土地處理系統

土地處理系統（Land treatment system ）又稱土地灌溉系統和草地灌溉系統，是指在人工控制的條件下，將污水投配在土地上，通過土壤-植物系統，進行一系列物理、化學、物理化學和生物化學的淨化過程，使污水得到淨化的一種污水處理工藝。污水的土地處理，即經濟有效地淨化了污水，又充分利用了污水中的營養物質和水，強化農作物、牧草和林木的生產，促進水產和畜產的發展，是一種環境生態工程。

基本介紹

• 中文名：土地處理系統
• 外文名：Land treatment system
• 別稱：土地灌溉系統、草地灌溉系統
• 屬性：一種污水處理工藝
• 原理：通過物理、化學、物化和生化淨化
• 組成：預處理設施、貯水湖、灌溉系統等

簡介

一般土壤及其中微生物和植物根系對污染物的綜合淨化能力，可以用來處理城市污水和工業廢水；同時，普通污水或廢水中的水分和肥料也可利用來促進農作物、牧草或林木的生長，並使其增加產量，凡能達到上述目的的工程設施，即稱為土地處理系統。它由污水或廢水的預處理設施、貯水湖、灌溉系統、地下排水系統等組成。該系統中，污水或一些廢水經過一級處理或生物氧化塘或二級處理後，進入沉澱塘和貯存湖，再根據具體的需要和土地系統的特性（結構與功能），採用地表漫流、灌溉或滲濾等方式排入土地系統，進行最終的處理。土地處理系統的淨化效果，對於污染物的去除效率取決於施用負荷、土壤、作物、氣候、設計目的和運行條件等多種因素。只要進入土地系統的污染物的數量及種類不超出該土地系統所能負擔的限度，土地系統就可將污染物質除去。

淨化機理

結構良好的表層土壤中存在土壤-水-空氣三相體系。在這個體系中，土壤膠體和土壤微生物是土壤能夠容納、緩衝和分解多種污染物的關鍵因素。土壤對廢水的淨化，是一個受多種複雜因素作用的綜合過程。其機理可歸結為以下幾個方面：

（1）物理過濾

土壤顆粒間的孔隙能截留、濾除廢水中的懸浮顆粒。土壤顆粒的大小、顆粒間孔隙形狀、大小分布及水流通道性狀都影響物理過濾效率。懸浮顆粒過大、太多，有機物生物代謝產物均能造成土壤堵塞。因此，應加強管理、控制灌水與休灌周期及其交替，以恢復土壤截污過濾能力。

（2）物理吸附與沉積

土壤中黏土礦物等能吸附土壤中的中性分子，這是由於非極性分子之間范德華力所致。廢水中部分重金屬離子在土壤膠體表面由於陽離子交換作用而被置換、吸附並生成難溶態物而被固定於礦物的晶格之中。

（3）物理化學吸附

包括金屬離子與土壤中的無機膠體與有機膠體由於螯合作用而形成螯合化合物；有機物與無機物的複合化而生成複合物；重金屬離子與土壤進行陽離子交換而被置換吸附；有些有機物與土壤中重金屬生成可吸性螯合物而固定於土壤礦物的晶格之中。

（4）化學反應與沉澱

重金屬離子與土壤的某些組分進行化學反應生成難溶性化合物而沉澱。如改變土壤的氧化還原電位能生成非溶性硫化物；pH的改變導致金屬氫氧化合物的生成；另一些化學反應能生成金屬磷酸鹽和有機重金屬等而沉積於土壤之中。

（5）微生物的代謝與有機物的生物降解

土壤中種類繁多的大量微生物，能與被截留、吸附的污染物一起形成生物膜，對有機物有很強的降解轉化能力；在土壤表層，通風條件好，有機物濃度高，生物氧化作用尤為強烈，屬於好氧生物處理帶，其深度大體在0.2～0.3 m；好氣帶以下，依次分布著兼性和厭氧生物處理帶。在用廢水進行水田灌溉時，廢水中的可沉懸浮物沉於水底，靠兼性和厭氧土壤微生物進行分解。膠體和溶解性有機物分散於水中，被主要由藻類供氧的好氧微生物轉化為無機物，然後被農作物吸收。此外，在接近出水的農田中，浮游生物得到繁殖，參與了對廢水的淨化，使出水進一步澄清。

工藝類型

根據系統中水流運動的速率和流動軌跡的不同，土地處理系統可分為五種類型：慢速滲濾、快速滲濾、地表漫流、地下滲濾和濕地處理系統。

慢速滲濾

慢速滲濾系統是將廢水投配到種有作物的土壤表面，廢水中的污染物在流經地表土壤-植物系統時得到充分淨化的一種土地處理工藝系統。在慢速滲濾系統中，植物可吸收污水中的水分和營養成分，通過土壤-微生物-作物對污水進行淨化，部分污水蒸發和滲濾，流出處理場地的水量一般為零，是土地處理技術中經濟效益最大、水和營養成分利用率最高的一種類型。

慢速滲濾系統有農業型和森林型兩種，適用於滲水性良好的土壤、砂質土壤及蒸發量小、氣候潤濕的地區，對於村鎮生活污水和季節性排放的有機工業污水的處理比較合適。慢速滲濾系統的污水投配負荷一般較低，投配方式可採用畦灌、溝灌及可升降的或可移動的噴灌系統，滲濾速度慢，故污水淨化效果好，出水水質優良。

快速滲濾

快速滲濾系統是將污水有控制地投配到具有良好滲濾性的土壤表面，污水在向下滲濾過程中，借生物氧化、沉澱、過濾、氧化還原和硝化、反硝化等過程而得到淨化的一種污水土地處理系統。

快速滲濾的作用機理與間歇運行的“生物砂濾池”相似，通常淹水、乾化交替運行，以便使滲濾池處於厭氧和好氧交替運行狀態，依靠土壤微生物將被土壤截留的溶解性和懸浮有機物進行分解，使污水得以淨化。污水快速滲濾系統是污水土地處理系統的一種基本類型，對BOD₅、COD、氨氮及磷的去除率都比較高，而且系統的水力負荷和有機負荷較其他類型的土地處理系統高得多，且投資少，管理方便，土地面積需求量小，可常年運行。但其對水文水質條件的要求更為嚴格，場地和土壤條件決定了快速滲濾系統的適用性：而且它對總氮的去除率不高，處理出水中的硝態氮可能導致地下水污染，因此污水應進行適當預處理。

地表漫流

地表漫流系統是將污水有控制地投配在生長著茂密植物、具有和緩坡度且土壤滲透性較低的土地表面上，污水呈薄層緩慢而均勻地在土表上流經一段距離後得到淨化的一種污水處理工藝。

地表漫流系統適用於滲透性低的黏土或亞黏土，用於處理分散居住地區的生活污水和季節性排放的有機工業污水。它對污水預處理程度要求低，出水以地表徑流收集為主，對地下水的影響最小，處理過程只有少部分水量因蒸發和滲入地下而損失，大部分徑流水匯入集水溝；出水水質可達二級或高於二級處理的出水水質；投資省，管理簡單；地表可種植經濟作物，處理出水也可回用。但該系統受氣候、作物需水量、地表坡度的影響大，氣溫降至冰點和雨季期間，其套用受到限制，而且通常還需考慮出水在排入水體以前的消毒問題。

地下滲濾

地下滲濾系統是將污水有控制地投配到距地表一定深度(約0.5 m)、具有一定構造和良好擴散性能的土層中，使污水在土壤的毛細管浸潤和滲濾作用下，向周圍運動且達到淨化污水要求的土地處理系統。

地下滲濾系統適用於無法接入城市排水管網的小水量污水處理，如分散的居民點住宅、度假村、療養院等，但污水進入處理系統前須經化糞池或酸化池預處理。該系統處理污水的負荷較低，停留時間長，因此淨化效果好且穩定；可與綠化和生態環境的建設相結合，運行管理簡單；氮磷去除能力強，處理出水水質好，可用於回用。缺點是受場地和土壤條件的影響較大：如果負荷控制不當，土壤會堵塞；進、出水設施埋設地下，工程量較大，投資相對於其他土地處理系統要高。

工藝類型比較

污水土地處理系統各種工藝類型的特性與場地特徵如右圖所示。在工藝的選擇過程中，可根據各種工藝的特性，結合土壤及植物的實際情況，選擇適用的污水土地處理工藝。

各工藝類型比較

主要污染物的去除途徑

BOD5的去除

BOD₅的去除機理包括過濾、吸附和生物氧化作用。污水進入土地處理系統以後，BOD₅經過土壤表層區的過濾、吸附作用被截留下來，然後通過土層中的微生物(如細菌、真菌、原生動物、後生動物等)氧化作用將其降解，併合成微生物新細胞。

氮和磷的去除

在土地處理中，氮主要通過植物吸收，微生物脫氮(氨化、硝化、反硝化)，揮發，滲出(氨在鹼性條件下逸出、硝酸鹽的滲出)等方式被去除，其去除率受作物的類型、生長期、對氮的吸收能力以及土地處理工藝等因素影響。

磷主要通過植物吸收，化學反應和沉澱(與土壤中的鈣、鋁、鐵等離子形成難溶的磷酸鹽)，物理吸附和沉積(土壤中的黏土礦物對磷酸鹽的吸附和沉積)，物理化學吸附(離子交換、絡合吸附)等方式被去除，其去除效果受土壤結構、陽離子交換容量、鐵鋁氧化物和植物對磷的吸收等因素影響。

懸浮物質的去除

污水中的懸浮物質是依靠作物和土壤顆粒間的孔隙截留、過濾去除的。土壤顆粒的大小，顆粒問孔隙的形狀、大小、分布和水流通道，以及懸浮物的性質、大小和濃度等都影響對懸浮物的截留過濾效果。

病原體的去除

污水經土壤過濾後，水中大部分的病菌和病毒可被去除，去除率可達92%～97%。其去除率與選用的土地處理系統工藝有關，其中地表漫流的去除率略低，但若有較長的漫流距離和停留時間，可達到較高的去除效率。

重金屬的去除

重金屬主要通過物理化學吸附、化學反應與沉澱等途徑被去除，重金屬離子在土壤膠體表面進行陽離子交換而被置換、吸附，並生成難溶性化合物被固定於礦物晶格中；重金屬與某些有機物生成可吸性螯合物被固定於礦物晶格中；重金屬離子與土壤的某些組分進行化學反應，生成金屬磷酸鹽和有機重金屬等沉積於土壤中。

優點

土地處理系統具有以下優點：

（1）處理成本低廉，基建投資少，運行費用低；

（2）運行簡便，易於操作管理，節省能源；

（3）污水處理與農業利用相結合，能夠充分利用水肥資源；

（4）能綠化土地，促進生態系統的良性循環：

（5）污泥得到充分利用，二次污染小。