土地处理系统
- 土地处理系统（Land treatment system ）又称土地灌溉系统和草地灌溉系统，是指在人工控制的条件下，将污水投配在土地上，通过土壤-植物系统，进行一系列物理、化学、物理化学和生物化学的净化过程，使污水得到净化的一种污水处理工艺。污水的土地处理，即经济有效地净化了污水，又充分利用了污水中的营养物质和水，强化农作物、牧草和林木的生产，促进水产和畜产的发展，是一种环境生态工程 。
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结构良好的表层土壤中存在土壤-水-空气三相体系。在这个体系中，土壤胶体和土壤微生物是土壤能够容纳、缓冲和分解多种污染物的关键因素。土壤对废水的净化，是一个受多种复杂因素作用的综合过程。其机理可归结为以下几个方面 ：
（1）物理过滤
土壤颗粒间的孔隙能截留、滤除废水中的悬浮颗粒。土壤颗粒的大小、颗粒间孔隙形状、大小分布及水流通道性状都影响物理过滤效率。悬浮颗粒过大、太多，有机物生物代谢产物均能造成土壤堵塞。因此，应加强管理、控制灌水与休灌周期及其交替，以恢复土壤截污过滤能力。
（2）物理吸附与沉积
土壤中黏土矿物等能吸附土壤中的中性分子，这是由于非极性分子之间范德华力所致。废水中部分重金属离子在土壤胶体表面由于阳离子交换作用而被置换、吸附并生成难溶态物而被固定于矿物的晶格之中。
（3）物理化学吸附
包括金属离子与土壤中的无机胶体与有机胶体由于螯合作用而形成螯合化合物；有机物与无机物的复合化而生成复合物；重金属离子与土壤进行阳离子交换而被置换吸附；有些有机物与土壤中重金属生成可吸性螯合物而固定于土壤矿物的晶格之中。
（4）化学反应与沉淀
重金属离子与土壤的某些组分进行化学反应生成难溶性化合物而沉淀。如改变土壤的氧化还原电位能生成非溶性硫化物；pH的改变导致金属氢氧化合物的生成；另一些化学反应能生成金属磷酸盐和有机重金属等而沉积于土壤之中。
（5）微生物的代谢与有机物的生物降解
土壤中种类繁多的大量微生物，能与被截留、吸附的污染物一起形成生物膜，对有机物有很强的降解转化能力；在土壤表层，通风条件好，有机物浓度高，生物氧化作用尤为强烈，属于好氧生物处理带，其深度大体在0.2～0.3 m；好气带以下，依次分布着兼性和厌氧生物处理带。在用废水进行水田灌溉时，废水中的可沉悬浮物沉于水底，靠兼性和厌氧土壤微生物进行分解。胶体和溶解性有机物分散于水中，被主要由藻类供氧的好氧微生物转化为无机物，然后被农作物吸收。此外，在接近出水的农田中，浮游生物得到繁殖，参与了对废水的净化，使出水进一步澄清。
由废水的预处理设施、贮水湖、灌溉系统、地下排水系统等部分组成。在这个系统中，大都使用生物氧化塘或曝气湖进行二级处理，废水在曝气湖一般停留3天,然后进入沉淀塘和贮水湖，后者在非灌溉期贮存污水，容积按非灌溉期的总污水量确定。
土地处理系统是常年性的污水处理工程。随着工业化和城市化的迅速发展，废水中污染物的种类日渐增多，即使经过污水二级处理，仍有一些污染物如氮、磷等营养物质和难以生物降解的物质未被去除，需要进行高级处理(见污水三级处理)。而正规的污水高级处理费用很高，难以普遍实施，因此土地处理系统便作为污水高级处理的代用方法被推广开来，特别适于处理中小城市的污水。
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第一条 为依法处理和充分利用闲置土地，根据《中华人民共和国土地管理法》、《中华人民共和国城市房地产管理法》等有关法律、法规规定，结合本市实际情况，制定本办法。 第二条 &nbs...
新修订的《广州市闲置土地处理办法》公布，自3月1日起施行。新修订的办法从加大力度处置闲置土地出发，作出一系列加快处置闲置土地、加大开发商囤地成本的新规定。 新办法改变了原来先认定闲置土地再予以处置的...
一般土壤及其中微生物和植物根系对污染物的综合净化能力，可以用来处理城市污水和工业废水；同时，普通污水或废水中的水分和肥料也可利用来促进农作物、牧草或林木的生长，并使其增加产量，凡能达到上述目的的工程设施，即称为土地处理系统。它由污水或废水的预处理设施、贮水湖、灌溉系统、地下排水系统等组成。该系统中，污水或一些废水经过一级处理或生物氧化塘或二级处理后，进入沉淀塘和贮存湖，再根据具体的需要和土地系统的特性（结构与功能），采用地表漫流、灌溉或渗滤等方式排入土地系统，进行最终的处理。土地处理系统的净化效果，对于污染物的去除效率取决于施用负荷、土壤、作物、气候、设计目的和运行条件等多种因素。只要进入土地系统的污染物的数量及种类不超出该土地系统所能负担的限度，土地系统就可将污染物质除去 。
根据系统中水流运动的速率和流动轨迹的不同，土地处理系统可分为五种类型：慢速渗滤、快速渗滤、地表漫流、地下渗滤和湿地处理系统 。
慢速渗滤系统是将废水投配到种有作物的土壤表面，废水中的污染物在流经地表土壤-植物系统时得到充分净化的一种土地处理工艺系统。在慢速渗滤系统中，植物可吸收污水中的水分和营养成分，通过土壤-微生物-作物对污水进行净化，部分污水蒸发和渗滤，流出处理场地的水量一般为零，是土地处理技术中经济效益最大、水和营养成分利用率最高的一种类型。
慢速渗滤系统有农业型和森林型两种，适用于渗水性良好的土壤、砂质土壤及蒸发量小、气候润湿的地区，对于村镇生活污水和季节性排放的有机工业污水的处理比较合适。慢速渗滤系统的污水投配负荷一般较低，投配方式可采用畦灌、沟灌及可升降的或可移动的喷灌系统，渗滤速度慢，故污水净化效果好，出水水质优良。
快速渗滤系统是将污水有控制地投配到具有良好渗滤性的土壤表面，污水在向下渗滤过程中，借生物氧化、沉淀、过滤、氧化还原和硝化、反硝化等过程而得到净化的一种污水土地处理系统。
快速渗滤的作用机理与间歇运行的“生物砂滤池”相似，通常淹水、干化交替运行，以便使渗滤池处于厌氧和好氧交替运行状态，依靠土壤微生物将被土壤截留的溶解性和悬浮有机物进行分解，使污水得以净化。污水快速渗滤系统是污水土地处理系统的一种基本类型，对BOD5、COD、氨氮及磷的去除率都比较高，而且系统的水力负荷和有机负荷较其他类型的土地处理系统高得多，且投资少，管理方便，土地面积需求量小，可常年运行。但其对水文水质条件的要求更为严格，场地和土壤条件决定了快速渗滤系统的适用性：而且它对总氮的去除率不高，处理出水中的硝态氮可能导致地下水污染，因此污水应进行适当预处理。
地表漫流系统是将污水有控制地投配在生长着茂密植物、具有和缓坡度且土壤渗透性较低的土地表面上，污水呈薄层缓慢而均匀地在土表上流经一段距离后得到净化的一种污水处理工艺。
地表漫流系统适用于渗透性低的黏土或亚黏土，用于处理分散居住地区的生活污水和季节性排放的有机工业污水。它对污水预处理程度要求低，出水以地表径流收集为主，对地下水的影响最小，处理过程只有少部分水量因蒸发和渗入地下而损失，大部分径流水汇入集水沟；出水水质可达二级或高于二级处理的出水水质；投资省，管理简单；地表可种植经济作物，处理出水也可回用。但该系统受气候、作物需水量、地表坡度的影响大，气温降至冰点和雨季期间，其应用受到限制，而且通常还需考虑出水在排入水体以前的消毒问题。
地下渗滤系统是将污水有控制地投配到距地表一定深度(约0.5 m)、具有一定构造和良好扩散性能的土层中，使污水在土壤的毛细管浸润和渗滤作用下，向周围运动且达到净化污水要求的土地处理系统。
地下渗滤系统适用于无法接入城市排水管网的小水量污水处理，如分散的居民点住宅、度假村、疗养院等，但污水进入处理系统前须经化粪池或酸化池预处理。该系统处理污水的负荷较低，停留时间长，因此净化效果好且稳定；可与绿化和生态环境的建设相结合，运行管理简单；氮磷去除能力强，处理出水水质好，可用于回用。缺点是受场地和土壤条件的影响较大：如果负荷控制不当，土壤会堵塞；进、出水设施埋设地下，工程量较大，投资相对于其他土地处理系统要高。
污水土地处理系统各种工艺类型的特性与场地特征如图《各工艺类型比较》所示。在工艺的选择过程中，可根据各种工艺的特性，结合土壤及植物的实际情况，选择适用的污水土地处理工艺。
土地处理系统具有以下优点：
（1）处理成本低廉，基建投资少，运行费用低；
（2）运行简便，易于操作管理，节省能源；
（3）污水处理与农业利用相结合，能够充分利用水肥资源；
（4）能绿化土地，促进生态系统的良性循环：
（5）污泥得到充分利用，二次污染小。2100433B
BOD5的去除机理包括过滤、吸附和生物氧化作用。污水进入土地处理系统以后，BOD5经过土壤表层区的过滤、吸附作用被截留下来，然后通过土层中的微生物(如细菌、真菌、原生动物、后生动物等)氧化作用将其降解，并合成微生物新细胞。
在土地处理中，氮主要通过植物吸收，微生物脱氮(氨化、硝化、反硝化)，挥发，渗出(氨在碱性条件下逸出、硝酸盐的渗出)等方式被去除，其去除率受作物的类型、生长期、对氮的吸收能力以及土地处理工艺等因素影响。
磷主要通过植物吸收，化学反应和沉淀(与土壤中的钙、铝、铁等离子形成难溶的磷酸盐)，物理吸附和沉积(土壤中的黏土矿物对磷酸盐的吸附和沉积)，物理化学吸附(离子交换、络合吸附)等方式被去除，其去除效果受土壤结构、阳离子交换容量、铁铝氧化物和植物对磷的吸收等因素影响。
污水中的悬浮物质是依靠作物和土壤颗粒间的孔隙截留、过滤去除的。土壤颗粒的大小，颗粒问孔隙的形状、大小、分布和水流通道，以及悬浮物的性质、大小和浓度等都影响对悬浮物的截留过滤效果。
污水经土壤过滤后，水中大部分的病菌和病毒可被去除，去除率可达92%～97%。其去除率与选用的土地处理系统工艺有关，其中地表漫流的去除率略低，但若有较长的漫流距离和停留时间，可达到较高的去除效率。
重金属主要通过物理化学吸附、化学反应与沉淀等途径被去除，重金属离子在土壤胶体表面进行阳离子交换而被置换、吸附，并生成难溶性化合物被固定于矿物晶格中；重金属与某些有机物生成可吸性螯合物被固定于矿物晶格中；重金属离子与土壤的某些组分进行化学反应，生成金属磷酸盐和有机重金属等沉积于土壤中。
处理方式 分为三种:
用喷洒或其他方式将废水有控制地排放到土地上。土地的水力负荷每年为1.5~7.5米。适于地表漫流的土壤为透水性差的粘土和粘质土壤。地表漫流处理场的土地应平坦并有均匀而适宜的坡度(2~6%)，使污水能顺坡度成片地流动。地面上通常播种青草以供微生物栖息和防止土壤被冲刷流失。污水顺坡流下，一部分渗入土壤中，有少量蒸发掉，其余流入汇集沟。污水在流动过程中，悬浮固体被滤掉，有机物被草上和土壤表层中的微生物氧化降解。这种方法主要用于处理高浓度的有机废水，如罐头厂的废水和城市污水。
通过喷洒或自流将污水有控制地排放到土地上以促进植物的生长。污水被植物摄取，并被蒸发和渗滤。灌溉负荷量每年约为0.3~1.5米。灌溉方法取决于土壤的类型、作物的种类、气候和地理条件。通用的方法有喷灌、漫灌和垄沟灌溉(见图)。 喷灌:采用由泵、干渠、支渠、升降器、喷水器等组成的喷洒系统将污水喷洒在土地上。这种灌溉方法适用于各种地形的土地，布水均匀，水损耗少，但是费用昂贵，而且对水质要求较严，必须是经过二级处理的。
漫灌:土地间歇地被一定深度的污水淹没，水深取决于作物和土壤的类型。漫灌的土地要求平坦或比较平坦，以使地面的水深保持均匀，地上的作物必须能够经受得住周期性的淹没。
垄沟灌溉:靠重力流来完成。采用这种灌溉方式的土地必须相当平坦。将土地犁成交替排列的垄和沟。污水流入沟中并渗入土壤，垄上种植作物。垄和沟的宽度和深度取决于排放的污水量、土壤的类型和作物的种类。
上述三种灌溉方式都是间歇性的，可使土壤中充满空气，以便对污水中的污染物进行需氧生物降解。
这种方法类似间歇性的砂滤，水力负荷每年约为3.3~150米。废水大部分进入地下水，小部分被蒸发掉。渗水池一般是间歇地接受废水，以保持高渗透率。适于渗滤的土壤通常为粗砂、壤土砂或砂壤土。渗滤法是补充地下水的处理方法，并不利用废水中的肥料，这是与灌溉法不同的。
净化效能 废水中的污染物在土地处理系统中是通过许多种过程去除的，包括土壤的过滤截留，物理和化学的吸附，化学分解和沉淀，植物和微生物的摄取，微生物氧化降解以及蒸发等。
病原微生物的去除
废水中的病原微生物进入土壤，便面临竞争环境，例如遇到由其他微生物产生的抗生物质和较大微生物的捕食等。在表层土壤中竞争尤其剧烈，这里氧气充足，需氧微生物活跃，在其氧化降解过程中要捕食病原菌、病毒。一般地说，病原菌和病毒在肥沃土壤中以及在干燥和富氧的条件下，比在贫瘠土壤中以及在潮湿和缺氧的条件下，生存期短，残留率小。废水经过一米至几米厚的土壤过滤，其中的细菌和病毒几乎可以全部去除掉,仅在地表上层1厘米的土壤中微生物的去除率就高达92~97%。
BOD的去除
废水中的BOD(生化需氧量)大部分是在10~15厘米厚的表层土中去除的。BOD、COD(化学需氧量)和 TOC(总有机碳)的物理(过滤)去除率为30~40%。废水中的大多数有机物都能被土壤中的需氧微生物氧化降解，但所需的时间相差很大，从几分钟(如葡萄糖)到数百年(如称为腐殖土的络合聚结体)。废水中的单糖、淀粉、半纤维、纤维、蛋白质等有机物在土壤中分解较快，而木质素、蜡、单宁、角质和脂肪等有机物则分解缓慢。如果水力负荷或 BOD负荷超过了土壤的处理能力，这些难分解的有机化合物便会积累下来，使土壤孔隙堵塞，发生厌氧过程。如发生这种情况，应减少灌溉负荷，使土壤表层恢复富氧的状况，逐渐将积累的污泥和多糖氧化降解掉。在厌氧过程中形成的硫化亚铁沉淀，也会被氧化成溶解性的硫酸铁，从而使堵塞得到消除。
磷和氮的去除
在废水中以正磷酸盐形式存在的磷，通过同土壤中的钙、铝、铁等离子发生沉淀反应，被铁、铝氧化物吸附和农作物吸收而有效地除去。因此废水土地处理系统的地下水或地下排水系统的水中含磷浓度一般为 0.01~0.1毫克/升。磷在酸性条件下生成磷酸铝和磷酸铁沉淀，而在碱性条件下则主要生成磷酸钙或羟基磷灰石沉淀。除了纯砂土以外，大多数土壤中的磷在0.3~0.6米厚的上层便几乎被全部除去。
废水中的氮在土地上有四种形式:有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。亚硝酸盐氮在氧气存在的条件下易被氧化为硝酸盐氮。土地上的氮不管呈何种形态，如不挥发，最后都会矿化为硝酸盐氮。硝酸盐氮可通过作物的根部吸收和反硝化(脱硝)作用去除，在深入到根区以下的土层中，由于缺氧条件，部分硝态氮(10~80%)发生脱硝反应;最后总有一部分硝态氮进入地下水中。
有机毒物的去除
二级处理出水中含的微量有机毒物，如卤代烃类、多氯联苯、酚化物以及有机氯、有机磷和有机汞农药等。它们的浓度一般远低于 1毫克/升，在土壤中通过土壤胶体吸附,植物摄取，微生物降解,化学破坏挥发等途径而被有效地去除。
微量金属的去除
一般认为粘土矿、铁、铝和锰的水合氧化物这四种土壤组分以及有机物和生物是控制土壤溶液中微量金属的重要因素。它们去除微量金属的方式有:①层状硅酸盐以表面吸附或以形成表面络合离子穿入晶格和离子交换等方式吸附;②不溶性铁、铝和锰的水合氧化物对金属离子的吸附;③有机物如腐植酸对镉、汞等重金属的吸附;④形成金属氧化物或氢氧化物沉淀;⑤植物的摄取和固定。微量重金属的去除以吸附作用为主;常量重金属的去除往往以沉淀作用为主。
在废水所含的金属中，镉、锌、镍和铜在作物中的浓缩系数最高，因而对作物以及通过食物链对动物和人的危害也最大。
处理效率 土地处理系统处理效率取决于废水负荷、土壤、作物、气候，以及运行状况等许多因素。根据土地处理系统的实际运行经验，设计和运行良好的各种处理方式的效率估计如表。
人工湿地/土地处理系统处理城镇生活污水
人工湿地/土地处理系统处理城镇生活污水
对比分析了人工湿地和土地处理系统对城镇生活污水的处理效果,结果表明:土地处理系统对COD的去处效果优于人工湿地,而两者对氨氮的去处效果都不太理想,可能是由于植物选取不合理、设计参数取值不当和温度较低导致的.因而,当对氨氮去除率要求较高时,宜选择设计合理的人工湿地来满足要求;当对氨氮去除率要求较低时,宜选择稳定性更好的土地处理系统.
污水土地处理系统流态影响因素及优化
污水土地处理系统流态影响因素及优化
在污水土地处理系统的反应器模型中进行流态实验,使用正交分析理论及停留时间分布(RTD)分析理论,探索管网、集水层和承托层对反应器体积效率及推流的影响,并对反应器构造进行优化。使用正交实验分析发现,各因素对体积效率的影响程度顺序为:承托层>集水层>管网,管网与承托层的影响有明显的交互作用;集水层对推流有影响,并且管网与集水层有很显著的交互作用。使用RTD分析各因素交互作用发现,采用全网布水与集水时,集水层及承托层对流态的影响都不大。管网布设为过水断面的一半(半网)时,集水层的集水作用及承托层的布水作用可以增加反应器体积效率。\"半网-有集水层-有承托层\"的体积效率最高,流态最接近推流形式,其无因次平均停留时间为1.093,轴向扩散系数为0.037,属于低扩散程度。
慢速渗滤处理系统（Slow Rate, SR）是将污水投配到土壤表面，污水缓慢地在土地表面流动并向土壤渗滤，一部分污水直接为作物所吸收，另一部分则渗入土壤中合蒸发散逸入大气，从而使污水得到净化的污水土地处理工艺。该系统适用于渗水性能良好的土壤（如砂质土壤），以及蒸发量小、气候湿润地区。其系统示意图如图2所示。图2中，（a）为慢速渗滤的水流路径；（b）为表面布水；（c）为喷灌布水。
污水土地处理系统由以下部分组成：
（1）污水的收集与预处理设备：防止泥砂在布水系统中沉淀和机械磨损，以及过量悬浮固体引起的土壤堵塞。
（2）污水的调节、贮存设备：调节土地处理系统受气候影响时的水力负荷，可采用贮存塘与土地处理联合系统。
（3）配水与布水系统：配水系统包括污水泵站、输水管道等。布水系统的功能是将污水按工艺要求均匀地投配到土壤—植物系统。
（4）土地净化田（土壤—植物系统）：土地净化田是土地处理系统的核心，污染物的净化和去除主要在此完成。在一定范围内，选择到满足土地处理要求的土地是这一技术成功的关键。土地选择要考虑地形、地表坡度和土壤性质。
（5）净化水的收集、利用系统：其作用是保证污水土地处理系统的处理效果和水流通畅，保护地下水和再生水利用。
（6）检测系统：其作用是检查、监控处理效果。
快速渗滤系统（Rapid Infiltration, RI）是一种高效的土地处理技术，适用于透水性良好的土壤，如砂土、壤土砂或砂壤土。该系统将污水有控制地投配到具有良好渗滤性能的土地表面，在污水向下渗滤的过程中，在过滤、沉淀、氧化、还原以及生物氧化、硝化、反硝化等一系列物理、化学及生物的作用下，使污水得到净化处理，如图3所示。图3中，（a）为快速渗滤的水流路径；（b）为地下排水管集水；（c）管井集水。
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污水土地处理系统慢速渗滤处理系统