第27卷第2期2002年3月
地球科学———中国地质大学学报
EarthScience"—"JOurnaIOfChinaUniversityOfGeOsciences
VOI.27Mar.
NO.22002
#############################################################
污水渗滤土地处理系统中
水力停留时间与出水效果的讨论
何江涛1，段光杰2，张金炳2，汤鸣皋2，钟佐!2
（1.中国矿业大学北京校区，北京100083；北京100083）2.中国地质大学水资源与环境工程系，
摘要：污水渗滤土地处理系统中，水力停留时间与出水效果之间的关系，直接涉及到系统的
大小与出水效果之间的关系.一般认为各污染组分的去除率与水力停留时间之间符合一级反应动力学方程.从微生物生长动力学角度出发，就此问题做了进一步讨论.结果表明，各污染组分的出水浓度与水力停留时间之间的关系严格地说，是一种类指数关系，它实际是一条直
不同系统的处理效率线和一条负指数曲线叠加而成，而并非纯指数关系.实际应用结果表明，
可以通过一级反应速率常数KT进行对比评价.提高系统的处理效率可以围绕反映系统净化
从提高系统内微生物活性的角度出发，以减小系统的占地及投资.能力的综合指数KT，
关键词：污水土地处理；水力停留时间；出水效果；一级反应动力学.中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1000-2383（2002）02-0203-06作者简介：何江涛（1974-），男，博士后，（北京）博士毕业，现主要从事2001年中国地质大学水污染与控制研究.E-maiI：[email protected]
（1）
题在构建湿地（cOnstructedwetIands）、砂滤系统（sand
Ce为某指标出水质量浓度，mg/L；CO为某指等污水渗滤土地处理系统中研究得最为式中：fiItertrench）
［114］mg/L；KT为一级反应速率常数，广泛.因为它直接涉及到系统的大小与出水效标进水质量浓度，果之间的关系.很明显，在达到同样的出水效果前提下，污水在系统中的水力停留时间越短，系统规模越小，占地及基建投资越少，效益就越高.国外学者早在20世纪90年代初，就对类似系统进行了大量研究，并总结出CODCr，BOD5，NH4+等一些污染组分的去除率与水力停留时间之间符合一级反应动力学方程，即（1）式，并将其作为构建湿地、砂滤、芦苇床等实.这个模型的得出，际是将整个系统视作一个“黑箱”，通过大量试验数据拟合得出.一级反应速率常数KT被认为是一个与温度有关的常数，它的意义并没有阐述清楚，在理论上缺乏进一步探讨.在此笔者将就这一问题做进一步探讨.
一些类似系统的设计准则
［1，2］
水力停留时间与出水效果之间的关系，这一问
Ce
=e-KTc，CO
d-1；c为系统水力停留时间，d.
1模型的建立
从污水土地处理系统的净化机制可以看出，系
统对各种污染组分净化功能的发挥，主要是靠微生物生长、繁殖、代谢等过程中产生的各种作用来完成.因此，水力停留时间与出水效果之间的关系这一问题的研究必须从微生物出发.
根据生化反应动力学，微生物细胞的增长符合
［5］莫诺特（MOnOd）关系式，即：
maxS.（2）=!KS+S式中：（d-1），即单位时间内!为微生物比增长速度单位质量微生物的增长量，若用X表示微生物浓；（mg/L）；S为基质的质量浓度Xdc
!max为在饱和浓度中的微生物最大比增长速度度，则!=
收稿日期：2001-10-28
基金项目：国家重点基础研究发展规划项目（G1999045706）；国家自然科学基金重点项目（NO.49832005）.
204
地球科学———中国地质大学学报第27卷
（c-l）；其值等于!=!max/2时的基KS为饱和常数，质浓度.
［5］
比降解速度（1）成正比，即：
对整个模型积分可得：
cX（7）.
10
又因为：（CS/CS），MS0=V0CS0，I=VR/V0，XS=l-0
VR=MS0
一般认为，微生物的比增长速度（!）和基质的
!
XS
XS
（3）!=Y1.
式中：或产率，即吸收利用单位Y.微生物生长常数，
质量的基质所形成的微生物增量.
所以式（7）又可以表示为：
I=CS0
!
cXS
=1
!
CSCS
cCS
.1
（8）
在最大比增长速度下，当!max=Y1max时，将其与公式（3）代入（2），得基质比降解速度如下：
1=1maxS
K（S+S.
4
）XcI；1max
为基质最大比降解速度（c-l）；KS为饱和常数，其值等于1=1max/2时的基质质量浓度.
有了上述基础，在对污水渗滤土地处理系统研究时，我们假设污水在系统中以平稳、等速、不受干扰的方式下渗，其流动模型符合活塞流动模型基本假设.由于前述基质比降解速度方程是单一底物、无抑制条件下导出的，因此也假设系统内为单一组分影响及无抑制作用，且系统内微生物为固定附着在载体上，不随污水流动.
根据上述假设，由于活塞流动模型内的参数均不随时间变化，但却沿着模型轴向位置而变.因此只能取一微分体积做其物料衡算.在等温条件下，其组成沿物料流动方向而变化，现取长度为cl，体积为
cVR的任一微元体积做物料衡算（图l）［7］
.
稳态下，对反应组分做衡算.输入量=输出量+反应量，MS=MS+cMS+cVR1，（5）
故有-cMS=cVR1.
因为MS=-MS（0l-XS），所以
cMS=-MS0cXS=-cVR1.
（6）上述各式中MS0
，V0，CS0为单位时间输入组分S的质量、体积和浓度，CS，XS为模型出口处组分S的浓度和其转化率，VR为模型的体积，I为组分S在模型内的停留时间，1为基质消耗速率.将基质比降解速度方程（4）代入（8）积分可得：
1（CCS0
maxI=S0
-CS）+KSlnC（S
.
9）此式即为水力停留时间与出水浓度之间的关系方程，以此我们可以做进一步讨论.
2讨论
从（9）式可以看出：当CS>>KS时，1"1max，此时（9）式可化为：
I=
1max
CS0
CcCS
，
S
积分得：1maxI=CS0-CS.
（l0）
（l0）式说明，基质出水浓度与水力停留时间是线性关系.这种情况实际上是基质浓度远远大于基质的饱和常数，它不会成为限制微生物增长的因素.此时营养物质十分丰富，微生物比增长速度和基质比降解速度已经达到最大值，并且不会再随基质浓度的增加而增大.
当CS
K，此时（9）式可化S
为：I=
!
CS0
KcCCS
1・maxCS
.积分得：1CS0maxI=KSln
C，
（ll）S
CS1C（S=e-max
IS.
l2）
（l2）
式表明，基质出水浓度与水力停留时间是负指数关系，它和前面提到的一级反应动力学方程模式是一样的.这种情况实际上是基质浓度远远小于基质的饱和常数，微生物的比增长速度和基质的比降解速度都随基质浓度的增加呈线性关系增长.当进水基质浓度恒定时，出水基质浓度则随水力停
第2期何江涛等：污水渗滤土地处理系统中水力停留时间与出水效果的讨论
205
1=e-tS计算得出的方程并不相同.
虽
然它们还是比实际方程有所夸大，但是更接近于实际曲线，这说明KS与1max的变化也会影响拟合程度的高低.尽管如此，KS，1max对曲线变化趋势的影响
还是和方程CSCS=e-1max
tS一致的，即：1max越大，KS越
0小，KT值越大，
曲线越靠近坐标轴，基质浓度下降也越快.因此笔者认为，单纯利用1
maxK值对不同系统进
S
行定性对比，评价系统净化能力的高低还是完全可以的.
需要指出的是，（9）式的推导是在理想条件下，单纯考虑微生物的作用得出的.实际运行的系统并非如此，对各污染组分的去除还包括过滤、吸附等其他作用.这些作用的发挥将进一步增强系统的净化能力.但是否可以用一级反应动力学方程完全替代方程（9）式.笔者认为应视具体情况，综合考虑基质浓度、基质饱和常数、最大比降解速度等对拟合程度
206
地球科学———中国地质大学学报
表!
第27卷
的影响.如果一味地套用一级反应动力学方程，结果
很可能是计算出的KT值偏高，所需水力停留时间偏小，尤其是在高浓度有机废水处理时必须注意这一点.对于一般浓度不是很高的生活污水，是否可以用一级反应动力学方程替代，误差有多大，由于缺少
目前还很难作出准确的回答.KS，1max的有关数据，
不管怎样，（9）式的变化趋势与一级反应动力学方程是一致的.因此，国际上目前比较通用的做法，还是采用一级反应动力学方程，通过一级反应速率常数
评价系统的优劣的.KT来反映整个系统的处理效率，
国外一些构建湿地系统及本试验的一级反应速率常数对比
Tabie1Comparisonofthefirstorderrateconstantsofsomeforeign
constructedwetiandsandthisexperiment
系统类型潜流湿地（SF）SF分批流
SF无植物SF连续流构建湿地（CW）构建湿地（CW）潜流湿地（SF）潜流湿地（SF）潜流湿地（SF）
研究组分BOD5BOD5BOD5BOD5NNH4+
CODCrTNTPCODCr
KT/d-11.1040.6782.92.85.00.2180.0860.4970.110.060.2812.86416.3974.5445.040
涿州试验
［14］
Wittgren等［12］
Gaie等
［13］
Kemp等［10］
Burgoon等
研究者
［9］
Reed等
表面流湿地（FWS）BOD5
3实例说明
为了便于与他人资料对比，在对涿州野外人工
构建快速渗滤系统（constructedrapidinfiitrationsys-简称CRI系统，它也是污水渗滤土地处理系统tem，的一种）现场工程试验结果拟合计算中，仍采用一级反应动力学方程进行.
涿州试验结果表明CRI系统在水力负荷提高到
约为一般RI系统最大水力负2.943m/d的情况下，
荷的8.3倍，仍能得到比较好的去除效果.CODCr，BOD5去除率分别为70%90%，70%80%.TN，NH4+的去除率分别为70%95%，80%95%.通过计算污水在系统中的总滞留时间约为3.38d，从进水到出水共设5个取样孔，污水到达各取样孔的水力留时间分别为0.07，0.11，0.42，1.81，3.38d.通过计算拟合得出不同污染组分的一级反应动力学方程，以及一级反应速率常数，如下：CODCr：Ce=e-12.864z，C0=63.644，R2=0.9351，
KT=12.864.Ce=e-16.397z，C0=28.086，R2=0.927，BOD5：
KT=16.397.Ce=e-4.544z，C0=9.723，R2=0.9812，TN：
KT=4.544.
Ce=e-5.040z，C0=12.681，R2=0.9645，NH4+：
人工构建快速渗滤BOD5
系统（CRI）TN
NH4+
在国外大多数文献中，人们总是将一级反应速率常数KT看成一个与温度有关的常数.笔者认为这是片面的，应当说它是反映系统处理能力总和的一个综合指数.由于系统内主要净化功能是靠微生物来完成，所以微生物活性大小对于综合指数的影1max
近KS
似，而1max，KS的大小均与微生物的种类活性有关.
笔CRI系统之所以比构建湿地等系统处理能力高，响很大.从前面的讨论可以看出KT可以用者认为主要在于CRI系统在系统复氧方面采取了措施，加强了系统的复氧，从而使微生物的活性大大提高，加快了有机物的好氧微生物降解以及氨氮的硝化作用进行.同时，CRI系统还加大了系统的厌氧带，以保证反硝化作用比较顺利彻底地进行.根据水力停留时间CRI系统的经验告诉我们，
与出水效果之间的关系，可以围绕反映系统净化能
KT=5.040.
依据污水渗滤处理系统的设计原力的综合指数KT，
其中：其余各符号意义同前.R2.相关系数，
从提高系统内微生物活性的角度出发，来提高系从上述拟合计算结果及国外一些学者的研究数则，
从而减小系统的占地及投资.据（表1）可以看出，CRI系统的KT值要比国外类似统的处理效率，
系统的KT值要高出一个数量级.这说明在相同的原水水质、水量条件下，并且达到同样的出水水质要4结论求，CRI系统需要的水力停留时间要远小于其他系统，从而系统的规模及占地也要小得多.同样，也说
污水渗滤土地处理系统中，各污染组分的出水
明了CRI系统的污染组分去除能力要远远高于地下
是一种渗滤（subsurfacefiow，简称SF）、地表渗流（freewater浓度与水力停留时间之间的关系严格地说，
它实际是一条直线和一条负指数曲线简称FWS）等构建湿地系统.此即通过KT值类指数关系，surface，
对比评价系统效率的意义所在.叠加而成，而并非纯指数关系.是否可以用一级反应
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动力学方程近似替代，应视具体情况综合考虑基质浓度、基质饱和常数、最大比降解速度等对拟合程度的影响.不同系统的处理效率可以通过一级反应速率常数!"进行对比、评价.提高系统的处理效率可
以围绕反映系统净化能力的综合指数!"，从提高系统内微生物活性的角度出发，以减小系统的占地及投资.参考文献：
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DiscussiononHydraulicLoadingandEffluentEffect
inWastewaterInfiltrationlandTreatingSystems
HEJiang-tao1，DUANGuang-jie2，ZHANGJin-bing2，TANGMing-gao2，ZHONGZuo-shen2
（1.ChinaUniuersityofMiningandTechnology，Beijing100083，China；2.DepartmentofWaterResourcesandEn-uironmentalEngineering，ChinaUniuersityofGeosciences，Beijing100083，China）
Abstract：Inthewastewaterinfiitrationiandtreatingsystems，thereiationbetweenhydrauiicresidencetimeandeffectsofeffiuentisdirectiyassociatedwiththereiationbetweensystemscaieandeffectsofeffiuent.Thereiationbe-tweenpoiiutants’removaisandhydrauiicresidencetimefoiiowingfirstorderdynamiceguationiscommoniyaccepted.Thispaperfurtherdiscussesthisguestionfromthepointofmicroorganismincreasingdynamics.Resuitsshowthat，strictiyspeaking，thereiationbetweenconcentrationsofdifferentpoiiutantsineffiuentandhydrauiicresidencetimeisananaiogousexponentiaireiation，butactuaiiy，itscurveshowsasuperpositionofastraightiineandanegativeexpo-nentiaicurve，butnotapurenegativeexponentiaicurve.Appiicationresuitsverifythat，treatingefficiencyofdifferentsystemscanbecomparedandevaiuatedbythefirstorderrateconstants，KT.Toimprovethetreatingefficiencyandre-ducetheiandusingandinvestment，wecanadoptmeasurestoimprovetheactivitiesofmicroorganismsaroundthefirstorderrateconstants，KT，integratedindexesrefiectingthepurifyingcapabiiityofdifferentsystems.
Keywords：wastewateriandtreatment；hydrauiicresidencetime；effectofeffiuent；firstorderdynamics.!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!（上接134页）
-向四周推移有所减Ci-，Na+和SO24含量有所增加，
中供水，使抽水与用水达到达到其自然动态平衡，这既可达到节水的目的，还可使热水资源达到保护的目的，使奇村热水资源为国民经济可持续发展服务，造福人民.可考虑适当提高水资源补偿费，用市场经济的运作规律，在人民承受能力允许的前提下，提高水价，用经济杠杆实现节约用水的目的（封闭农.2）灌热水井.地热田内现有农灌热水井4眼，年开采量近30万m3.因目前的开采量已处于临界状态，已有
少，HCO3-含量由中心向外围逐渐加大.这种水化学
成分的变化，直接影响着奇村地热田的开发利用.
奇村地热田自发现至今已有30年，由于多年的无序开采，热田内地下水开采量不断增加，而地下水的补给源相对减少，冷水大量混入，使地下热水水温下降，同时地热田面积也由原来的2.Skm2减至2.18
必须停止农灌热水井的开采，这样既它带来的不良后果使人们逐渐感到开发地热资部分冷水混入，km2，
又可消除灌源的同时保护的重要性.为此，本文提出以下对策：可保证浴疗热水的温度与质量的要求，
（1）建立地热水资源保护带，统一管理，节约用水.根溉热水引起的土地环境污染.同时建议在地热田外据热田的分布范围和地下水的开采现状，圈定奇村热水资源保护带.在地热田保护带范围内出台政府政策，严禁在保护带内未经审批施凿新井，并且能用水资源统一管理的方法，把地热田内的热井统一管理起来，建立一套优化管理机制，采取集中开采，集
围补打几眼冷水井，解决当地农灌问题，但要控制井深，不能超过S0m，避免农灌井大量开采引起地下水位下降，而影响热水资源（热水回灌.这样可延长.3）地热田的使用寿命.回灌时必须将热废水中的有害物质进行净化处理，然后将热水回灌到基岩顶面第一孔隙含水层中.
污水渗滤土地处理系统中水力停留时间与出水效果的讨论
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
何江涛， 段光杰， 张金炳， 汤鸣皋， 钟佐燊
何江涛(中国矿业大学北京校区,北京,100083)， 段光杰,张金炳,汤鸣皋,钟佐燊(中国地质大学水资源与环境工程系,北京,100083)
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本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dqkx200202016.aspx
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水力停留时间与出水效果的讨论
何江涛1，段光杰2，张金炳2，汤鸣皋2，钟佐!2
（1.中国矿业大学北京校区，北京100083；北京100083）2.中国地质大学水资源与环境工程系，
摘要：污水渗滤土地处理系统中，水力停留时间与出水效果之间的关系，直接涉及到系统的
大小与出水效果之间的关系.一般认为各污染组分的去除率与水力停留时间之间符合一级反应动力学方程.从微生物生长动力学角度出发，就此问题做了进一步讨论.结果表明，各污染组分的出水浓度与水力停留时间之间的关系严格地说，是一种类指数关系，它实际是一条直
不同系统的处理效率线和一条负指数曲线叠加而成，而并非纯指数关系.实际应用结果表明，
可以通过一级反应速率常数KT进行对比评价.提高系统的处理效率可以围绕反映系统净化
从提高系统内微生物活性的角度出发，以减小系统的占地及投资.能力的综合指数KT，
关键词：污水土地处理；水力停留时间；出水效果；一级反应动力学.中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1000-2383（2002）02-0203-06作者简介：何江涛（1974-），男，博士后，（北京）博士毕业，现主要从事2001年中国地质大学水污染与控制研究.E-maiI：[email protected]
（1）
题在构建湿地（cOnstructedwetIands）、砂滤系统（sand
Ce为某指标出水质量浓度，mg/L；CO为某指等污水渗滤土地处理系统中研究得最为式中：fiItertrench）
［114］mg/L；KT为一级反应速率常数，广泛.因为它直接涉及到系统的大小与出水效标进水质量浓度，果之间的关系.很明显，在达到同样的出水效果前提下，污水在系统中的水力停留时间越短，系统规模越小，占地及基建投资越少，效益就越高.国外学者早在20世纪90年代初，就对类似系统进行了大量研究，并总结出CODCr，BOD5，NH4+等一些污染组分的去除率与水力停留时间之间符合一级反应动力学方程，即（1）式，并将其作为构建湿地、砂滤、芦苇床等实.这个模型的得出，际是将整个系统视作一个“黑箱”，通过大量试验数据拟合得出.一级反应速率常数KT被认为是一个与温度有关的常数，它的意义并没有阐述清楚，在理论上缺乏进一步探讨.在此笔者将就这一问题做进一步探讨.
一些类似系统的设计准则
［1，2］
水力停留时间与出水效果之间的关系，这一问
Ce
=e-KTc，CO
d-1；c为系统水力停留时间，d.
1模型的建立
从污水土地处理系统的净化机制可以看出，系
统对各种污染组分净化功能的发挥，主要是靠微生物生长、繁殖、代谢等过程中产生的各种作用来完成.因此，水力停留时间与出水效果之间的关系这一问题的研究必须从微生物出发.
根据生化反应动力学，微生物细胞的增长符合
［5］莫诺特（MOnOd）关系式，即：
maxS.（2）=!KS+S式中：（d-1），即单位时间内!为微生物比增长速度单位质量微生物的增长量，若用X表示微生物浓；（mg/L）；S为基质的质量浓度Xdc
!max为在饱和浓度中的微生物最大比增长速度度，则!=
收稿日期：2001-10-28
基金项目：国家重点基础研究发展规划项目（G1999045706）；国家自然科学基金重点项目（NO.49832005）.
204
地球科学———中国地质大学学报第27卷
（c-l）；其值等于!=!max/2时的基KS为饱和常数，质浓度.
［5］
比降解速度（1）成正比，即：
对整个模型积分可得：
cX（7）.
10
又因为：（CS/CS），MS0=V0CS0，I=VR/V0，XS=l-0
VR=MS0
一般认为，微生物的比增长速度（!）和基质的
!
XS
XS
（3）!=Y1.
式中：或产率，即吸收利用单位Y.微生物生长常数，
质量的基质所形成的微生物增量.
所以式（7）又可以表示为：
I=CS0
!
cXS
=1
!
CSCS
cCS
.1
（8）
在最大比增长速度下，当!max=Y1max时，将其与公式（3）代入（2），得基质比降解速度如下：
1=1maxS
K（S+S.
4
）XcI；1max
为基质最大比降解速度（c-l）；KS为饱和常数，其值等于1=1max/2时的基质质量浓度.
有了上述基础，在对污水渗滤土地处理系统研究时，我们假设污水在系统中以平稳、等速、不受干扰的方式下渗，其流动模型符合活塞流动模型基本假设.由于前述基质比降解速度方程是单一底物、无抑制条件下导出的，因此也假设系统内为单一组分影响及无抑制作用，且系统内微生物为固定附着在载体上，不随污水流动.
根据上述假设，由于活塞流动模型内的参数均不随时间变化，但却沿着模型轴向位置而变.因此只能取一微分体积做其物料衡算.在等温条件下，其组成沿物料流动方向而变化，现取长度为cl，体积为
cVR的任一微元体积做物料衡算（图l）［7］
.
稳态下，对反应组分做衡算.输入量=输出量+反应量，MS=MS+cMS+cVR1，（5）
故有-cMS=cVR1.
因为MS=-MS（0l-XS），所以
cMS=-MS0cXS=-cVR1.
（6）上述各式中MS0
，V0，CS0为单位时间输入组分S的质量、体积和浓度，CS，XS为模型出口处组分S的浓度和其转化率，VR为模型的体积，I为组分S在模型内的停留时间，1为基质消耗速率.将基质比降解速度方程（4）代入（8）积分可得：
1（CCS0
maxI=S0
-CS）+KSlnC（S
.
9）此式即为水力停留时间与出水浓度之间的关系方程，以此我们可以做进一步讨论.
2讨论
从（9）式可以看出：当CS>>KS时，1"1max，此时（9）式可化为：
I=
1max
CS0
CcCS
，
S
积分得：1maxI=CS0-CS.
（l0）
（l0）式说明，基质出水浓度与水力停留时间是线性关系.这种情况实际上是基质浓度远远大于基质的饱和常数，它不会成为限制微生物增长的因素.此时营养物质十分丰富，微生物比增长速度和基质比降解速度已经达到最大值，并且不会再随基质浓度的增加而增大.
当CS
K，此时（9）式可化S
为：I=
!
CS0
KcCCS
1・maxCS
.积分得：1CS0maxI=KSln
C，
（ll）S
CS1C（S=e-max
IS.
l2）
（l2）
式表明，基质出水浓度与水力停留时间是负指数关系，它和前面提到的一级反应动力学方程模式是一样的.这种情况实际上是基质浓度远远小于基质的饱和常数，微生物的比增长速度和基质的比降解速度都随基质浓度的增加呈线性关系增长.当进水基质浓度恒定时，出水基质浓度则随水力停
第2期何江涛等：污水渗滤土地处理系统中水力停留时间与出水效果的讨论
205
1=e-tS计算得出的方程并不相同.
虽
然它们还是比实际方程有所夸大，但是更接近于实际曲线，这说明KS与1max的变化也会影响拟合程度的高低.尽管如此，KS，1max对曲线变化趋势的影响
还是和方程CSCS=e-1max
tS一致的，即：1max越大，KS越
0小，KT值越大，
曲线越靠近坐标轴，基质浓度下降也越快.因此笔者认为，单纯利用1
maxK值对不同系统进
S
行定性对比，评价系统净化能力的高低还是完全可以的.
需要指出的是，（9）式的推导是在理想条件下，单纯考虑微生物的作用得出的.实际运行的系统并非如此，对各污染组分的去除还包括过滤、吸附等其他作用.这些作用的发挥将进一步增强系统的净化能力.但是否可以用一级反应动力学方程完全替代方程（9）式.笔者认为应视具体情况，综合考虑基质浓度、基质饱和常数、最大比降解速度等对拟合程度
206
地球科学———中国地质大学学报
表!
第27卷
的影响.如果一味地套用一级反应动力学方程，结果
很可能是计算出的KT值偏高，所需水力停留时间偏小，尤其是在高浓度有机废水处理时必须注意这一点.对于一般浓度不是很高的生活污水，是否可以用一级反应动力学方程替代，误差有多大，由于缺少
目前还很难作出准确的回答.KS，1max的有关数据，
不管怎样，（9）式的变化趋势与一级反应动力学方程是一致的.因此，国际上目前比较通用的做法，还是采用一级反应动力学方程，通过一级反应速率常数
评价系统的优劣的.KT来反映整个系统的处理效率，
国外一些构建湿地系统及本试验的一级反应速率常数对比
Tabie1Comparisonofthefirstorderrateconstantsofsomeforeign
constructedwetiandsandthisexperiment
系统类型潜流湿地（SF）SF分批流
SF无植物SF连续流构建湿地（CW）构建湿地（CW）潜流湿地（SF）潜流湿地（SF）潜流湿地（SF）
研究组分BOD5BOD5BOD5BOD5NNH4+
CODCrTNTPCODCr
KT/d-11.1040.6782.92.85.00.2180.0860.4970.110.060.2812.86416.3974.5445.040
涿州试验
［14］
Wittgren等［12］
Gaie等
［13］
Kemp等［10］
Burgoon等
研究者
［9］
Reed等
表面流湿地（FWS）BOD5
3实例说明
为了便于与他人资料对比，在对涿州野外人工
构建快速渗滤系统（constructedrapidinfiitrationsys-简称CRI系统，它也是污水渗滤土地处理系统tem，的一种）现场工程试验结果拟合计算中，仍采用一级反应动力学方程进行.
涿州试验结果表明CRI系统在水力负荷提高到
约为一般RI系统最大水力负2.943m/d的情况下，
荷的8.3倍，仍能得到比较好的去除效果.CODCr，BOD5去除率分别为70%90%，70%80%.TN，NH4+的去除率分别为70%95%，80%95%.通过计算污水在系统中的总滞留时间约为3.38d，从进水到出水共设5个取样孔，污水到达各取样孔的水力留时间分别为0.07，0.11，0.42，1.81，3.38d.通过计算拟合得出不同污染组分的一级反应动力学方程，以及一级反应速率常数，如下：CODCr：Ce=e-12.864z，C0=63.644，R2=0.9351，
KT=12.864.Ce=e-16.397z，C0=28.086，R2=0.927，BOD5：
KT=16.397.Ce=e-4.544z，C0=9.723，R2=0.9812，TN：
KT=4.544.
Ce=e-5.040z，C0=12.681，R2=0.9645，NH4+：
人工构建快速渗滤BOD5
系统（CRI）TN
NH4+
在国外大多数文献中，人们总是将一级反应速率常数KT看成一个与温度有关的常数.笔者认为这是片面的，应当说它是反映系统处理能力总和的一个综合指数.由于系统内主要净化功能是靠微生物来完成，所以微生物活性大小对于综合指数的影1max
近KS
似，而1max，KS的大小均与微生物的种类活性有关.
笔CRI系统之所以比构建湿地等系统处理能力高，响很大.从前面的讨论可以看出KT可以用者认为主要在于CRI系统在系统复氧方面采取了措施，加强了系统的复氧，从而使微生物的活性大大提高，加快了有机物的好氧微生物降解以及氨氮的硝化作用进行.同时，CRI系统还加大了系统的厌氧带，以保证反硝化作用比较顺利彻底地进行.根据水力停留时间CRI系统的经验告诉我们，
与出水效果之间的关系，可以围绕反映系统净化能
KT=5.040.
依据污水渗滤处理系统的设计原力的综合指数KT，
其中：其余各符号意义同前.R2.相关系数，
从提高系统内微生物活性的角度出发，来提高系从上述拟合计算结果及国外一些学者的研究数则，
从而减小系统的占地及投资.据（表1）可以看出，CRI系统的KT值要比国外类似统的处理效率，
系统的KT值要高出一个数量级.这说明在相同的原水水质、水量条件下，并且达到同样的出水水质要4结论求，CRI系统需要的水力停留时间要远小于其他系统，从而系统的规模及占地也要小得多.同样，也说
污水渗滤土地处理系统中，各污染组分的出水
明了CRI系统的污染组分去除能力要远远高于地下
是一种渗滤（subsurfacefiow，简称SF）、地表渗流（freewater浓度与水力停留时间之间的关系严格地说，
它实际是一条直线和一条负指数曲线简称FWS）等构建湿地系统.此即通过KT值类指数关系，surface，
对比评价系统效率的意义所在.叠加而成，而并非纯指数关系.是否可以用一级反应
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207
动力学方程近似替代，应视具体情况综合考虑基质浓度、基质饱和常数、最大比降解速度等对拟合程度的影响.不同系统的处理效率可以通过一级反应速率常数!"进行对比、评价.提高系统的处理效率可
以围绕反映系统净化能力的综合指数!"，从提高系统内微生物活性的角度出发，以减小系统的占地及投资.参考文献：
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208
地球科学———中国地质大学学报第27卷
DiscussiononHydraulicLoadingandEffluentEffect
inWastewaterInfiltrationlandTreatingSystems
HEJiang-tao1，DUANGuang-jie2，ZHANGJin-bing2，TANGMing-gao2，ZHONGZuo-shen2
（1.ChinaUniuersityofMiningandTechnology，Beijing100083，China；2.DepartmentofWaterResourcesandEn-uironmentalEngineering，ChinaUniuersityofGeosciences，Beijing100083，China）
Abstract：Inthewastewaterinfiitrationiandtreatingsystems，thereiationbetweenhydrauiicresidencetimeandeffectsofeffiuentisdirectiyassociatedwiththereiationbetweensystemscaieandeffectsofeffiuent.Thereiationbe-tweenpoiiutants’removaisandhydrauiicresidencetimefoiiowingfirstorderdynamiceguationiscommoniyaccepted.Thispaperfurtherdiscussesthisguestionfromthepointofmicroorganismincreasingdynamics.Resuitsshowthat，strictiyspeaking，thereiationbetweenconcentrationsofdifferentpoiiutantsineffiuentandhydrauiicresidencetimeisananaiogousexponentiaireiation，butactuaiiy，itscurveshowsasuperpositionofastraightiineandanegativeexpo-nentiaicurve，butnotapurenegativeexponentiaicurve.Appiicationresuitsverifythat，treatingefficiencyofdifferentsystemscanbecomparedandevaiuatedbythefirstorderrateconstants，KT.Toimprovethetreatingefficiencyandre-ducetheiandusingandinvestment，wecanadoptmeasurestoimprovetheactivitiesofmicroorganismsaroundthefirstorderrateconstants，KT，integratedindexesrefiectingthepurifyingcapabiiityofdifferentsystems.
Keywords：wastewateriandtreatment；hydrauiicresidencetime；effectofeffiuent；firstorderdynamics.!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!（上接134页）
-向四周推移有所减Ci-，Na+和SO24含量有所增加，
中供水，使抽水与用水达到达到其自然动态平衡，这既可达到节水的目的，还可使热水资源达到保护的目的，使奇村热水资源为国民经济可持续发展服务，造福人民.可考虑适当提高水资源补偿费，用市场经济的运作规律，在人民承受能力允许的前提下，提高水价，用经济杠杆实现节约用水的目的（封闭农.2）灌热水井.地热田内现有农灌热水井4眼，年开采量近30万m3.因目前的开采量已处于临界状态，已有
少，HCO3-含量由中心向外围逐渐加大.这种水化学
成分的变化，直接影响着奇村地热田的开发利用.
奇村地热田自发现至今已有30年，由于多年的无序开采，热田内地下水开采量不断增加，而地下水的补给源相对减少，冷水大量混入，使地下热水水温下降，同时地热田面积也由原来的2.Skm2减至2.18
必须停止农灌热水井的开采，这样既它带来的不良后果使人们逐渐感到开发地热资部分冷水混入，km2，
又可消除灌源的同时保护的重要性.为此，本文提出以下对策：可保证浴疗热水的温度与质量的要求，
（1）建立地热水资源保护带，统一管理，节约用水.根溉热水引起的土地环境污染.同时建议在地热田外据热田的分布范围和地下水的开采现状，圈定奇村热水资源保护带.在地热田保护带范围内出台政府政策，严禁在保护带内未经审批施凿新井，并且能用水资源统一管理的方法，把地热田内的热井统一管理起来，建立一套优化管理机制，采取集中开采，集
围补打几眼冷水井，解决当地农灌问题，但要控制井深，不能超过S0m，避免农灌井大量开采引起地下水位下降，而影响热水资源（热水回灌.这样可延长.3）地热田的使用寿命.回灌时必须将热废水中的有害物质进行净化处理，然后将热水回灌到基岩顶面第一孔隙含水层中.
污水渗滤土地处理系统中水力停留时间与出水效果的讨论
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
何江涛， 段光杰， 张金炳， 汤鸣皋， 钟佐燊
何江涛(中国矿业大学北京校区,北京,100083)， 段光杰,张金炳,汤鸣皋,钟佐燊(中国地质大学水资源与环境工程系,北京,100083)
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