人工湿地在山区农村生活污水处理中的应用与工程设计.pdf

人工湿地在山区农村生活污水处理中的应用与工程设计 白振光陈现明 中国船舶重工集团公司第七一八研究所，河北 邯郸 056027 摘要 湖北某山区农村生活污水成分简单、 污染物浓度低， 根据当地地势及生态环境， 适于采用人工湿地结合厌氧和跌 水接触氧化的复合处理工艺。通过改造原有池塘、 利用自然斜坡优化设计了厌氧池、 跌水接触氧化池和潜流人工湿 地， 出水水质优于 GB 189182002 城镇污水处理厂污染物排放标准 一级 B 类排放标准。运行结果表明 人工湿地 组合工艺处理效率高， 投资少， 运行维护简单， 可作为山区农村生活污水处理的重要方法。 关键词 潜流人工湿地; 农村生活污水; 污水处理 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201401004 APPLICATION AND PＲOJECT DESIGN OF CONSTＲUCTED WETLAND SYSTEM IN ＲUＲAL DOMESTIC SEWAGE TＲEATMENT Bai ZhenguangChen Xianming The 718 Ｒesearch Institute of CSIC， Handan 056027， China AbstractA combined process involving anaerobic， waterfall aeration contact oxidation and constructed subsurface flow wetland system was suitable for treatment of a mountain area rural domestic sewage characterized by simple composition and low pollutant concentration， according to local terrain and ecological environment． The anaerobic pool，waterfall aeration contact oxidation tank and constructed subsurface flow wetland were optimizationally designed by transing the original pond and using the natural slope． The effluent quality was better than the level B discharge standard demand of“Discharge Standard of Pollutants for Municipal Wastewater Treatment Plant” GB 189182002 ． The operation results showed that the combined process has high treatment efficiency， low investment， simple operation and maintenance， which can be an important option for rural domestic sewage treatment． Keywordsconstructed subsurface flow wetland;rural domestic sewage;sewage treatment 收稿日期 2013 －02 －24 0引言 人工湿地法是 20 世纪 70 年代发展起来的一种 污水自然净化技术， 在欧洲也称为根区法。该技术 以植物、 土壤及微生物的自然生态系统为基础， 加 以人工改造及控制， 实现污水的无害化、 资源化及 再生利用［1］。其处理废水效果稳定可靠， 基建投资 费用低， 能耗省、 运行费用低， 尤其适用于农村等污 染物成分简单， 污染物浓度低的场合［2］。HJ 574 2010农村生活污染控制技术规范 中指出， 人工湿 地技术作为农村污水处理工艺， 不仅可以提供清洁 的补充水源， 还能兼顾经济效益、 生态效益和社会 效益的统一， 具有极大的推广应用价值和广泛的应 用前景［3］。 1工程概况 工程所在地为湖北， 属农村环境连片整治工 程 ［4 ］。整治中重视绿化， 突出人与环境和谐发展为 主题。为节约用水， 处理后的水尽量回用。相对于城 市污水， 该农村生活污水主要污染物为有机物， N、 P 含量较低， 不含重金属等有毒物质。不同时段的水质 略有不同， 结合不同季节测定生活污水的污染物含 量， 其平均水质情况见表 1， 污水产生量为 120 m3/d。 出水水质应满足 GB 189182002城镇污水处理厂 污染物排放标准 的一级 B 标准。 2处理工艺选择 待处理生活污水 ρ BOD5 /ρ COD＞0. 3， 生化 41 环境工程 Environmental Engineering 表 1湖北某山区农村生活污水水质 Table 1Ｒural domestic sewage water quality of a mountainous country in Hubeimg/L 污染物ρ CODρ BOD5ρ SSρ NH3- N 浓度300 ～450150 ～250150 ～25025 ～35 执行标准6020208 15 性较好， 适宜采用生化处理工艺。根据当地山区地形 的实际情况， 选择 “人工格栅 厌氧池 自流跌水接 触氧化 潜流人工湿地 消毒” 工艺。其主要工艺 流程见图 1。 图 1工艺流程示意 Fig．1Schematic diagram of process flow 工程设计时充分利用原有的陡坡地势。工程所 在地具有自然坡度， 利用自然斜坡收集沟渠汇集的污 水， 然后缓慢流到厌氧池， 厌氧池之后有一个较大的 陡坡， 利用水力自流设计一个跌水接触氧化池［5 ］ ， 其 后再流入人工湿地。优化设计主要内容包括 1 预处理设置人工细格栅对较粗的颗粒悬浮杂 物进行拦截， 保障后续污水处理设施正常运行， 其孔 径为 8 mm。 2 厌氧池通过现有池塘改建， 池底和四周敷设 防渗膜， 池顶 2/3 处设钢筋支架一层， 其下悬挂 150 mm的弹性填料， 弹性填料底端固定在池底钢筋 支架上。厌氧池水力停留时间设计为24 h， 平面尺寸 为 8 m 5 m， 有效水深 3 m。池底污泥清淘周期为 360 d。在厌氧池内均匀布置弹性填料， 便于微生物挂 膜， 人为强化微生物的种类和浓度， 提高净化效率 ［ 6 ］。 3 自流跌水接触氧化池充分利用该地的地势落 差， 无需动力。该处原有水塘 5 个， 现增加 2 个， 串联 设置， 每级跌水高度 1 m， 总停留时间为 140 min。 4 充分利用废弃池塘， 改建成潜流人工湿地， 节 约投资。潜流人工湿地在原有水坑基础上改建， 底部 铺防渗膜。潜流人工湿地下层敷设较细的圆陶粒滤 料， 比表面积为4. 91 m2/g， 总空容积0. 4 cm3/g， 粒径 为 3 ～5 mm， 总孔隙率 75 左右， 圆陶粒滤料对氨氮 的去除效果较好 ［7 ］。上层填充砾石， 砾石表层铺一 层土壤， 可去除 70 的磷 ［8 ］。土壤上种植香蒲和芦 竹等深根型植物， 其根系分布深度可达 30 cm 以上， 入土深度较大， 根系接触面广， 极其适合种植于潜流 人工湿地 ［9 ］。 3运行效果 该工程历时两个月完成施工， 调试开始时在厌氧 池中投加厌氧污泥， 间歇进水， 两个月后连续进水， 维 持进水量在 100 m3/d 左右。 连续运行期间分别从进水端面、 厌氧池末端、 接 触氧化池出水以及人工湿地出水端取水样进行监测， 图 2图 4 分别为连续进水 1 个月后监测取样绘制 成的 COD、 BOD5和 SS 的处理效果。 图 2 COD 处理效果 Fig．2COD removal perance 图 3BOD5处理效果 Fig．3BOD5removal perance 可以看出 经过两个月启动， 组合工艺系统运行十 分稳定， COD、 BOD5去除率均保持在 90 以上， 出水 SS 由于主要靠吸附作用完成， 含量均维持在较低水 平， 各项指标均达到 GB 189182002 的一级 B 标准。 下转第 45 页 51 水污染防治 Water Pollution Control 高， 硝酸氮降低， 膜滤过程对两组反硝化的影响近似。 5结论 在好氧反应器中， 硝化反应一般都可以进行得较 为彻底， 而脱氮的关键就是反硝化， 特别在同步硝化反 硝化中， 这一直都是一个难题。聚氨酯填料是一个可 实现微生物大量富集并提供优良的好氧 － 缺氧 － 厌氧 微环境的场所。它在适当促进硝化反应的基础上可以 提高反硝化速率， 对总氮的去除可以有很明显地改观。 而且聚氨酯填料投加方便， 原有池体无需进行改变， 直 接进行笼式投加就可以提高总氮去除率， 适用于水质 水量变化的提标改造。德国 Linder 公司的聚氨酯 LINPOＲ 填料曾用于污水厂的提标改造， 已在国内外有 40 多个工程应用项目， 我国大连春柳河污水处理厂的 提标改造就采用此工艺， 取得了很好的效果 ［ 9 ］。 参考文献 ［1］杨晓华， 刘英华， 田宝勇． 网状聚氨酯泡沫材料的制备、 性能特 点及表征［J］． 河北省科学院学报， 2007， 24 3 59- 61. ［2］李彦锋， 赵光辉， 马鹏程， 等． 改性载体固定化微生物处理高氨 氮废水的研究［J］． 安徽农业科学， 2008， 36 7 2877- 2879. ［3］Morper M，Wildmoser A．Improvement of existing wastewater treatment plant efficiencies without enlargment of tankage by application of the LINPOＲ- process- case studies［J］．Water Sci Technol， 1990， 122 7/8 207- 215. ［4］Macinkowsky A E， Philips K A， Johnson H O， et al． Hyperfiltration studies IVsalt rejection by dynamically ed hydrou oxide membrane［J］． Am Chem Socl， 1966， 88 5744. ［5］范彬， 黄霞， 文湘华， 等． 动态膜 － 生物反应器对城市污水的处 理［J］． 环境科学， 2002， 23 6 51- 55. ［6］林新斌． 动态膜生物反应器处理高速公路服务区污水［D］． 南 京 东南大学， 2007. ［7］徐五英． A/O － 动态膜生物反应器处理城市生活污水的试验研 究［D］． 南京 东南大学， 2008. ［8］张雷． 活性炭海绵基材动态膜生物反应器及在提标改造中的应 用［D］． 南京 东南大学， 2012. ［9］陆文逊． Linpor 工艺及其在大连春柳河污水处理厂中的应用和 特点［J］． 中国市政工程， 2001， 94 3 54- 55. 第一作者 马金霞 1982 － ， 女， 博士， 讲师。happymjx8126． com 通讯作者 张堃 1988 － ， 男， 硕士， 工程师。 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 andryzhang163． com 上接第 15 页 图 4 SS 处理效果 Fig． 4SS removal perance 4结论 从工程运行实例来看， 人工湿地具有如下特点 1人工湿地要达到较好的处理效果， 需结合其 他工艺同时使用 ［10 ］。 2人工湿地设计应尽量利用原有地势改扩建， 一次性投资较少。 3采用人工湿地工艺动力费用少， 无需化学药 剂， 节省运行费用。 人工湿地技术工艺简单， 操作方便， 处理效果好， 投资较少， 在我国农村污水治理中值得大力推广。 参考文献 ［1］施昌平， 陈媛媛， 肖磊， 等． 厌氧预处理 潜流式人工湿地处理 农村生活污水［J］． 环境工程， 2011， 29 6 27- 29. ［2］宋小康， 金龙， 王建芳， 等． ABＲ 复合人工湿地处理农村生活 污水中试［J］． 环境工程， 2011， 29 6 6- 9. ［3］张琼华， 吉倩倩， 王晓昌． 城市景观水体水质净化的人工湿地设 计［J］． 环境工程学报， 2009， 11 1965- 1968. ［4］柴宏祥， 徐海燕， 张东波， 等． 三峡库区农村环境连片整治工程 设计实例［J］． 中国给水排水， 2012 10 20- 24. ［5］王桂芳， 王大义， 章志元． 人工湿地 生态塘处理农村生活污水 工程实例［J］． 环境工程， 2010， 28 8 6- 8. ［6］季兵， 陈季华． 上海崇明农村污染水体生态净化工程设计与运 行［J］． 中国给水排水， 2010 1 74- 76. ［7］赵占军， 王玉杰， 王云琦．5 种人工湿地填料对氨氮和磷的吸附 效果研究［J］． 浙江林业科技， 2011 1 28- 32. ［8］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［J］． 地学前缘， 2005， 12 S1 73- 76. ［9］谢娇， 鲍建国， 易振辉． 人工湿地植物特性的研究及植物配置分 析［J］． 化学工程与装备， 2011 4 164- 166. ［ 10］桂双林， 王顺发， 吴永明， 等． 生物滤塔 － 人工湿地组合工艺对 农村生活［J］． 环境工程学报， 2011 10 2312- 2314. 第一作者 白振光 1976 － ， 男， 硕士， 主要研究方向为水污染治理技 术研究和环保设备的研制开发。718bzg163． com 54 水污染防治 Water Pollution Control