２０１０年９月第９期 城市道桥与防洪 防洪排水 １９１ 地下土壤渗滤系统在农村生活污水分散处理工程中的设计及应用 王 勇ｔ，邓凯洋ｚ （１．上海市嘉定区给排水管理署，上海２０１８００，２．上海国际汽车城产业发展有限公司，上海２０１８０６） 摘要：该文首先阐述了地下土壤渗滤污水处理系统的原理，然后通过工程实例介绍了该系统的设计及应用效果，总结出该 系统是适用于零星分散污水处理的较好方法，在广大农村具有较大的推广应用价值。 关键词：土壤渗滤；农村生活污水；分散处理；设计及应用；上海 中图分类号：Ｘ７０３．１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００９—７７１６（２０１０）０９—０１９１—０４ ０ 前言 长期以来，由于经济、环境意识等方面的原 因，生活污水的治理主要集中在城市人口密集且 污水收集管网能够收集的地区。但在农村仍然分 散着广大的自然村落，这些自然村中每家每户的 污水一般都经过简易小三格化粪池处理后直接排 入河道，对水环境造成严重污染，影响了人体的健 康与经济的发展。同样的情况也发生在上海。因 有良好扩散性能的土层中，污水经毛细管浸润和 土壤渗滤作用向周围运动且达到处理要求的一种 土地处理方式，是一种小型的污水自然净化系统。 它是充分利用地表下土壤中栖息的土壤动物、土 壤微生物、植物根系，以及土壤所具有的物理、化 学特性将污水净化的工程技术。土壤渗透系统充 分利用了大自然净化能力，因而具有土建费用低、 运行费用低、管理操作方便等优点。 地下渗滤场地由布水管、布水槽、下层特殊土 壤、砾石层、排水沟、收集管、隔离层、防渗层和表 层种植土壤组成。污水通过布水槽砾石层的再分 配，一方面均匀地在土壤毛细管作用下上升达到 植物根区，营养物质被植物根系吸收，转化为植物 身体的一部分，水分则通过土表和植物绿叶蒸发 此，发展适合上海市农村的生活污水处理技术，对 社会主义新农村建设，缓解水资源短缺矛盾，改善 农村生态环境，以及提高农民生活质量均具有重 要意义。本文着重介绍了地下土壤渗滤系统的原 理、特点，以及在嘉定区马陆镇大裕村的工程实例 中的设计和应用效果，期望能为解决嘉定区乃至 上海市的农村生活污水分散处理问题提供参考。 到大气中；另一方面在重力作用下向下通过下层 土壤，污染物质大部分被截留在土壤中，水分通过 砾石层，在隔离层流进排水沟，经过排水管排除系 统。在经过土壤的物理、化学及微生物的生化作用 和植物的吸收利用之后，得到净化的水最终达到 很高的净化程度。 １ 地下土壤渗滤系统概述 地下土壤渗滤系统通常是指由化粪池和地下 渗滤装置构成的污水处理系统。地下渗滤系统具 有处理出水水质好、投资少、管理简单、装置位于 由于上层种植土要求具有团粒结构发达，渗 透速率高，毛细作用强，吸附容量大，通透性较好。 地下不破坏景观、没有臭味等优点，从而成为国内 外日益重视的污水处理方法。 １．１工艺原理 地下土壤渗滤污水处理系统是将污水有控制 地投配到经一定构造、距地面约３０—４０ ｅｍ深和具 收稿日期：２０１０—０７—２６ 作者简介：王勇（１９７８－），男，上海人，硕士，助理工程师，从 事给水排水行业管理工作。 同时，土壤中截留的污染物质为微生物提供了所 必须的营养和能源物质，加之适宜的土壤性状为 土壤微生物提供了良好的生存发育环境，因此土 壤具有较高的生物活性。通过土壤的物理阻留、土 壤吸收吸附、微生物分解利用，以及植物吸收等一 系列作用，污水中的有机物被去除。其中土壤微生 物的活性对有机污染物的去除起着十分重要的作 京：中国建筑工业出版社，２００１． 【２］邵刚编著．膜法水处理技术及工程实例【Ｍ］．北京：化学工业出版 社，２００２． 对微生物指标加以关注，尤其是贾弟鞭毛虫和隐孢 子虫，可通过膜处理或臭氧处理的方式进行处理。 （４）随着再生水回用技术的进一步发展，水质 监测自控仪表的精度标准必须相应提高。 参考文献 ［３】杨福才编译．采用光学方法测定水中悬浮物的探讨…．科技情 报，１９９８，（１）． ［４］周彤主编．污水回用决策与技术【Ｍ】．北京：化学工业出版社， ２ｍ１ ［１］聂梅生，等．水工业工程设计手册一水资源及给水处理【Ｍ］．北 １９２ 防洪排水 城市道桥与防洪 ２０１０年９月第９期 用，被阻留和吸附在土壤中的有机污染物在微生 物的作用下，经生物化学反应被分解转化成无机 物，这是去除有机污染物的关键过程。 种植的植物对营养元素的吸收也是污水净化 的重要途径。污水中的氮、磷等作为植物生长所必 需的养分，通过植物根系被吸收利用，当割除或拔 除植物时被移出系统达到脱除的目的。经常的修 剪草坪（或其它作物）可以使营养元素的去除量达 到最大。 植物的生长也极大地改变了污水处理过程的 环境条件。由于植物根系深入土壤和增加土壤有 机质，既提高了土壤的水力渗透速率，还有助于创 造一个良好的植物根区的微环境，有利于微生物 对污染物的降解。 １．２工艺组成 １．２．１预处理单元 生活污水进入渗滤系统前进行预处理。污水 主要是来自住户的生活污水，采用化粪池作为预 处理单元。污水经厌氧发酵作用，其中的有机物得 到部分分解，降低了污染物负荷，也提高了污水中 速效养分的含量，有利于进一步净化和利用。 １．２．２地下渗滤场 化粪池上清液通过管道自流进入调节池，经 提升通过管道输送至地下渗滤系统。经过地下渗 滤场处理后，ＣＯＤ、ＢＯＤ 、氨氮、磷等污染物得到 降解，污水中的ＣＯＤ去除率可达到８５％以上， ＢＯＤ 去除率可达到８０％左右，氨氮去除率可达 到９５％左右，磷去除率可达到９０％以上。 １．３工艺特点 地下土壤渗滤系统与其他污水处理系统相比 较，具有以下特点：系统位于地面以下，不占用地 表面积，不会散发臭气，不损害景观；系统运行稳 定、可靠，抗冲击负荷能力强；在高效去除ＢＯＤ 的同时能去除氮、磷；处理效果受外界气温影响 小；建设容易、维护简便、基建投资少、运转费用 低；地面作物可以美化环境；将污水处理与绿化、 耕作相结合，实现了污水的资源化利用。 ２工程实例设计简介 综合考虑嘉定区马陆镇大裕村的地形地貌、 水文和气候条件，以及经济发展水平等因素，因地 制宜地进行了地下土壤渗滤污水处理系统的工程 设计。本章着重介绍该工程的管网系统、处理系统 及构筑物系统的设计思路。 ２．１管网系统 根据处理系统的分布特点，管网依照各渗滤 场的位置和服务范围进行布设，采用分散分布的 管网系统。 根据各个自然村的分布情况，遵照节约能源、 便于管理的原则，污水经收集后除部分必须采用 提升外尽量采用重力流进入渗滤系统。 自流人渗滤系统的污水管网起点埋深为０．５０ ｍ； 经泵提升后进人渗滤系统的污水管网起点埋深为 ０．６０ ｒｎ，管道连接采用管顶平接。ＤＮ２２５管道以 ３％ｅ坡度、ＤＮ３００管道以２％ｏ坡度流向渗滤场。 ２．２处理系统 ２．２．１水质和水量 （１）进水水质标准。大裕村污水全部为居民生 活污水，水质按照一般生活污水取用，经管网收集 进入处理系统的生活污水为经过化粪池处理后的 生活污水。 （２）出水水质标准。出水水质执行《城镇污水 处理厂污染物排放标准》（ＧＢ１８９１８—２００２）一级Ｂ 标准。 （３）设计水量。规划大裕村污水总量为６７６ ｍ３／ｄ。 ２．２．２工艺设计 （１）工艺流程（见图１）。来自于住户的生活污 水先进入化粪池，化粪池上清液通过管道自流入 地下渗滤或系统经调节池提升输送至地下渗滤系 统，在配水系统控制下分别进入穿孑Ｌ布水管，最后 由布水管分配到布水槽中而后均匀地通过整个渗 滤场。 师污水一ｌ化粪池 调节池Ｉ 场 图１ 地下土壤渗滤处理系统工艺流程图 污水中的污染物经过土壤的物理、化学及微 生物的生化作用，加上植物的吸收利用后大部分 被去除。 采用化粪池作为地下土壤渗滤系统的预处理 装置，可以为后续系统提供污染物浓度较低、生化 降解性较高的进水。同时，粪便中的寄生虫卵和病 原微生物在厌氧环境中受生物拮抗作用而被杀 死，污水中的粪便也得到了一定的无害化处理。 （２）水力负荷。目前国内关于土壤渗滤系统 研究大部分采用的负荷较低，一般为水力负荷４０ Ｌ／ｆ ｍ ・ｄ）左右，而ＢＯＤ 负荷为１～ｌＯｇ／（ｍ ・ｄ）。出 水水质远低于国家排放标准。 在金山区廊淦岛建设的土壤渗滤系统实验工 程采用的水力负荷为５０Ｌ／（ｍ ・ｄ）。通过１ ａ的运 行、监测，实际出水水质远优于国家排放标准。 借鉴已经成功运行的实验工程，为节省用地、 ２０１０年９月第９期 城市道桥与防洪 防洪排水 １９３ 节约投资，同时考虑将来市政管道建成后，处理系 统可能废除，该设计采用较高的水力负荷，即水力 负荷为５０Ｌ／（ｍ ・ｄ）。 （３）渗滤场面积及布置。所需渗滤场的总面积 根据计算取１３ ８００ ｍ 。考虑均匀布水，每条布水 沟中心距取１．５ ｍ，沟内设穿孔布水管。渗透场形 状可根据场地具体确定，从方便施工考虑，该工程 采用矩形。 图２土壤渗滤场结构图 整个行政村共建造大小不等渗滤系统５５个， 最大的面积为９００ ｍ ，最小的面积为１２ ｍ 。其中 １１个经提升进入渗滤场，４４个自流人渗滤场。 （４）种植植物要求。初期渗滤场地面上部应以 种植观赏作物为主。通过监测，如果适合可以改为 随季节种植蔬菜及其他经济作物等。 ２．２．３出水水质预测 通过该系统处理后，出水水质能够达到现行 《城镇污水处理厂污染物排放标准》（ＧＢ１８９１８— ２００２）一级Ｂ标准，预测出水水质见表１所列。 表１预期处理效果汇总表（单位：ｍｏｌＬ） ２．３构筑物系统 ２．３．１化粪池 大裕村各自然村大部分农户建造了简易三格 化粪池。对于没有建造化粪池的各户要求新建，破 损的化粪池进行修复，无法达到使用要求的化粪 池重建，以保证每户一座合格化粪池。 ２．３．２格栅井和调节池 需要提升的渗滤场，格栅井和调节池合建，设 手动闸门一套；人工格栅一套，格栅宽８００ ｍｍ，栅 条间隙１５ ｍｍ，栅渣外运处置。调节池和格栅井合 建，采用钢筋混凝土结构。调节池有效容积按最大 日污水量的２５％～３０％考虑。 不需要提升的渗滤场，合建一简易格栅井和 调节沉淀池，设人工格栅一套，格栅宽５００ ｍｍ，栅 条间隙１５ ｍｍ，栅渣外运处置，格栅前设一闸槽。 ２．３．３地下土壤渗滤系统结构 渗滤场是地下土壤渗滤处理系统的核心，污 水主要是在流经渗滤场的过程中得以净化的，其 结构见图２所示。 渗滤场主要由六部分组成。 表层土壤，即：耕植土层，由较肥沃的耕作土 壤组成，是植物的生长层，也是污水净化的主要作 用层。 表层土壤以下为布水沟和下层土壤，布水沟 底、壁由聚氯乙烯薄膜围成，内填满直径为２０ ４０ ｍｍ的砾石，顶部覆盖土工透水布，沟内设穿孔 布水管；下层土壤主要由砂粘土搀和一定比例 （２０％左右）的炉渣构成，厚度为８０ ｅｍ，主要作用 为过滤、截留污水中的污染物质，是污水净化的重 要作用层。 “底层”：又称承托层或垫层，由直径为２０～ ４０ ｍｍ的砾石组成，起承托上层土壤和使污水均 匀分布的作用，内设穿孔管，收集处理后的污水， 以排除系统。 隔离层：为防止上部土壤落入承托层，堵塞水流 通道，影响布水均匀性，同时为防止土壤随水流入系 统，在下层土壤和承托层之间铺设土工布隔离。 防渗层：位于沟床最底层，采用二层聚氯乙烯 薄膜ａｎ－层水工布构成。作用是防止污水直接下 渗，污染地下水源。 ３ 净化效果 渗滤场自建成运行以来，一直在无人值守的 情况下稳定运行。从２００９年ｌ０月开始，对其中 一个渗滤场的进、出水水质进行了五次检测，每 月取样一次。检测结果（见表２）表明渗滤系统运 行良好，净水效果显著，出水水质完全符合国家 排放标准。 表２渗滤场进出水水质汇总表（单位：ｍｇ／Ｌ） １９４ 防洪排水 城市道桥与防洪 ２０１０年９月第９期 对表２数据进行分析整理，得出渗滤场的污 染物去除率（见表３）。 表３渗滤场污染物去除率汇总表（单位：％） 排放污水的实用技术。它充分利用了土壤一植 物一微生物系统的净化能力，既可去除有机污染 物，又可去除造成水体富营养化的氮、磷等污染 物。它具有建设费低、运行费低、操作简单和净化 效率高等优点，在有效处理污水的同时还可取得 美化与改善环境和节约水资源的综合效果。地下 土壤渗滤污水处理系统是解决农村生活污水分散 处理问题的有效途径之一。 表２和表３的数据表明，渗滤系统对有机污 染物有很好的去除能力和较高的稳定性。在较高 负荷下，出水ＣＯＤ浓度普遍低于２０ ｍｇ／Ｌ，ＢＯＤ 浓 度低于１５ ｍｇ／Ｌ，ＮＨ３一Ｎ浓度普遍低于３．０ ｍｇ／Ｌ，ＴＰ 低于１．０ ｍｇ／Ｌ，远远优于二级生化处理系统的出 水水质。 参考文献 【１】贾宏字，孙铁珩，李培军，等．污水土地处理技术研究的最新进 展…．环境污染治理技术与没备，２００１，２０）：６２—６５． ［２］李旭东，周琪，张荣社，等．三种人工湿地脱氮除磷效果比较研 究…．地学前缘，２００５，４（１２）：７３—７６． 【３］李先宁，吕锡武，孔海南，等．农村生活污水处理技术与示范工 程研究［Ｊ］．中国水利，２００６，（１７）：ｌ９—２２． ４ 结语 综上所述，地下土壤渗滤污水处理系统是一 种小型的污水土地处理系统，特别适用于没有完 善的城市污水管网系统的地区，是一项处理分散 ［４］吴磊，吕锡武，李先宁，等．厌氧／跌水充氧接触氧化，人工湿 地处理农村污水ｆＪ］．中国给水排水，２００７，２３（３）：５７—５９． ［５］向连城．新型稳定塘污水处理技术ＡＩＰＳ［Ｊ］．环境科学研究，１９９５， （１）：４８—５０． 国外城市的排水防涝 日本：东京拥有全世界最知名的排水系统。东京下水道系统以合流制管道系统（污水 和雨水采用同一管道排放）为主，包括管渠、抽水泵站和污水处理场。其污水管、雨水管和 合流管的总长度超过１．５万ｋｍ，用于管道清扫和维护管理的检查井超过４７万个，平均每 ３３ ｍ就有一个。 德国：为提高城市排涝能力，近年来，德国开始推广新型雨水处理系统——“洼地一渗 渠系统”。该系统包括各个就地设置的洼地、渗渠等组成的设施，这些设施与带有孔洞的排 水管道连接，形成一个分散的雨水处理系统。通过雨水在低洼草地中短期储存和在渗渠中 的长期储存，保证尽可能多的雨水得以下渗。 法国：巴黎的下水道系统历经数百年的传承和完善，目前总长达２ ３４７ ｋｍ，远远超出 了其地铁系统规模。其设计和管理也极为周到。城区下水道均建于地面以下５０ ｍ，纵横交 错，密如蛛网；管道设计采用多功能设计理念，有供检修人员通行的便道。如此宽大的排水 系统，不仅有利于快速排水，而且有利于电力、通讯设施线路的布局。 荷兰：鹿特丹市位于海平面以下，经常面临海水倒灌的威胁，同时城区洼地众多，排涝 压力颇大。为有效应对这种情况，鹿特丹开创了其独有的“水广场”防涝及雨水利用系统。 水广场顺地势而建，由形状、大小和高度各不相同的水池组成，水池问有渠相连。平时是市 民娱乐休闲的广场，暴雨来临时，就变成一个防涝系统。