細(xì)菌和病毒也可能在對(duì)其不適宜環(huán)境中自然死

11、亡。在濕地處理系統(tǒng)中，以生長(zhǎng)在沼澤地的維管束植物為主要特征。繁茂的維管束植物向其根部輸送光合作用產(chǎn)生的氧，每一株維管束植物都是一部“制氧機(jī)”，使其根部周圍及水中保持一定濃度的溶解氧，為微生物提供了良好的棲息場(chǎng)所，使根區(qū)附近的微生物能夠維持正常的生理活動(dòng)。其次，植物也能夠直接吸收和分解有機(jī)污染物。濕地處理系統(tǒng)有以下幾種類型。天然濕地系統(tǒng)利用天然洼淀、葦塘，并加以人工修整而成。中設(shè)導(dǎo)流土堤，使污水沿一定方向流動(dòng)，水深一般在3080cm之間，不超過(guò)1m，凈化作用類似于好氧塘，適宜作污水的深度處理。見(jiàn)圖5。圖5 天然濕地處理系統(tǒng)示意圖自由水面人工濕地用人工筑成水池或溝槽狀，底面鋪設(shè)隔水層以防滲漏，再充

12、填一定深度的土壤層，在土壤層種植維管束植物，污水由濕地的一端通過(guò)布水裝置進(jìn)入，并以較淺的水層在地表上以推流方式向前流動(dòng)，從另一端溢入集水溝，在流動(dòng)的過(guò)程中保持著自由水面。本工藝的有機(jī)負(fù)荷率及水力負(fù)荷率的確定，應(yīng)考慮氣候、土壤狀況、植物類型以及接納水體對(duì)水質(zhì)的要求等因素，特別是應(yīng)將使水層保持好氧狀態(tài)作為首要條件，一般采用較低的負(fù)荷率。本工藝的有機(jī)負(fù)荷率介于18110kgBOD5（had）的較大幅度。我國(guó)天津的運(yùn)行數(shù)據(jù)，當(dāng)進(jìn)水BOD5150mg/L時(shí)，水力負(fù)荷取值150200m3/(had)，出水可達(dá)二級(jí)處理水標(biāo)準(zhǔn)。人工潛流濕地處理系統(tǒng)人工潛流濕地處理系統(tǒng)又名人工葦床，是人工筑成的床槽，床內(nèi)充填介

13、質(zhì)以支持蘆葦類的挺水植物生長(zhǎng)。床底設(shè)粘土隔水層，并具有一定的坡度。污水與布滿生物膜的介質(zhì)表面和溶解氧充分的植物根區(qū)接觸而得到凈化。根據(jù)床內(nèi)充填的介質(zhì)不同，人工潛流濕地處理系統(tǒng)又可分為兩種類型。一種如圖6所示，床內(nèi)介質(zhì)由上、下兩層組成，上層為土壤，種植蘆葦?shù)饶退参?，下層為易于使水流通的介質(zhì)，如爐渣、碎石等，則為植物的根系層。污水由沿床寬設(shè)置的布水管流入，布水溝內(nèi)充填碎石。在出水端碎石層底部設(shè)多孔集水管與出水管相連，出水管上設(shè)閘閥，以調(diào)節(jié)床內(nèi)水位。圖6 人工潛流濕地處理系統(tǒng)另一種類型的人工潛流濕地處理構(gòu)筑物稱為碎石床，即在床內(nèi)充填的只有碎石、礫石類的一種介質(zhì)，耐水植物直接種植在介質(zhì)上，其它與前一種類型的人工濕地相同。碎石充填深度應(yīng)根據(jù)種植的植物根系能夠達(dá)到的深度而定，一般蘆葦為6070crn，介質(zhì)粒徑可介于1030mm之間。（5）污水地下滲濾處理系統(tǒng)地下滲濾處理系統(tǒng)是將污水投配到具有一定構(gòu)造和良好擴(kuò)散性能的地下土層中，污水在經(jīng)毛管浸潤(rùn)和土壤滲濾作用向周圍和向下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中達(dá)到處理、利用要求的污水處理工藝類型，見(jiàn)圖7。圖7 地下滲濾（毛管浸潤(rùn)式）示意圖該處理系統(tǒng)主要應(yīng)用于分散的小規(guī)模污水處理，其工藝目標(biāo)主要包括：直接處理污水；在地下處理污水的同時(shí)為上層覆蓋綠地提供水分與營(yíng)養(yǎng)，使處理場(chǎng)地有良好的綠化帶鑲嵌其中；產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)再生水以供回用；節(jié)約污水集中處理的輸送