目前國內人工快滲系統的研究主要集中在北方缺水、氣候寒冷干燥地區,本研究針對土壤和氣候條件特殊的三峽庫區,試驗研究CRI系統的構建及其處理性能,探索該技術在庫區的適應性.結果表明,庫區常見的灰棕紫泥土滲透系數較小,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的濕干比對庫區是適宜的,表明CRI系統在三峽庫區處理生活污水是可行的.

關鍵詞:人工快滲系統,三峽庫區,生活污水

人工土層快速滲濾系統(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,運行費用低等優點.

近年來,CRI系統在西方一些發達國家獲得了廣泛的應用[1,2],國內也有相關的試驗研究和示范工程[3~6],該系統愈來愈成為污水資源化的重要手段.從國內CRI系統的相關報道看,以北方缺水、氣候寒冷干燥地區為重點,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],但將該技術運用于南方土壤、溫暖濕潤氣候的報道較少.考慮到該技術在管理運行及基建投資上的優越性和較好的脫N除P效果,本試驗擬在溫暖潮濕的地區,特別是經濟落后、管理水平低、地形高差明顯、土質特殊的三峽庫區,研究CRI系統的構建及其處理污水的性能等,探索該技術在庫區的適用性和可行性,為土地處理系統擴大其應用地域范圍提供試驗基礎和理論依據.

試驗分2 步進行: ?? 水力負荷及淹水時間的確定: 對單一介質進行清水試驗, 測定滲透系數, 以此計算各土層配比的滲透系數, 初步確定適宜的水力負荷; 考察介質滲透性能隨污水投配延續時間的變化, 確定適宜的淹水時間. ?? 濕干比對CRI 系統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 系統處理效果的影響, 確定適宜于三峽庫區環境氣候條件和生活污水水質的濕干比.

1 水力負荷及淹水時間的確定

1.1 滲透系數和水力負荷的確定

1.1.1 測定單一介質滲透系數

以庫區常見的灰棕紫泥土、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, 以防滲濾介質的流失, 同時有增加空隙率、加強裝置內部通氣的作用.
考察單一介質滲透系數的試驗以清水進行, 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的靜水頭不變, 水自上而下流經介質層, 待滲流穩定后, 隨淹水時間t 的延續, 測定流經介質的水量q 和兩測壓管的水頭差??H 的值, 得到各滲透系數隨淹水時間而呈現遞減的類冪指數關系, 各介質一般在20h 之后出現穩定的滲透系數。

1.1.2 確定水力負荷
對由幾種不同高度、不同滲透系數的介質組成的人工構建系統來說, 整個系統的平均滲透系數由成層土的滲透系數公式。

式中: K v 為平均滲透系數, hi 為各層高度, ki為各層滲透系數.對表1 所列的5 種介質, 以不同的高度可組合多種不同的CRI 系統, 測定滲透系數的試驗裝置同單一介質. 本試驗控制介質總高度1??0m 構建試驗裝置, 其中卵石層0??2m, 陶粒層0??1m, 其余介質共0??7m. 初步考察以下7 種不同介質配比的系統, 計算其滲透系數具體參見http://www.dowater.com更多相關技術文檔。


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, 均易出現土或砂隨出水流失的現象; ?? 土砂混合構建的系統滲透系數相對較大, 但處理性能不穩定, COD、T N、TP 的去除率常不足40%; ?? 介質配比B 構建的CRI 系統土層構成簡單, 接近于天然的快滲( RI) 系統, 初期試驗運行穩定, 處理污水效果較好.(重慶大學三峽庫區生態環境教育部重點實驗室)