基于原地土壤的分散式厕所污水无动力脱氮装置与参数优化研究文献综述

1.课题研究的现状及发展趋势：

1.1 氮素污染物在土壤介质中的迁移转化过程

氮素在土壤中的迁移转化过程是一个复杂的综合过程^[1,2]。土壤作为土壤-微生物生态系统组成的基质，对污水氮素起着物质截留、化学沉淀、吸附、氧化还原、络合及离子交换等作用，同时为土壤微生物提供了必要的生存环境条件^[3-5]。土壤由固、液、气和生物多相构成^[6]，伴随着矿化、硝化、反硝化、吸附-解吸和厌氧氨氧化等生物化学作用及非生物化学作用，物质的迁移转化极为活跃，具有较强的净化功能。直排入原地土壤中的化粪池出水，经过土壤的净化作用能够实现一定含量氮素的去除^[3,7]。

由于氮循环涉及过程的多样，土壤脱氮作用十分复杂。如在复氧条件良好的表层土壤更容易发生强烈的硝化作用^[8]，能对NH₄ -N高效去除，但是对TN的去除效果不明显，硝化产物NO₃^--N游离性较强，相比易被土壤有机-无机复合胶体吸附的NH₄ -N，更容易淋洗渗入地下水中，进而造成水体富营养化^[9]；而在间隙水等因素的作用下，部分土壤复氧能力相对较低，易形成厌氧-缺氧环境，在可利用碳源、硫源充足的情况下，反硝化、厌氧氨氧化等作用得到增强，使得土壤脱氮能力大大增加，部分氮素以气体的形式从土壤中脱除出去，进入大气氮库^[10-12]。针对农村化粪池污水的研究还发现^[13]，农村化粪池排口处原地土壤氮素转化率存在显著的季节性差异，冬季土壤中NH₄ -N稳定蓄积。但是化粪池出水氮素在原地土壤中的迁移转化过程尚不清晰。可见，对原地土壤对化粪池出水氮素的迁移转化影响还缺乏系统的研究。

1.2 土壤系统作为人工脱氮调控手段已被广泛运用

由固、液、气和生物多相构成的土壤系统，伴随着矿化、硝化、反硝化、吸附和厌氧氨氧化等生物化学作用及非生物化学作用，物质的迁移转化极为活跃，具有较强的净化功能，其已在国内外的农村生活污水处理实践中被广泛运用^[14-16]。研究发现，污染负荷^[17]、土壤介质^[18,19]、温度^[20]等因素对土壤系统的脱氮效果影响显著。此外，通过将土壤系统与人工湿地、生物滤池等相结合，可进一步提升脱氮效率。

单独针对农村化粪池污水，也有利用土壤系统进行处理的相关研究^[21]，主流的技术包括渗滤坑式、渗滤沟式、渗滤腔式渗滤方式，其原理大致相同，均是在砾石堆内设布水管、周边包裹浮土的方式构建人工土壤渗滤系统处理农户化粪池集中出水。砾石堆内部多为厌氧环境，以NH₄ -N为主的化粪池出水^[22,23]进入砾石堆后硝化过程受到抑制^[24]，NH₄ -N吸附现象较为明显；当污水渗入氧化条件较好浮土层后，硝化作用逐步强烈，开始将NH₄ -N转化为NO₃^--N，其硝化速率受溶氧状况密切影响，在复氧良好的条件下，硝化过程往往在浮土层0.5m厚度范围之内即已完成^[25]；系统由于缺乏反硝化厌氧脱氮环境， NO₃^--N在系统内逐步累积并渗入地下水。

由于长期连续进水且污水浓度负荷过高，上述人工土壤渗滤系统常常发生堵塞^[26]。有研究人员就运行效率情况做过统计，发现大部分系统运行2个月渗透速率即显著下降，10个月渗透速率接近于零^[27]，1年失效率最高达到72%^[28]，但在农村分散式化粪池原地土壤这一现象并不存在。由于分散式化粪池污水量较小，长期间断、渗透出水，与人工土壤渗滤系统污水连续高负荷排入系统不同，分散式化粪池污水为间歇性低负荷排水，这导致原地土壤生境与人工土壤渗滤系统存在显著差异，且其质地结构也大相径庭，因而其氮排放特征及由此带来的后续沿程脱氮干预措施也不尽相同，而目前还鲜见利用分散式化粪池污水氮素污染物在原地土壤中的污水脱氮特性的相关研究。

2.课题研究的意义和价值：