快速滲濾系統(tǒng)設(shè)計條件

適宜快速滲濾處理的場地，應(yīng)具有土層厚度大于1.5m，地下水埋深大于2.5m，滲透性良好(≥0.5cm/h)，地面坡度小于15%的條件。

（1）水力負(fù)荷

適當(dāng)?shù)乃ω?fù)荷是實現(xiàn)快速滲濾系統(tǒng)的處理目標(biāo)和系統(tǒng)正常運行的基本保證。一般情況下，水力負(fù)荷對污水中污染物的去除影響不大，但在某種特定情況下高的水力負(fù)荷會使污染物的去除效率下降。水力負(fù)荷過大，投配的污水不能及時滲入地下，造成地表長時間滯水，使干化期不能達(dá)到設(shè)計要求，在高溫季節(jié)會引起藻類繁殖的問題。

水力負(fù)荷的確定要以實驗室和現(xiàn)場測定的土地滲濾速率、透水系數(shù)、水力傳導(dǎo)系數(shù)的結(jié)果為依據(jù)。但無論采取哪一種測定方法，總要對所得的結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，除非是生產(chǎn)規(guī)模的淹水池所得到的滲濾速率可直接用于快速滲濾系統(tǒng)的設(shè)計。各種滲透速率的測定方法的修正系數(shù)如下所示：

淹水施法 觀測的有效滲濾速率的10%—15%

進(jìn)氣式滲透儀法和圓筒滲透儀法 觀測的有效滲濾速率的2%—4%

實驗室的水力傳導(dǎo)系數(shù) 測定的有效水力傳導(dǎo)系數(shù)或限制性土層的水力傳導(dǎo)系數(shù)的4%—10%

快滲系統(tǒng)水力負(fù)荷

式中——污水年水力負(fù)荷，m/a

a——水力負(fù)荷速率測定方法修正系數(shù)，實驗測定a=0.04~0.1；

t——一年中設(shè)計運行天數(shù)，d；

——垂直水力傳導(dǎo)系數(shù)。cm/h

（2）滲濾池面積

快速滲濾系統(tǒng)滲濾池面積由下式計算:

A=

中A——滲濾池面積，h；

Q——設(shè)計的日流量，m3/d；

L?！O(shè)計的年水力負(fù)荷，m/a；

P——每年運行的周數(shù)，周/a。

如果快速滲濾系統(tǒng)是終年運行的，可以簡化為：

A=

(1)快速滲濾系統(tǒng)采用投配污水(淹水)和干化交替進(jìn)行，可以使土壤表層的好氧條件和凈化能力周而復(fù)始地再生，同時使截留在土壤表層的懸浮固體能充分有效地在陽光和空氣的作用下分解，不致過分地引起土壤孔隙的堵塞。

(2)快速滲濾處理后的污水可回補地下水或回收后用于各種用途。用于回補地下水時不設(shè)集水系統(tǒng)；處理水再利用時，需設(shè)地下集水系統(tǒng)或淺井群收集。

(3)為了減少污水中固體懸浮物對土壤孑L隙的堵塞，一級處理是預(yù)處理的最低要求。適用于快速滲濾系統(tǒng)的場地條件為：土壤滲透系數(shù)為0．36～0．6m/d，地下水埋深應(yīng)大于1．0m，地表坡度宜小于15%，土層厚度大于1．5m。

(4)快速滲濾系統(tǒng)與常規(guī)的二級生化污水處理系統(tǒng)相比，具有處理效果好、可以解決排入地表水體而產(chǎn)生富營養(yǎng)化問題以及基建投資和運行費用低、管理方便等優(yōu)點。由于系統(tǒng)污水處理負(fù)荷低(一般為6～130m/a)，造成土地占用面積過大的缺點。

(5)針對快速滲濾系統(tǒng)水力負(fù)荷低、處理能力低的問題，在快速滲濾系統(tǒng)的基礎(chǔ)上研究開發(fā)，采用了滲透性能良好的天然河砂和人工填料代替天然土層建立人工快速滲濾系統(tǒng)，從而提高水力負(fù)荷，解決快滲系統(tǒng)占地多的突出問題。根據(jù)鐘佐粲等人的研究，人工快速滲濾系統(tǒng)在水力負(fù)荷達(dá)到2．943m/(相當(dāng)于一般快速滲濾系統(tǒng)最大水力負(fù)荷130m/的8．3倍)時，COD₅, BOD₅主要污染物的去除率仍能達(dá)到70%～95%。人工快速滲濾系統(tǒng)已在我國南方等地區(qū)應(yīng)用，日處理規(guī)模從數(shù)百噸到十萬噸不等。隨著系統(tǒng)的不斷完善，該項技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊。

快速滲濾系統(tǒng)是一種低費用、低能耗、高效率的土地處理技術(shù)，適用于透水性非常良好的土壤，如砂土、砂壤土或壤土。其作用機理在實質(zhì)上非常類似于那種間歇運行的“生物砂濾池”。當(dāng)廢水(經(jīng)過預(yù)處理)投配入滲濾田塊后快速下滲，部分被蒸發(fā)，大部分滲入地下水，在快速滲濾系統(tǒng)，采用的是周期性布水，一段時間是淹水期，隨之是數(shù)天或數(shù)周的干化期。這樣使田塊處于干一濕交替狀態(tài)，田塊表層的土壤處于厭氧一好氧交替運行的狀態(tài)，同時使截留在土壤表層的懸浮固體能在不同種群的微生物作用下充分有效的降解，從而可防止土壤孔隙的堵塞。通過厭氧、好氧過程的交替運行，可使廢水中的BOD₅去除。快速滲濾系統(tǒng)的水力負(fù)荷和有機負(fù)荷比其他類型的土地處理系統(tǒng)高得多。而且，通過科學(xué)設(shè)計，采取各項科學(xué)管理措施嚴(yán)格控制干濕期，其凈化效率能得到更大的提高。廢水的投配方式，若補償?shù)叵滤赃_(dá)到回用目的，則以面灌為主，可用集水井或地下集水系統(tǒng)收集再生水；若單純回灌地下水，可不設(shè)集水系統(tǒng)，使精華水貯存在地下蓄水層內(nèi)。

快速滲濾系統(tǒng)必須科學(xué)的控制廢水的投配期與落干期，以期在落干期有足夠氧滲入土壤—微生物系統(tǒng)來確保有機物的好氧生化反應(yīng)和氨氮的硝化反應(yīng)，同時在淹水期內(nèi)能夠維持厭氧條件以保證反硝化反應(yīng)的進(jìn)行?？焖贊B濾系統(tǒng)追求的不同目標(biāo)，其投配期與落干期之比是不同的。對于預(yù)處理為一級平的廢水，該比值一般小于0.2，以確保有足夠的落干期。通常，氣候溫暖時采用較短的落干期，氣候寒冷時采用較長的落干期。2100433B

目錄

前言

第1章 緒論 1

1.1 污水地下滲濾系統(tǒng)概述 1

1.1.1 污水地下滲濾系統(tǒng)的水力學(xué)特征及其技術(shù)特點 3

1.1.2 污水地下滲濾系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀 7

1.2 污水在地下滲濾系統(tǒng)中的氮形態(tài)及其歸宿 9

1.2.1 有機氮 9

1.2.2 氨態(tài)氮 9

1.2.3 硝態(tài)、亞硝態(tài)氮 10

1.3 污水地下滲濾系統(tǒng)脫氮的生物學(xué)過程 10

1.3.1 氨化 11

1.3.2 硝化 12

1.3.3 反硝化 13

1.3.4 厭氧氨氧化 15

1.3.5 厭氧鐵氨氧化 16

1.3.6 共反硝N20、N2 16

1.3.7 亞硝酸型厭氧曱烷氧化 17

1.4 污水地下滲濾系統(tǒng)脫氮的其他過程 17

1.5 污水地下滲濾系統(tǒng)強化脫氮研究進(jìn)展及存在問題 18

1.5.1 強化脫氮研究進(jìn)展 18

1.5.2 脫氮研究存在的問題 21

第2章 污水地下滲濾系統(tǒng)復(fù)合生物基質(zhì)及對脫氮微生物種群結(jié)構(gòu)的影響 23

2.1 引言 23

2.2 實驗材料與方法 23

2.2.1 實驗材料 23

2.2.2 實驗方法 24

2.3 結(jié)果與討論 29

2.3.1 復(fù)合生物基質(zhì)組配及理化性質(zhì) 29

2.3.2 復(fù)合生物基質(zhì)的吸附及硝化與反硝化能力 30

2.3.3 污水地下滲濾系統(tǒng)復(fù)合生物基質(zhì)床體構(gòu)建方法 32

2.3.4 復(fù)合生物基質(zhì)床對基質(zhì)層微環(huán)境及脫氮菌群結(jié)構(gòu)的影響 33

2.4 小結(jié) 37

第3章 污水地下滲濾系統(tǒng)脫氮微生物及氮還原酶活性研究 38

3.1 引言 38

3.2 實驗材料與方法 38

3.2.1 實驗材料 38

3.2.2 實驗方法 39

3.3 結(jié)果與討論 40

3.3.1 脫氮微生物系統(tǒng)的形成與穩(wěn)定及空間分布 40

3.3.2 進(jìn)水負(fù)荷對脫氮微生物空間分布的影響 42

3.3.3 ORP對脫氮微生物空間分布的影響 45

3.3.4 底物補加對脫氮微生物空間分布的影響 47

3.3.5 生物基質(zhì)層有機質(zhì)含量對脫氮微生物空間分布的影響 48

3.3.6 基質(zhì)氮還原酶活性分布特征及其與污水脫氮效果的相關(guān)性 50

3.4 小結(jié) 56

第4章 維系污水地下滲濾系統(tǒng)生物脫氮的氧化還原環(huán)境變化特征 58

4.1 引言 58

4.2 實驗材料與方法 58

4.2.1 模擬污水地下滲濾系統(tǒng) 58

4.2.2 基質(zhì)組成 59

4.2.3 基質(zhì)層理化性質(zhì)信號采集 59

4.2.4 樣品分析 61

4.2.5 數(shù)據(jù)處理 61

4.3 結(jié)果與討論 62

4.3.1 基質(zhì)層ORP對進(jìn)水水力負(fù)荷波動的響應(yīng) 62

4.3.2 間歇運行方式對基質(zhì)層ORP變化的影響 67

4.3.3 環(huán)境溫度對基質(zhì)層ORP變化的影響 70

4.3.4 基質(zhì)層ORP空間波動規(guī)律解析 72

4.3.5 基質(zhì)Fe-Mn-S體系對ORP的影響 77

4.3.6 基質(zhì)層ORP變化數(shù)值模擬 80

4.4 小結(jié) 88

第5章 污水地下滲濾系統(tǒng)生物脫氮動力學(xué)過程 90

5.1 引言 90

5.2 實驗材料與方法 90

5.2.1 實驗材料 90

5.2.2 實驗方法 90

5.3 結(jié)果與討論 91

5.3.1 硝化動力學(xué)過程及影響因素 91

5.3.2 反硝化動力學(xué)過程及影響因素 95

5.4 小結(jié) 97

第6章 污水地下滲濾系統(tǒng)脫氮的影響因素及運行控制 98

6.1 引言 98

6.2 實驗材料與方法 98

6.2.1 實驗材料 98

6.2.2 實驗方法 99

6.3 結(jié)果與討論 100

6.3.1 干濕比對脫氮效果的影響 100

6.3.2 進(jìn)水負(fù)荷對脫氮效果的影響 103

6.3.3 碳氮比對脫氮效果的影響 106

6.3.4 溫度對脫氮效果的影響 108

6.3.5 布水方式對脫氮效果的影響 111

6.3.6 生物基質(zhì)層有機質(zhì)含量對脫氮效果的影響 117

6.3.7 曝氣量對脫氮效果的影響 118

6.4 小結(jié) 119

第7章 污水地下滲濾系統(tǒng)釋放氧化亞氮的環(huán)境效應(yīng)與影響因素 121

7.1 引言 121

7.2 實驗材料與方法 122

7.2.1 實驗材料 122

7.2.2 實驗方法 124

7.3 結(jié)果與討論 126

7.3.1 基于15N穩(wěn)定同位素示蹤的污水地下滲濾系統(tǒng)釋放氧化亞氮機理 126

7.3.2 干濕比對氧化亞氮釋放通量的影響 132

7.3.3 進(jìn)水負(fù)荷對氧化亞氮釋放通量的影響 134

7.3.4 碳氮比對氧化亞氮釋放通量的影響 139

7.3.5 生物基質(zhì)層有機質(zhì)含量對氧化亞氮釋放通量的影響 141

7.3.6 曝氣量對氧化亞氮釋放通量的影響 144

7.4 小結(jié) 146

第8章 污水地下滲濾系統(tǒng)氣體堵塞與自適應(yīng)機制 148

8.1 引言 148

8.2 實驗材料與方法 150

8.2.1 實驗材料 150

8.2.2 實驗方法 150

8.3 結(jié)果與討論 155

8.3.1 曝氣對污水地下滲濾系統(tǒng)理化性質(zhì)的影響 155

8.3.2 進(jìn)水?dāng)y帶空氣對氣體諸塞的誘發(fā)過程 159

8.3.3 生物代謝氣體氧化亞氮對氣體諸塞的誘發(fā)過程 166

8.4 小結(jié) 176

第9章 污水地下滲濾系統(tǒng)的工程應(yīng)用 178

9.1 工程概述 178

9.1.1 工程選址 178

9.1.2 水質(zhì)、水量及回用標(biāo)準(zhǔn) 179

9.2 工藝特征及脫氮設(shè)計 179

9.2.1 污水處理工藝流程 179

9.2.2 系統(tǒng)脫氮設(shè)計 183

9.3 工程啟動 186

9.4 工程運行效果 188

9.4.1 污染物去除率 188

9.4.2 進(jìn)出水氮組成 189

9.4.3 脫氮環(huán)境 189

9.4.4 進(jìn)出水pH變化 190

9.4.5 處理成本核算 191

9.5 操作條件對氧化亞氮釋放的影響 192

9.5.1 干濕比對氧化亞氮釋放通量的影響 193

9.5.2 水力負(fù)荷對氧化亞氮釋放通量的影響 195

9.5.3 氮負(fù)荷對氧化亞氮釋放通量的影響 197

9.6 小結(jié) 201

參考文獻(xiàn) 202

附錄1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練Matlab代碼 213

附錄2 回歸模型模擬結(jié)果比較Matlab代碼 2142100433B

《污水地下滲濾系統(tǒng)生物脫氮原理與關(guān)鍵技術(shù)》系作者團(tuán)隊十余年的污水地下滲濾系統(tǒng)研究成果，共分為九章，內(nèi)容包括污水地下滲濾系統(tǒng)生物脫氮原理、生物脫氮菌群結(jié)構(gòu)和酶活性特征及影響因子、生物脫氮動力學(xué)過程和運行控制、生物脫氮過程副產(chǎn)物氧化亞*的釋放特征及氣體堵塞與系統(tǒng)自適應(yīng)機制、該技術(shù)在分散污水處理中的工程應(yīng)用案例等。