【摘要】：化糞池-土壤地下滲濾系統(tǒng)是一種生態(tài)處理分散污水的系統(tǒng)。土壤地下滲濾系統(tǒng)對郊區(qū)、村鎮(zhèn)地區(qū)和較為偏遠(yuǎn)旅游區(qū)的生活污水進(jìn)行二級處理，處理效果好，對生活污水中COD的平均去除率高于85%，對TN的去除率高于50%，對NH_4~+的去除率高于90%，對TP的去除率高于95%。土壤地下滲濾系統(tǒng)具有投資費用低、運行費用少和管理方便等特點，在全球范圍內(nèi)應(yīng)用廣泛。土壤地下滲濾系統(tǒng)中滲透率小的土壤容易使系統(tǒng)發(fā)生堵塞，制約了該系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。 土壤發(fā)生堵塞的主要原因是土壤中微生物數(shù)量以及胞外聚合物大量增加，使土壤的孔隙率和滲透率下降到不能承受設(shè)計水力負(fù)荷。為了減小土壤地下滲濾系統(tǒng)的堵塞概率，用細(xì)砂等滲透率較大的材料代替土壤作為處理介質(zhì)可以緩解堵塞，但是材料費和運輸費運較高，土壤地下滲濾系統(tǒng)的造價明顯增加。 為了尋求一種經(jīng)濟(jì)、高效的方法延緩和解決土壤地下滲濾系統(tǒng)的堵塞問題，，本論文提出了以原位土壤作為土壤地下滲濾系統(tǒng)的主要處理介質(zhì)，用聚氨酯泡沫材料改良土壤的滲透性能。聚氨酯泡沫是一種輕質(zhì)、多孔、比表面積大、親水性強(qiáng)和耐腐蝕的塑料，在生活中較為多見，具有價格便宜、廢舊品豐富的特點。聚氨酯泡沫在污水處理反應(yīng)器中較為多見，通常作為固定床或流動床的填料。本研究中利用聚氨酯泡沫的高孔隙率提高土壤孔隙率，利用其耐腐蝕性保證聚氨酯泡沫可以長期存在。 在研究聚氨酯泡沫作為土壤滲透性能改良介質(zhì)時，是通過四組底板穿孔的土壤柱進(jìn)行的。土壤柱以上海市普遍存在的一種低滲透率土壤作為主要處理介質(zhì)，用來模擬土壤地下滲濾系統(tǒng)處理生活污水。試驗土壤中加入細(xì)砂、鐵礦石作為基礎(chǔ)填料，土壤柱中加入不同質(zhì)量聚氨酯泡沫材料，各種材料在填入柱體前充分混合。 研究水力負(fù)荷、污染負(fù)荷、環(huán)境溫度、土壤滲透性能等對污水處理效果的影響，選擇合理的氨酯泡沫材料比例。研究結(jié)果表明：聚氨酯泡沫材料可以有效提高土壤的滲透性能。對于同一種土壤，土壤飽和滲透速率隨聚氨酯泡沫的添加量呈冪函數(shù)增大。當(dāng)土壤柱中試驗聚氨酯泡沫、土壤、細(xì)砂和鐵礦石分別占總質(zhì)量的0.6%，59.6%，36.8%和3%時，土壤柱處理污水的效果穩(wěn)定，且在兩年多的運行過程中未發(fā)生堵塞，土壤柱的滲透率減小緩慢，飽和滲透速率保持在40cm/d以上。 土壤柱處理生活污水過程中，土壤飽和滲透速率、水力負(fù)荷、污染負(fù)荷與污水處理效果呈負(fù)相關(guān)，環(huán)境溫度與污水的處理效果呈正相關(guān)。土壤飽和滲透速率降低到10cm/d以下時，土壤柱發(fā)生堵塞的概率增加。環(huán)境溫度高于15℃時，土壤柱的出水水質(zhì)相對較好，對污水中總氮的去除率大于60%。 土壤柱處理生活污水的過程中，由于土壤滲透性能的不斷下降，不加聚氨酯泡沫和聚氨酯泡沫添加量較少的土壤柱發(fā)生堵塞。按照土壤柱的優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)作為土壤地下滲濾系統(tǒng)的處理層介質(zhì)，在上海市崇明縣某鄉(xiāng)幼兒園建設(shè)了化糞池-土壤地下滲濾系統(tǒng)，處理幼兒園綜合樓排放的污水。該土壤地下滲濾系統(tǒng)的設(shè)計水力負(fù)荷為27cm/d，最不利水力負(fù)荷為30cm/d，化糞池出水的COD濃度通常低于300mg/L，環(huán)境溫度5~31℃。通過聚氨酯泡沫改良原位土壤后，土壤孔隙率從38%增加到53%，飽和滲透速率從0.05m/d升高到0.66m/d。跟蹤崇明島示范工程運行的23個月中，對污水中COD的平均去除率為91.2%，出水COD平均值低于22mg/L，TN的平均含量低于16mg/L，NH_4~+平均含量低于2mg/L，TP平均含量低于0.1mg/L，無堵塞象發(fā)生。 研究結(jié)果表明聚氨酯泡沫是一種有效的土壤滲透性能改良劑，有利于提高土壤的孔隙率與飽和滲透速率，可以減小滲透性能差的土壤的堵塞概率。改良的土壤地下滲濾系統(tǒng)可以節(jié)省較多的土地面積和建設(shè)費用。 用分子生物學(xué)技術(shù)對土壤柱處理層的微生物多樣性分析表明土壤中含有較多的變形菌門細(xì)菌與擬桿菌門細(xì)菌；土壤基質(zhì)中含有較多的硝化細(xì)菌與反硝化細(xì)菌。通過分子生物學(xué)技術(shù)分析土壤柱在正常運行狀態(tài)時的微生物多樣性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：正常運行時，土壤柱處理層的土壤基質(zhì)中β-變形菌綱細(xì)菌是優(yōu)勢菌群；但是在土壤柱堵塞狀態(tài)下，土壤柱處理層的土壤基質(zhì)中α-變形菌綱細(xì)菌明顯增加。綜上所述，α-變形菌綱細(xì)菌可能是導(dǎo)致系統(tǒng)堵塞的主要原因。 基于土壤柱與土壤地下示范工程的試驗與運行結(jié)果，建立土壤地下滲濾系統(tǒng)的動力學(xué)模型，發(fā)現(xiàn)所建動力學(xué)模型對土壤地下滲濾系統(tǒng)的處理結(jié)果有較好的預(yù)見性，可以預(yù)見系統(tǒng)的使用壽命和運行效果，對管理土壤地下滲濾系統(tǒng)起到較好的指導(dǎo)作用。
【圖文】：

圖解：a.孔隙中的懸浮性固體以及微生物進(jìn)入土堵塞；c.較多土壤孔隙被堵塞；d.所有土壤孔隙都Fig. 1-1 Process of clogging diagram and microbial granule in soil pores; b. Part of soil porre pores were clogged; d Almost all the pores were blo地下滲濾系統(tǒng)堵塞的另一個重要原因。土壤浮固體與土壤基質(zhì)中失穩(wěn)的顆粒。設(shè)計土壤對土壤基質(zhì)的沖刷。生活污水中的懸浮物被隙[26]，使土壤地下滲濾系統(tǒng)的飽和滲透速率土壤地下滲濾系統(tǒng)中的土壤截留，主要停留理層 0~15 cm 部分，與生物墊層處于同一位統(tǒng)處理生活污水時，化學(xué)堵塞相對于物理堵因為生活污水中的溶解性物質(zhì)與土壤基質(zhì)發(fā)�；瘜W(xué)堵塞不是土壤地下滲濾系統(tǒng)堵塞的主

圖 2-1 土壤柱裝置圖Fig. 2-1 Schematic diagram of soil columns組土壤柱模擬土壤地下滲濾系統(tǒng)，土壤柱由三個功能層構(gòu)成礫石與細(xì)砂構(gòu)成，厚 100 mm。細(xì)砂和礫石均由上海某建筑材于表層，厚度為 50 mm，粒度為 1.25~4.50 mm。細(xì)砂位于礫粒度為 0.75~1.20 mm。配水層的作用是均勻地將生活污水分層為處理層，主要由土壤、細(xì)砂、鐵屑和聚氨酯泡沫材料構(gòu)0 mm，對生活污水中污染物的去除起到關(guān)鍵作用，為優(yōu)化的主層，也稱為出水層，主要由細(xì)砂組成，用于過濾處理層出水
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：X703

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2689293