摘要:目前國內(nèi)人工快滲系統(tǒng)的研究主要集中在北方缺水、氣候寒冷干燥地區(qū),本研究針對土壤和氣候條件特殊的三峽庫區(qū),試驗研究CRI系統(tǒng)的構(gòu)建及其處理性能,探索該技術(shù)在庫區(qū)的適應(yīng)性.結(jié)果表明,庫區(qū)常見的灰棕紫泥土滲透系數(shù)較小,折算成水力負荷為0.1 m3.(m2.d)-1,在該水力負荷下,濕干比為1d∶3d時,系統(tǒng)取得較好的處理效果.氣候條件、土壤特性是影響濕干比的主要因素,1d∶3d的濕干比對庫區(qū)是適宜的,表明CRI系統(tǒng)在三峽庫區(qū)處理生活污水是可行的.

關(guān)鍵詞:人工快滲系統(tǒng),三峽庫區(qū),生活污水

人工土層快速滲濾系統(tǒng)(constructed rapidinfiltration,CRI)是污水土地處理法的一種,是將污水有控制地投配到人工土壤中,利用土壤的物理過濾、吸附及微生物的生化過程,使污水得以凈化,具有處理效果良好,投資少,管理方便,操作簡單,運行費用低等優(yōu)點.

近年來,CRI系統(tǒng)在西方一些發(fā)達國家獲得了廣泛的應(yīng)用[1,2],國內(nèi)也有相關(guān)的試驗研究和示范工程[3~6],該系統(tǒng)愈來愈成為污水資源化的重要手段.從國內(nèi)CRI系統(tǒng)的相關(guān)報道看,以北方缺水、氣候寒冷干燥地區(qū)為重點,就污水土地處理替代二級處理并去除N、P作了較多的研究[3,5],但將該技術(shù)運用于南方土壤、溫暖濕潤氣候的報道較少.考慮到該技術(shù)在管理運行及基建投資上的優(yōu)越性和較好的脫N除P效果,本試驗擬在溫暖潮濕的地區(qū),特別是經(jīng)濟落后、管理水平低、地形高差明顯、土質(zhì)特殊的三峽庫區(qū),研究CRI系統(tǒng)的構(gòu)建及其處理污水的性能等,探索該技術(shù)在庫區(qū)的適用性和可行性,為土地處理系統(tǒng)擴大其應(yīng)用地域范圍提供試驗基礎(chǔ)和理論依據(jù).

試驗分2 步進行: 􀀁 水力負荷及淹水時間的確定: 對單一介質(zhì)進行清水試驗, 測定滲透系數(shù), 以此計算各土層配比的滲透系數(shù), 初步確定適宜的水力負荷; 考察介質(zhì)滲透性能隨污水投配延續(xù)時間的變化, 確定適宜的淹水時間. 􀀁 濕干比對CRI 系統(tǒng)處理污水的性能試驗: 在同一淹水時間下, 研究不同落干時間對CRI 系統(tǒng)處理效果的影響, 確定適宜于三峽庫區(qū)環(huán)境氣候條件和生活污水水質(zhì)的濕干比.

1  水力負荷及淹水時間的確定

1.1  滲透系數(shù)和水力負荷的確定

1.1.1  測定單一介質(zhì)滲透系數(shù)

以庫區(qū)常見的灰棕紫泥土、河砂、陶粒、卵石作為試驗材料. 灰棕紫泥土是土地處理的主要微生物載體, 河砂作為土壤顆粒骨架以提高水力負荷, 卵石(5~ 10cm) 作為瀝水及承托層, 陶粒的粒徑( 3 ~8mm) 介于土壤顆粒和卵石承托層之間, 以防滲濾介質(zhì)的流失, 同時有增加空隙率、加強裝置內(nèi)部通氣的作用.
考察單一介質(zhì)滲透系數(shù)的試驗以清水進行, 裝置如圖1 所示. 試驗圓筒由De110U PVC 塑料管制成, 通過溢流管保持試驗介質(zhì)的靜水頭不變, 水自上而下流經(jīng)介質(zhì)層, 待滲流穩(wěn)定后, 隨淹水時間t 的延續(xù), 測定流經(jīng)介質(zhì)的水量q 和兩測壓管的水頭差􀀁H 的值, 得到各滲透系數(shù)隨淹水時間而呈現(xiàn)遞減的類冪指數(shù)關(guān)系, 各介質(zhì)一般在20h 之后出現(xiàn)穩(wěn)定的滲透系數(shù), 測定該值的結(jié)果如表1 所示.

1.1.2 確定水力負荷
對由幾種不同高度、不同滲透系數(shù)的介質(zhì)組成的人工構(gòu)建系統(tǒng)來說, 整個系統(tǒng)的平均滲透系數(shù)由成層土的滲透系數(shù)公式得到:

式中: K v 為平均滲透系數(shù), hi 為各層高度, ki為各層滲透系數(shù).對表1 所列的5 種介質(zhì), 以不同的高度可組合多種不同的CRI 系統(tǒng), 測定滲透系數(shù)的試驗裝置同單一介質(zhì). 本試驗控制介質(zhì)總高度1􀀁0m 構(gòu)建試驗裝置, 其中卵石層0􀀁2m, 陶粒層0􀀁1m, 其余介質(zhì)共0􀀁7m. 初步考察以下7 種不同介質(zhì)配比的系統(tǒng), 計算其滲透系數(shù)如表2 所示.具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

將上述各土層配比做成濾柱小裝置, 初步測定其污水處理的性能, 試驗表明: 􀀁 土或砂直接與卵石配比或砂直接與陶粒、卵石配比, 均易出現(xiàn)土或砂隨出水流失的現(xiàn)象; 􀀁 土砂混合構(gòu)建的系統(tǒng)滲透系數(shù)相對較大, 但處理性能不穩(wěn)定, COD、T N、TP 的去除率常不足40%; 􀀁 介質(zhì)配比B 構(gòu)建的CRI 系統(tǒng)土層構(gòu)成簡單, 接近于天然的快滲( RI) 系統(tǒng), 初期試驗運行穩(wěn)定, 處理污水效果較好.(重慶大學(xué)三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點實驗室)

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