隨著城市化進程的加速，新農(nóng)村建設(shè)改造、自然風(fēng)景別墅區(qū)、私人牧場，生態(tài)島等遠離都市的小城鎮(zhèn)或園區(qū)建設(shè)逐步納入城市化改造。由于種種原因，往往未能夠?qū)⑵湎滤琅c市政排水系統(tǒng)相連接，大量生活污水排入附近的河道或土壤，造成嚴重的水環(huán)境污染，甚至威脅到地下水的安全。建設(shè)發(fā)展與自然保護之間的矛盾也進一步加深，環(huán)境與生態(tài)問題也同步擴展。為了解決污水處理、環(huán)境、生態(tài)等一聯(lián)串的矛盾，人們把注意力放到生態(tài)水處理和回收利用。

2005年10月27日建設(shè)部“綠色建筑技術(shù)導(dǎo)則”第5.3.3條:采用雨水、污水分流系統(tǒng)，有利于污水處理回收再利用；在水資源短缺地區(qū)，通過技術(shù)經(jīng)濟比較，合理采用中水回用系統(tǒng)；在《建筑中水設(shè)計規(guī)范》中列出了10種污水處理工藝，可分為四種類型：以物理化學(xué)處理方法為主的物化工藝；以生物化學(xué)處理為主的生化處理方法；生化處理和物化處理相結(jié)合的處理工藝以及土地處理（如有天然或人工土地生物處理和人工土壤毛管滲濾法等）。

1. 污水土地處理概述

污水土地處理是在人工控制條件下將污水投配在土地上，通過土壤-植物系統(tǒng)，經(jīng)物理、化學(xué)和生物等一系列的凈化過程，使污水得到凈化的污水處理方法。

土地處理系統(tǒng)的優(yōu)點：土地處理對污水的緩沖性能較強，工程簡單，基建投資省，污水處理能耗低，維護方便，處理成本低，還可以與農(nóng)業(yè)利用相結(jié)合，利用水肥資源，澆灌綠地、農(nóng)田，使土壤肥力增加，提高農(nóng)作物產(chǎn)量。土地處理系統(tǒng)的不足：停留時間長，占地面積大；處理效果不穩(wěn)定，受季節(jié)、氣溫、光照等自然因素影響大；防滲處理不當(dāng)，可能污染地下水；此法不能用于過高濃度污水的處理，否則會引起臭味和蟲滋生。

現(xiàn)代意義上的土地處理技術(shù)以污水的處理和利用為前提，注重環(huán)境和生態(tài)效應(yīng)。它以下列四個特征從本質(zhì)上有別于污水灌溉：

（1）要求污水在進入土壤－植物系統(tǒng)之前，必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，并嚴格控制水質(zhì)和水量；

（2）對投配污水的土地處理場的土壤、地質(zhì)、水文等場地條件及污水應(yīng)用方式有相應(yīng)的要求；

（3）要求污水土地處理系統(tǒng)在生態(tài)結(jié)構(gòu)與凈化功能之間能有效配合；

（4）要求有相應(yīng)的緩沖、調(diào)控措施及進出水水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，能對水力負荷進行有效調(diào)節(jié)控制和管理，有一定的貯存單元或相當(dāng)措施，保證污水終年處理。

土地處理工藝近年來得以迅速發(fā)展，原因由于：世界范圍內(nèi)，大中城市的污水已經(jīng)得到一定程度的處理和控制，零散分布的小流量集中污水治理問題進入人們的視野；

對居住人數(shù)不足10000人的居住區(qū)，采用常規(guī)處理工藝的基建投資大、操作和維護費用高、能耗也高，而土地處理工藝設(shè)備簡單，操作管理方便，能耗低，且不存在污泥處置的問題，是處理分散的居民聚居區(qū)生活污水的理想技術(shù)； 常規(guī)污水處理廠可有效去除SS和有機物等，但對N、P等營養(yǎng)物質(zhì)的去除率較低（30%~50%），經(jīng)處理后的出水排入自然水體可能引起“富營養(yǎng)化”等環(huán)境問題，土地處理法是將污水廠出水回用或回灌的經(jīng)濟合理的形式；常規(guī)處理工藝操作復(fù)雜，對管理水平要求高，如活性污泥法啟動慢，且易出現(xiàn)污泥膨脹等問題，大量采用常規(guī)處理技術(shù)的小型污水處理廠“建得起，用不起”的現(xiàn)象促使人們重新認識對小規(guī)模污水處理的實際需求。

2.土地處理工藝的機理概述

污水流經(jīng)土壤得以凈化的過程極為復(fù)雜，其凈化機理是多種作用、多種過程的綜合過程。

2.1土壤的物理作用

1）過濾：污水流經(jīng)土壤，其中的污染物質(zhì)及懸浮顆粒被土壤團聚顆粒間的孔隙所截濾，污水得到凈化。

2）沉淀：污水中的雜質(zhì)在土壤團聚顆粒表面上沉淀去除，土層本身相當(dāng)于一個有巨大比表面積的沉淀池。

3）吸附：在非極性分子間范德華力的作用下，土壤中粘粒能夠吸附土壤溶液中的中性分子；污水中的部分重金屬離子可因陽離子交換作用而被置換，吸附并生成難溶性的物質(zhì)被固定在礦物晶格中；土壤中的粘粒、腐殖質(zhì)和礦物質(zhì)具有強烈的吸附活性，能吸附污水中多種溶解性污染物。

2.2土壤的化學(xué)作用

土壤層是一個能容納各種物質(zhì)和催化劑的化學(xué)反應(yīng)器，并始終保持動態(tài)平衡。當(dāng)污水進入土壤層，污染物導(dǎo)致土層中的平衡體系被破壞，則土層內(nèi)必相應(yīng)發(fā)生一系列的氧化還原、吸附、離子交換、絡(luò)合等反應(yīng)，使進入的污染物質(zhì)或被氧化、還原，或被吸附、吸收，或變?yōu)殡y溶性的沉淀等，以重新建立新的平衡，在這一過程中，污水得以凈化。

2.3土壤的物理化學(xué)作用

土壤中的粘土、腐殖質(zhì)構(gòu)成了復(fù)雜的膠體顆粒體系，而各種污染物大多也以膠體狀態(tài)穩(wěn)定存在于污水中。當(dāng)污水進入土層，原來兩種各自獨立的體系便構(gòu)成新的膠體體系。由于電解質(zhì)平衡體系的破壞和土壤層中腐殖質(zhì)等高分子物質(zhì)的不飽和特性，導(dǎo)致在新的體系中發(fā)生一系列的膠體顆粒的脫穩(wěn)、凝聚、絮凝和相互吸附等物理化學(xué)過程，從而使污水得以凈化。

2.4土壤的生物作用

在土壤環(huán)境中生長著大量的細菌、真菌、酵母菌、原生動物、后生動物、腔腸動物、各種昆蟲等，并存在一個豐富的土壤微生物酶系。污水中的有機質(zhì)及氮和磷等營養(yǎng)素在這個生態(tài)系統(tǒng)中，通過微生物的降解和吸收，部分營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為有機質(zhì)貯存在生物體內(nèi)，從而與水分離。

上述各種機理中，土壤的生物作用是最重要的。

3.土地處理技術(shù)的類別及工藝特征

土地處理根據(jù)污水的投配方式及處理過程的不同，可以分為慢速滲濾（如圖3-11所示）、快速滲濾（如圖3-12所示）、地表漫流（如圖3-13所示）三種類型。

3.1 慢速滲濾系統(tǒng)（Slow Rate Process，簡稱SR系統(tǒng)）

SR系統(tǒng)適用于滲水性能良好的土壤、砂質(zhì)土壤，地面坡度小于30%，土層表面種植物，處理過程發(fā)生在土壤表面及作物的根部區(qū)域，用來處理少量污水，通過蒸發(fā)、作物吸收、入滲過程后，不產(chǎn)生徑流排放，即污水完全被系統(tǒng)所凈化吸納。慢速滲濾系統(tǒng)可設(shè)計為兩種基本類型：一是以處理污水、再生水為主要目的，適用于土地資源緊張地區(qū)，設(shè)計時應(yīng)盡可能少占地，選用的作物要有較高耐水性、對氮磷吸附降解能力強。二是以污水資源化利用為目的，根據(jù)土質(zhì)、氣候和污水特點選擇經(jīng)濟作物為主，以獲得經(jīng)濟效益，廣泛適用于華北缺水地區(qū)，在土地面積相對充裕的情況下可充分利用污水進行生產(chǎn)活動，以水處理為目的兼用水肥資源。

圖1 慢速滲濾系統(tǒng)示意圖

3.2快速滲濾系統(tǒng)（Rapid Infiltration Process，簡稱RI系統(tǒng)）

RI系統(tǒng)是將污水投配到由不透水層圍合而成、內(nèi)填高滲透性土壤的滲池中，土層表面對栽培植物沒有要求�？商幚磔^大量污水。地面坡度小于15%。采用表面間歇布水方式，污水被均勻投配到土地表面并很快滲濾地下�？焖贊B濾可用于兩類目的：地下水補給和污水再生利用。用于前者時不需要設(shè)計集水系統(tǒng)，而用于后者則需要設(shè)地下水集水措施以收集再生水，在地下水敏感區(qū)域還必須設(shè)計防滲層，防止地下水受到污染。可選擇距居民區(qū)有一定距離的河灘地、砂荒地。

圖2 快速滲濾系統(tǒng)示意圖

3.3地表漫流系統(tǒng)（Overland Flow Process，簡稱OF系統(tǒng)）

OF系統(tǒng)適用于透水性較差的粘土和亞粘土，或場地0.3~0.6m處有弱透水層的土地；地面最佳坡度為2%~8%，經(jīng)人工建造形成均勻、緩和的坡面。污水借噴灌或浸灌等方式有控制地投配在土地表面，使之形成薄層漫流通過地表，流入下游集水渠直至就近的水體。地面上種植耐水植物供微生物棲息并防止土壤流失，凈化機理類似滴濾池等生物膜附著生長的系統(tǒng)。大部分出水以地表徑流匯集，可回用或排放水體。地表漫流系統(tǒng)兼有處理污水與生長植物的雙重功能。實際上，天然或人工濕地就是OF系統(tǒng)的一種特殊形式。

圖3  地表漫流系統(tǒng)示意圖

4.毛管滲濾處理技術(shù)簡介：

土地處理系統(tǒng)有自然土地處理和人工土地處理之分，人工土地處理有毛細管滲透土壤凈化系統(tǒng)（簡稱毛管滲濾系統(tǒng)）。 

毛管滲濾土地處理技術(shù)具有不影響地面景觀、建設(shè)和運行管理費用低、氮磷去除能力強、處理出水水質(zhì)好、可用于回用等特點。毛管滲濾土地處理技術(shù)比較適合在新農(nóng)村居住小區(qū)、學(xué)校、旅游點、度假村、療養(yǎng)院等未與城市排水裝置接通的分散建筑物排出污水的處理與回用領(lǐng)域中的應(yīng)用。

毛管滲濾土地處理技術(shù)是基于生態(tài)原理基礎(chǔ)上，揉進現(xiàn)代的厭氧、好氧的污水處理技術(shù)，而形成的一種生態(tài)工程水處理技術(shù)。其基本原理是：

利用專用塑料薄膜在地下圍成一個生物濾池，利用配水裝置將生活污水引進草坪下有良好滲透性的土層中，利用土壤毛細管浸潤和滲透作用，均勻地向厭氧濾層滲濾，再通過表面張力作用上升，越過厭氧濾層出口堰之后，通過虹吸現(xiàn)象連續(xù)地向下層好氧濾層滲透并流出生物濾池。在上述過程中，水與污染物分離，水被滲濾并通過集水裝置收集被作為中水回用，污染物通過物化吸附被截留在土壤中，碳和氮由于厭氧及好氧過程，一部分被分解成為無機碳、氮留在土壤中，一部分變成氮氣和二氧化碳逸散在空氣中，磷則被土壤物理化學(xué)吸附，截留在土壤中，為草坪或者其他植物所利用。

由專用塑料薄膜在地下的凍土層以下向上方圍成一個“生物濾池”，薄膜上方敷設(shè)由干管、支管、生態(tài)碎石、專用尼龍網(wǎng)組成的集水裝置。其上方是由好氧生物菌種、通氣性材料、改良土壤組成的好氧濾層。濾層上方為由專用塑料薄膜圍成的，由生態(tài)砂、厭氧生物菌種組成的厭氧濾層。厭氧濾層之上為由干管、支管、生態(tài)碎石、專用尼龍網(wǎng)組成的配水裝置。其上方是通氣性土壤，土壤表面可種植草坪、蔬菜、花卉、樹叢等植物，也可做停車場用。地下布水管最大埋深不超過1.5m，污水投配到距地面約0.5m深，投配的土壤、介質(zhì)要有良好的滲透性，通常需要對原土進行再改良提高滲透率至0.15~5.0cm/h。土層厚大于0.6m，地面坡度小于15%，地下水埋深大于1.0m。

圖4  地下滲濾系統(tǒng)示意圖

5.工程實例

5.1工程概況：某別墅小區(qū)，104戶，333人，用水定額取230L/p.d.日排水總量65.1噸�；S池清掏周期采用180天，污水停留時間24小時。

5.2處理工藝流程:

化糞池出水→厭氧池→毛管滲濾處理裝置→集水池→排放（收集回用）

5.3設(shè)計要點：

大約1噸污水需要8平米面積土地（4x1.5x0.7h) ，可集中設(shè)置，也可分散設(shè)置，目前實現(xiàn)模塊化，可以根據(jù)污水處理情況增加單元處理裝置。處理裝置位于凍土層下。

5.4原水水質(zhì)：

進水水質(zhì)指標(biāo)：自化糞池來水。由于無實測數(shù)據(jù)，故按同類型物業(yè)出水水質(zhì)為參數(shù)，現(xiàn)確定本工程進水水水質(zhì)如下表：

項目	CODcr	BOD5	SS	NH3-N	TP
指標(biāo)（mg/l）	200-300	100-150	100-150	20-30	3-4

 

 

5.5處理要求

出水達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準》（GB 18918—2002）中的一級B標(biāo)準。出水水質(zhì)主要指標(biāo)如下表：

項目	CODcr	BOD5	SS	NH3-N	TP
指標(biāo)（mg/l）	60	20	20	15	1

5.6示意圖

6.方案比較

6.1工藝技術(shù)比較

方 案 項 目	毛管滲濾處理裝置處理工藝	傳統(tǒng)處理工藝
1.預(yù)處理	簡易	簡易
2.反應(yīng)池	毛管滲濾處理裝置	生物反應(yīng)池
3.曝氣裝置	無	有
4.二次沉淀池	無	有
5.深度處理	毛管滲濾處理裝置	沙濾及活性碳吸附
6.處理方式	分散處理	集中處理
7.技術(shù)水平及成熟度	在歐美地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用，在日本已有20000余套污水處理工程應(yīng)用此技術(shù)	傳統(tǒng)技術(shù)
8.處理效果	BOD5、COD去除率分別為97%、90%； 脫磷、脫氮效率分別為87%、                  80%	BOD、COD去除率分別為80%、75%；脫磷、脫氮效率分別為20%、25%
9.出水水質(zhì)	景觀水水質(zhì)標(biāo)準	中水回用水水質(zhì)標(biāo)準
10.污泥處理	內(nèi)部消化掉	需定期人工處理
11.施工難度	容易	較難

 6.2經(jīng)濟指標(biāo)比較:

方 案 項 目	毛管滲濾處理工藝	傳統(tǒng)處理工藝
1.動力消耗	處理過程無動力消耗	處理過程中需要較大的動力消耗，加大運行成本
2.運行管理	調(diào)試完畢無需專人管理(簡單)	整個過程需專人管理(復(fù)雜)
3.年運行費用	0元/噸	0.8元/噸
4.十年運行費用	0元/噸	0.8元/噸
5.占地面積	較大，但可“一地兩用” 、 并且全部在地下	每噸水占地約為1~2M2，臭氣影響周圍環(huán)境和住戶，存在地上構(gòu)筑物。
6.工程實施	建設(shè)周期短	建設(shè)周期長
7.使用年限	超過20年	10年左右
8.維修服務(wù)	維修頻率低	動力加設(shè)備維修頻率高

參考文獻

[1] GB 50336-2002. 建筑中水設(shè)計規(guī)范.2003

[2] 華北地區(qū)農(nóng)村生活污水處理技術(shù)指南. 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.2010

[3] 張自杰等. 排水工程（第四版）. 建筑工業(yè)出版社.1999

[4] 給水排水設(shè)計手冊（第二版）. 中國建筑工業(yè)出版社.2004

[5] 劉俊新. 排水設(shè)施與污水處理. 中國建筑工業(yè)出版社.2010