棕壤土中矿物掺量对污水净化效果影响研究

梁伟龙

(清远市清新区污水处理管理中心，广东 清远 511800)

0 引言

农村排放生活污水严重破坏了水环境质量，污水中大量的氮磷物质会导致水体出现富营养化，对生态坏境造成严重的影响。据统计，国内各省市中有65.5%的城镇采取了针对生活污水的措施，但采取相关污水处理措施的村镇仅有4%～90%，平均值只有35%。所以改善村镇用水质量的关键就是治理好农村生活污水[1-3]。与城市生活污水相比，村镇污水排放在空间上较为分散，且排放总量较小，故应选择管理维护简单、建设成本低的地处理技术，所以对于土地资源非常丰富的乡村地区，应用潜力较大的污水处理技术是土壤渗滤技术[4-5]。土壤渗滤技术可以利用土壤的自净能力净化污水，并通过微生物转化、化学沉淀以及物理截留来有效除去水中污染物[6]。土壤渗流系统的核心为基质填料，有着微生物载体和物理吸附截留的作用，但是单一的土壤然在经过长时间的过水后会出现压实造成的系统堵塞，很大程度上削弱了系统的净化效果，此时须向土壤中加入外掺料来保持系统渗透性的长期稳定。为了取得较高的水力负荷，通常向系统中持续注入生活污水，二饱和水流中基质一般是厌氧还原的，一定程度上阻碍硝化反应的进行，这种情况下氨氮去除率一般在60%～87%之间。

为了增强系统氨氮去除率和渗透性能，当前大部分研究人员多从调整填料组成、人工曝气和改变系统结构方面进行改进。严森等[7]通过控制曝气量来提高硝化反应的效率，以此增强污染物去除率，但此方法增加了成本，性价比不高。魏才健等[8]通过分段进水的方式，发现MSL系统硝化反应的效率脱氮率大大提高。另外，部分研究发现通过设置不饱和区能够提高COD、氨氮的去除率[9]。基于此，本文通过向土壤基质中加入不同比例矿物填料的方式来提高基质的渗透性能、不饱和度和孔隙率，研究不同水力负荷下去除污染物的效果，为土壤渗滤系统净水效果的提升提供科学的依据。

1 研究方法

1.1 试验设置

本次试验采用了4个30cm高，内径为4cm的有机玻璃柱作为实验装置。柱子从下往上依次填充，底部为石英砂承托层，厚度为2cm，上部为20cm高的填料层。填料层分为四组，分别为S1、S2、S3和S4。其中S1、S2、S3均为为混合填料，S1比例为火山岩：石英砂：土壤=10%：60%：30%，S2例为火山岩：石英砂：土壤=10%：40%：50%，S3比例为火山岩：石英砂：土壤=10%：20%：70%；S4为填充绿沸石。0.51、0.48、0.43和0.41分别为根据排水法得出S1～S4的4个玻璃柱子的孔隙率。实验中，每个柱子上方设有石英砂作为布水层，厚度为2cm。砂质棕壤土为所使用的土壤类型，除去其中杂质自然风干并用2mm筛进行过筛备用。实验中使用的火山岩、石英砂和沸石粒径范围为1～3mm。填装完基质后，用去离子水对填充材料进行冲洗，并确保出水中氨氮浓度小于检出限。在实验的整个过程中，4个渗滤柱中都未加入活性污泥。

1.2 试验用水

1.3 运行方法

蠕动泵将污水输送至顶部后开始滴滤进水，为使布水更加均匀，将亲水滤纸铺在填料表面并定期进行更换。试验环境温度保持在25C附近，试验过程分为三个阶段，第一个阶段：1至40天每天进水6小时，0.026m3·m-2·d-1和5.24mL·h-1分别为其水力负荷与进水量；第二个阶段：40至70天每天进水6小时，0.0626m3·m-2·d-1和13.09mL·h-1分别为其水力负荷与进水量；第三个阶段：70至96天每天进水6小时，0.11m3·m-2·d-1和5.24mL·h-1分别为其水力负荷与进水量，间隔2～3天取2次进出水样品。

1.4 分析方式

分析土壤酶活性：试验完成后，将4个柱内的底层(16～20cm)、中层(9～13cm)以及顶层(0～5cm)的填料取出并在室温下自然风干，用试剂盒测定其中蛋白酶、土壤脲酶、中性转化酶、碱性磷酸酶。

统计分析：通过SPSS软件对相关性和单变量方差进行分析。

2 分析结果

2.1 污染物去除效果分析

图1 去除率和去除性能随时间变化趋势

图2 和在不同阶段时浓度变化趋势

图3 磷酸盐出水浓度

图4 磷酸盐去除率

2.2 分析土壤酶活性

不同深度下土壤酶活性与氮、磷、碳转化之间的关系如图5所示。从图5中能够看出，S1表层土壤中活性最高的是脲酶，当深度不断增加时，S2脲酶活性逐渐增大，但S70脲酶活性与深度无明显相关性。与之相比，蛋白酶活性在不同深度下没有较大的变化。各深度下S1的的中蛋白酶活性均较低，S2的中层与表层蛋白酶活性较高，对于S3底层蛋白酶活性较高。随着深度增大S1中磷酸酶活性逐渐提高，但S2与S3则随深度增大而减小。随着深度的增加转化酶的活性都呈现出不断减小的趋势，活性仅在0～5cm深度处最高，可能与进水区有机质较多有关。由此能够看出，土壤酶活性基本不受掺砂量的影响，影响较大因素为各深度中的污染物浓度。

图5 土壤酶在不同深度处的活性

3 结论

为了提高土壤渗滤系统对污水的净化效果，增强系统氨氮去除率和渗透性，通过设置不同配比的试验组，分析了不同水力负荷下的污水净化效果，得出以下结论。

(2)与沸石相比，土壤去除磷的效果更好，提高砂子的掺量会削弱磷的去除效果，需继续加入除磷效果较好的材料，水力负荷基本不会对沸石去除氨氮的效果产生的影响。

(3)随着深度的增加转化酶的活性都呈现出不断减小的趋势，活性仅在0～5cm深度处最高，土壤酶活性基本不受掺砂量的影响，对其影响较大因素为各深度中的污染物浓度。