毛管渗滤土地处理技术与住区水环境的保护
前言
毛管渗滤土地处理技术是一种较有代表性的污水地下渗滤处理系统，属污水的土地处理范畴，它以生态原理为基础，充分利用了大自然的天然净化能力，具有不影响地面景观、建设和运行管理费用低、氮磷去除能力强、处理出水水质好、可回用等特点[1,2].在日本、美国、新西兰和西欧等国家，地下渗滤系统的研究和应用日益受到重视。在我国，随着水环境污染的日益严重和污废水再生回用的发展，地下渗滤土地处理系统以其特有的优越性，自90年代初，在污水处理与回用领域，特别是在乡镇的居住小区、旅游点、度假村、疗养院等未与城市排水系统接通的分散建筑物排出的污水的处理与回用领域中的应用研究，越来越多地受到人们的关注[3].
住区水环境的保护主要涉及到污废水的收集、处理及其达标排放或回用，而不影响住区的环境[4].毛管渗滤土地处理技术利用了大自然的天然净化能力，对住区的污废水进行处理后达标排放或回用，是实现住区水环境保护的一种技术手段。
1、毛管渗滤土地处理技术及其工艺设计
1.1毛管渗滤土地处理技术
1.1.1基本原理
毛管渗滤土地处理技术是基于生态原理基础上，揉进现代的厌氧、好氧的污水处理技术，而形成的一种生态工程水处理技术。其基本原理是：利用专用塑料薄膜在地下围成一个生物滤池，利用配水系统将生活污水引进草坪下，均匀地向厌氧滤层渗滤，再通过表面张力作用上升，越过厌氧滤层出口堰之后，通过虹吸现象连续地向下层好氧滤层渗透并流出生物滤池。在上述过程中，水与污染物分离，水被渗滤并通过集水系统收集被作为中水回用，污染物通过物化吸附被截留在土壤中，碳和氮由于厌氧及好氧过程，一部分被分解成为无机碳、氮留在土壤中，一部分变成氮气和二氧化碳逸散在空气中，磷则被土壤物理化学吸附，截留在土壤中，为草坪或者其他植物所利用。
1.1.2基本构造
由专用塑料薄膜在地下的冻土层以下向上方围成一个“生物滤池”，薄膜上方敷设由干管、支管、生态碎石、专用尼龙网组成的集水系统。其上方是由好氧生物菌种、通气性材料、改良土壤组成的好氧滤层。滤层上方为由专用塑料薄膜围成的，由生态砂、厌氧生物菌种组成的厌氧滤层。厌氧滤层之上为由干管、支管、生态碎石、专用尼龙网组成的配水系统。其上方是通气性土壤，土壤表面可种植草坪、蔬菜、花卉、树丛等植物，也可做停车场用。
1.1.3污水净化的主要过程
⑴ 毛细管、虹吸及物理化学吸附过程：通过土壤的毛细管现象及表面张力原理，将水与污染物中的胶体部分、溶解部分分离开来。土壤颗粒间的空隙能截留、滤除污水中的悬浮物及胶体物质，起渗滤作用；土壤中的粘土、砂粒等颗粒通过范德华力吸附溶解性污染物于土壤中。
⑵ 微生物代谢和有机物的分解过程：土壤中含有的好氧性、厌氧性微生物能对污水中的悬浮固体、胶体性、溶解性污染物进行生物降解，并利用污水中有机物为营养物质，进行新陈代谢。
⑶ 植物的净化过程：种植在土壤中的草坪、花卉或树丛等植物能够吸收污水中的氮和磷；保持及增加吸水率和土壤的透气性；减少水力冲刷；作为微生物栖息的介质之一。
1.1.4工艺特点[5-10]
⑴ 不需复杂的构筑物，易于建设、便于维护、不堵塞、建设投资省、运行费用低；
⑵ 建筑物或小区室内外可污、废水合流排放，无须分流排放，有利于管线综合，节省管线投资；
⑶ 无污泥排出，不产生二次污染；
⑷ 在去除生物需氧量的同时能去除氮、磷；
⑸ 整个处理系统都设于地下，不与人直接接触，无损地面景观，而且能够种植绿色植物，美化环境，卫生安全；
⑹ 不受外界气温变化影响，或影响较小，如运行得当，处理水水质良好、稳定、可回用于浇灌绿地、冲厕等；
⑺ 系统运行稳定、可靠，抗冲击负荷能力强；
⑻ 将污水处理同绿化和污水资源化相接合，在处理污水的同时绿化了环境，节约了水资源。
1.1.5适用条件
⑴ 没有市政污水管网的场合；
⑵ 需要对生活污水进行处理且需要中水回用的生态型居住小区、别墅等；
⑶ 季节性、间断性使用的风景区饭店、大型体育设施、会场、高尔夫球场和公园等地；
⑷ 水源性水库区；
⑸ 河流的一、二级保护区。
1.2 毛管渗滤处理工艺设计
1.2.1工艺流程
1.2.2工艺流程说明
⑴ 化粪池或隔油池排出口的污水经格栅预处理后，用污水泵提升或自流进入毛管渗滤装置。
⑵ 毛管渗滤装置由配水系统、厌氧滤层、好氧滤层、集水系统组成，污水经截留、吸附过滤及生物降解处理后，已基本达到中水用水的最高标准——景观用水标准。
⑶ 中水经集水系统收集自流入集水井，再经消毒处理后，用泵提升或自流至各中水回用点使用。
1.2.3基本设计参数
⑴ 表面负荷设计参数
一般应根据施工地点的土质情况及生活污水水质现状确定。基本设计参数：每天处理1m3生活污水需要8m2面积的土地，水力停留时间为5.6d.
⑵ 高程设计参数
在非冰冻地区，毛管渗滤装置配水管最小埋设深度为地表下200mm；在冰冻地区，毛管渗滤装置配水管最小埋设深度为当地冰冻深度以下。
1.2.4进出水水质
⑴ 进水水质指标预测
进水水质指标：BOD5≤250mg/L，CODcr≤500mg/L，SS≤180mg/L.
⑵ 出水中水水质指标
符合国家标准《城市污水再生利用 城市杂用水水质》（GB/T18920-2002）和《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB/T18921-2002）的要求。
2 毛管渗滤土地处理技术对住区水环境的保护
2.1住区水环境保护的主要内容与要求[4]
《健康住宅建设技术要点》在“居住环境的保护”方面对水环境的要求主要包括排水系统和中水系统中的污废水的收集、处理及其达标排放或回用，具体内容与要求为：
⑴ 住区排水系统应实行雨污分流，设有完善的污水收集、污水处理和污水排放等设施。
⑵ 住区污水排放水质应满足国家标准《污水综合排放标准》（GB8978-1996）或参照《地面水环境质量标准》（GHZB1-1999）的有关规定。
⑶ 污水处理站产生的污泥，应具有配套的处理措施和综合利用能力。
⑷ 建筑面积在50000m2以上的住宅小区应设置中水系统，中水可回用于冲厕、绿化浇灌、洗车和景观用水等。中水水质控制指标应符合《建筑中水设计规范》的规定。
⑸ 中水系统应独立设置，严禁中水接入生活饮用水系统供水管道内。
⑹ 中水系统的建设应与住区的污水系统、雨水回用系统和景观水系统建设统一考虑，综合布置，统一利用。
2.2毛管渗滤土地处理技术对住区水环境的保护
毛管渗滤土地处理技术应用于住区生活污水的处理，能较好地满足健康住区对水环境保护的内容与要求。
⑴ 生活污水就地处理，出水能够达到现行国家标准《污水综合排放标准》（GB8978-1996）或《地面水环境质量标准》（GHZB1-1999）的有关规定，可直接排放。
⑵ 处理出水经消毒，即可作为中水进行回用。
⑶ 不产生污泥，无需配套相关污泥处置措施。
⑷ 整个系统独立设在地下，卫生安全性好，与生活饮用水完全分开。
⑸ 其上为绿地，能渗透、畜积雨水，且其出水经消毒即能满足景观环境用水水质要求，因而可与雨水（间接）利用和景观环境水体进行有机融合。
2.3毛管渗滤土地处理技术用于住区水环境的保护的优越性
⑴ 生态环保，符合健康住区对水环境保护的要求
毛管渗滤土地处理系统是一种利用了大自然的天然净化能力、处理分散排放污水的实用技术，它充分利用了土壤—植物—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，无污泥产生。同时由于该系统主要构筑物处于地表下，故还具有不产生臭味和不影响地表景观的特点。符合健康住区对水环境保护的要求。
⑵ 卫生安全，对公众健康和环境无不良影响
人们对水处理回用的卫生安全性一直非常关心。生活污水中含有许多影响公众健康和环境的污染物质，这些成分会造成环境的生物性污染，去除污废水中主要污染物是减轻其对公众健康和环境影响的主要措施。因此，毛管渗滤土地处理技术用于住区水处理排放或回用，在处理污水和绿化美化环境的同时，还要考虑其对公共健康的影响问题，即有关卫生学指标的问题。为此，北京环境保护科学研究院在试验中[5]选取总大肠杆菌和粪大肠杆菌作为评价系统生物学污染净化指标，对毛管渗滤土地处理系统的进水、出水和表层土壤（10cm）进行了取样分析。
⑶ 经济适用、高效灵活，综合效果好
毛管渗滤系统具有建设费低、运行费低、操作简单和净化效率高，可分散、分期建设等优点，特别适用于没有完善的城市污水管网系统居住小区的水处理排放和回用，将此项技术与住区绿地建设结合起来，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。
3、 毛管渗滤土地处理技术应用实例及评析
毛管渗滤处理技术比较适合用于生活污水的处理与回用，能够较好地满足健康住区对水环境保护的要求，优越性明显，发展态势良好。目前，我国的北京、上海、辽宁、贵州、浙江、福建等地均已有成功应用的实例[5-9].表2是毛管渗滤土地处理系统部分实例的基本情况及简要评析。
水源为水上运动中心的生活污水，处理水量30 m3/d，回用于景观补水。 贵州省环保局、上海交通大学环境工程系 2001年4月 日本国环境省无偿援助的毛管渗滤土地处理技术示范项目。
北京“上海沙龙”住宅小区生活污水处理及回用工程 水源为20万m2小区的全部生活污水，处理水量1280 m3/d，回用于景观补水、绿化、洗车和路面洒水。剩余的出售。 北京绿叶环境技术发展中心 2003年7月 处理装置按建筑组团分为九块，大幅度地节约了小区污水管线投资，就地收集就地回用；装置埋深1.5米，装置上正常铺设小区的其他管线、道路、停车场甚至是篮球场，不影响土地的正常使用。本小区的剩余中水出售给市政绿化队；委托专业环保公司运行。
北京太伟运动休闲度假村生活污水处理及回用工程 水源为高尔夫球场会所和别墅小区的生活污水，处理水量400 m3/d，回用于景观补水和绿化。 北京绿叶环境技术发展中心 2003年9月 利用自然地形，合理规划设计，实现全部自流，无需任何提升，整个处理系统没有用电设备。实现污水“零排放”。
北京首创“百善别墅”小区生活污水处理及回用工程 水源为36万m2别墅小区的生活污水，一期工程处理水量40 m3/d，回用于景观补水和工地用水。 北京绿叶环境技术发展中心 2003年9月 中水处理工程与开发商的开发进度合理搭配，销售出一片别墅做一个处理装置，滚动进行。合理使用资金，减轻开发商的资金压力；同时做到完工一个处理装置，投入运行一个装置，无需等待至整个36万m2别墅小区完工和入住后才能投入运行。
4 、结语
毛管渗滤土地处理系统是一种利用了大自然的天然净化能力、处理分散排放污水的实用技术，特别适用于没有完善的城市污水管网系统居住小区的水处理排放和回用，具有建设费低、运行费低、操作简单、无污泥产生、无环境污染等优点。通过有关卫生学指标测试分析，毛管渗滤土地处理系统不会对公共健康造成影响，符合健康住区对水环境保护的要求。
参考文献：
1 孙玉林,王冠军,萧正辉,等。建筑中水设计规范（GB50336-2002）。北京：中国计划出版社,2003.5
2 张自杰,林荣忱,金儒霖。排水工程（下册）。第四版。北京：中国建筑工业出版社,2000,289-291
3张建,黄霞,施汉昌,等。地下渗滤系统在污水处理中的应用研究进展。环境污染治理技术与设备,2002.3（4）：47-48
4 顾启浩,开彦,刘东卫等。健康住宅建设技术要点（2002年修订版）
5 杨丽萍,田宁宁,褚富春。土壤毛管渗滤污水净化绿地利用研究。城市环境与城市生态，1999.12（3）：4-7
6 田宁宁,杨丽萍,彭应登。土壤毛细管渗滤处理生活污水。中国给水排水,2000,16（5）：12-15
7 陈绍军,宋万,刘月。地下渗滤中水回用技术的工艺设计。给水排水,1998,24（12）：32～34
8 杨星宇,彭润芝。地沟式土地处理技术净化污水的机理及其应用——以贵州省为例。贵州师范大学学报（自然科学版）,2002,20（3）：65-68
9张建,黄霞,刘超翔等。地下渗滤处理村镇生活污水的中试。环境科学,2002,23（6）：57-61
10国家环境保护局科技标准司。城市污水土地处理技术指南。北京：中国环境科学出版社,1997.12
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