厭氧預處理+潛流式人工濕地處理農村生活污水工程應用
摘要：介紹了“厭氧(yang)預(yu)處理(li)+潛流(liu)式人工(gong)(gong)濕地”工(gong)(gong)藝(yi)原理(li)及在處理(li)農村生活污水(shui)工(gong)(gong)程中(zhong)的(de)應(ying)用(yong)。運行結果表明，該工(gong)(gong)藝(yi)投資少、處理(li)效果好(hao)、操作簡單(dan)、維護成本低。系統對COD、BOD5、SS、NH4+-N的(de)平(ping)均(jun)去(qu)除率分別達到67.2%、87.0%、90.4%和80.2%，出(chu)水(shui)水(shui)質(zhi)達到《污水(shui)綜合排放(fang)標準》(GB8978-1996)一級標準。
關(guan)鍵(jian)詞(ci)：潛流式人工(gong)濕(shi)地;厭氧預處理(li);農村生(sheng)活(huo)污水;節(jie)能(neng)
前言
人(ren)(ren)工(gong)濕地(di)(di)(di)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)為一種(zhong)生(sheng)(sheng)態水(shui)處理(li)技術，目前已在各(ge)種(zhong)污(wu)(wu)(wu)水(shui)處理(li)場合(he)發(fa)揮重要(yao)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)[1]。人(ren)(ren)工(gong)濕地(di)(di)(di)是由人(ren)(ren)工(gong)建造和控制運(yun)行的(de)(de)(de)與沼澤地(di)(di)(di)類似的(de)(de)(de)地(di)(di)(di)面，將污(wu)(wu)(wu)水(shui)、污(wu)(wu)(wu)泥(ni)有控制的(de)(de)(de)投(tou)配到經(jing)人(ren)(ren)工(gong)建造的(de)(de)(de)濕地(di)(di)(di)上(shang)，污(wu)(wu)(wu)水(shui)與污(wu)(wu)(wu)泥(ni)在沿一定(ding)方向流動(dong)的(de)(de)(de)過程中，主要(yao)利用(yong)土壤、人(ren)(ren)工(gong)介質、植物(wu)、微生(sheng)(sheng)物(wu)的(de)(de)(de)物(wu)理(li)、化(hua)(hua)學、生(sheng)(sheng)物(wu)三(san)重協同作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)，對(dui)污(wu)(wu)(wu)水(shui)、污(wu)(wu)(wu)泥(ni)進行處理(li)的(de)(de)(de)一種(zhong)技術。其作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)機理(li)包括吸(xi)附(fu)、滯留(liu)、過濾(lv)、氧化(hua)(hua)還原(yuan)、沉淀、微生(sheng)(sheng)物(wu)分(fen)解、轉化(hua)(hua)、植物(wu)遮蔽、殘留(liu)物(wu)積累、蒸騰水(shui)分(fen)和養分(fen)吸(xi)收(shou)及各(ge)類動(dong)物(wu)的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)。
人工濕地(di)自然條(tiao)件(jian)下的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)物(wu)處(chu)理(li)(li)法(fa)不但費用(yong)低廉、運用(yong)管理(li)(li)簡便，而且對(dui)難生(sheng)(sheng)化降解有(you)機(ji)物(wu)、氮(dan)磷(lin)營(ying)養物(wu)和(he)(he)細菌的(de)(de)(de)去(qu)除率略高于(yu)常規二(er)級(ji)處(chu)理(li)(li)，達到部分三級(ji)處(chu)理(li)(li)的(de)(de)(de)效果，而其基建費用(yong)和(he)(he)處(chu)理(li)(li)成本分別只為二(er)級(ji)處(chu)理(li)(li)廠的(de)(de)(de)1/5至1/3和(he)(he)1/20至1/10。此外，在一定(ding)條(tiao)件(jian)下，自然處(chu)理(li)(li)法(fa)還可(ke)獲得(de)(de)除害興利、一舉兩得(de)(de)的(de)(de)(de)效果。所以(yi)，近十多年來，這(zhe)類古(gu)老的(de)(de)(de)廢水處(chu)理(li)(li)技術又恢復(fu)了生(sheng)(sheng)機(ji)，并在國內外得(de)(de)到迅(xun)速發展。
1工程概況
丹江口(kou)市西部(bu)某村(cun) ，轄6個村(cun)民小(xiao)組、16個自然村(cun)落、355戶、1436人(ren)。目前，該村(cun)基礎設施(shi)建設嚴重(zhong)(zhong)滯(zhi)后，污水(shui)、垃圾(ji)基本(ben)上是(shi)隨意(yi)排放，未得到(dao)有效處(chu)理，嚴重(zhong)(zhong)影響(xiang)村(cun)莊環境(jing)及人(ren)民群(qun)眾(zhong)身體健康，也直接影響(xiang)了丹江口(kou)水(shui)庫水(shui)環境(jing)質量(liang)。
1.1設計水量
該村(cun)污水(shui)主(zhu)要(yao)來源為村(cun)民的(de)生活污水(shui)，生活污水(shui)由各(ge)家各(ge)戶排(pai)出(chu)，雨污分流，經排(pai)水(shui)管(guan)收集后匯(hui)入污水(shui)處(chu)理站。目前，該村(cun)污水(shui)管(guan)網不完善，且居民居住相對分散，本次先行實(shi)施建設2km污水(shui)管(guan)網，配套(tao)建設污水(shui)處(chu)理站處(chu)理能力按100 m3/d。
1.2設計進、出水水質
按照國家(jia)和(he)地方環(huan)保(bao)部門的規(gui)定(ding)，本工(gong)程(cheng)設計外排出(chu)水(shui)適用的標(biao)準(zhun)為《污水(shui)綜合排放(fang)標(biao)準(zhun)》(GB8978-1996)一級標(biao)準(zhun)，排放(fang)水(shui)的水(shui)污染物基本控(kong)制項目最高允許排放(fang)濃度中部分(fen)主要指標(biao)標(biao)準(zhun)見(jian)表(biao)1：
表1 進、出(chu)水水質設計指(zhi)標(mg/L)
2 人工濕地去除機理及(ji)工藝流程
2.1 人工濕(shi)地去除機(ji)理
2.1.1人工濕地對(dui)SS的去(qu)除
污(wu)水(shui)中可(ke)沉降(jiang)的(de)(de)SS主要依(yi)靠濕地系統(tong)中物(wu)理沉降(jiang)作(zuo)用去除(chu)。由于(yu)濕地中水(shui)的(de)(de)流動極(ji)其緩慢，水(shui)淺，加上(shang)植物(wu)莖桿(gan)的(de)(de)阻擋作(zuo)用，SS在進水(shui)口幾(ji)米內能有(you)效(xiao)地去除(chu)。工程實際表(biao)明，所有(you)的(de)(de)固體物(wu)在系統(tong)最初的(de)(de)20%面(mian)積處得到去除(chu)。膠體狀的(de)(de)SS主要依(yi)靠微(wei)生物(wu)的(de)(de)作(zuo)用、填料(liao)滲濾作(zuo)用去除(chu)。
2.1.2人(ren)工濕地對(dui)有(you)機物的去除
人工濕(shi)地(di)對(dui)有(you)(you)機物(wu)(wu)有(you)(you)著較強的(de)降(jiang)解能力(li)，污水中(zhong)的(de)不溶有(you)(you)機物(wu)(wu)通(tong)過(guo)濕(shi)地(di)的(de)沉淀(dian)、過(guo)濾(lv)作(zuo)(zuo)用，可(ke)以(yi)很快(kuai)地(di)被截(jie)留而被微(wei)生物(wu)(wu)利用，而污水中(zhong)的(de)可(ke)溶有(you)(you)機物(wu)(wu)則可(ke)通(tong)過(guo)植(zhi)物(wu)(wu)根系生物(wu)(wu)膜的(de)吸附、吸收(shou)(shou)及生物(wu)(wu)代謝(xie)降(jiang)解過(guo)程被分解去(qu)除，因此(ci)濕(shi)地(di)床對(dui)有(you)(you)機物(wu)(wu)的(de)去(qu)除作(zuo)(zuo)用是物(wu)(wu)理的(de)截(jie)留沉淀(dian)和(he)生物(wu)(wu)的(de)吸收(shou)(shou)降(jiang)解共同作(zuo)(zuo)用的(de)結果。反應過(guo)程中(zhong)主要氧(yang)(yang)源(yuan)來(lai)自水面復氧(yang)(yang)和(he)植(zhi)物(wu)(wu)向根區(qu)的(de)過(guo)量氧(yang)(yang)傳導(dao)。濕(shi)地(di)系統(tong)對(dui)BOD5的(de)去(qu)除可(ke)達80%以(yi)上[2]。
2.1.3人工(gong)濕地(di)對氮的去(qu)除
氮是植(zhi)物(wu)生長不可缺少的(de)一種(zhong)元素，污(wu)水(shui)(shui)中(zhong)的(de)無(wu)機氮通常(chang)包括(kuo)NH3-N和(he)NO3-N，它們均(jun)可以被濕(shi)地(di)中(zhong)植(zhi)物(wu)吸收。合成植(zhi)物(wu)蛋白質，最終通過植(zhi)物(wu)的(de)收割從濕(shi)地(di)中(zhong)得到去除。另外，人工濕(shi)地(di)中(zhong)的(de)填料也可通過一些物(wu)理(li)和(he)化學的(de)途徑如吸收、吸附、過濾、離子交換等去除一部分(fen)污(wu)水(shui)(shui)中(zhong)的(de)氮[3、4] 。
但(dan)是，濕(shi)地(di)系統中(zhong)氮(dan)的(de)(de)(de)(de)去除是主要的(de)(de)(de)(de)還是通過濕(shi)地(di)中(zhong)微(wei)生物(wu)的(de)(de)(de)(de)硝(xiao)化和反硝(xiao)化作用。人工(gong)濕(shi)地(di)中(zhong)種植(zhi)的(de)(de)(de)(de)水生物(wu)植(zhi)物(wu)的(de)(de)(de)(de)重要功能之一(yi)就是將氧氣從上部輸送至植(zhi)物(wu)根(gen)部，從而在植(zhi)物(wu)根(gen)區附(fu)近形成一(yi)個好氧環(huan)境，而隨著離根(gen)系距離的(de)(de)(de)(de)逐漸增(zeng)大，濕(shi)地(di)中(zhong)依次出(chu)現缺氧、厭氧狀態(tai)。這(zhe)樣的(de)(de)(de)(de)條件有利于(yu)硝(xiao)化菌(jun)和反硝(xiao)化菌(jun)的(de)(de)(de)(de)生長(chang)。為硝(xiao)化反應和反硝(xiao)化反應的(de)(de)(de)(de)進行提供了條件[3、4]。
2.1.4人工濕(shi)地對磷的去除
污(wu)水中(zhong)磷(lin)(lin)的(de)(de)(de)(de)存在形(xing)態取決于污(wu)水中(zhong)磷(lin)(lin)的(de)(de)(de)(de)類(lei)型。最常見的(de)(de)(de)(de)有磷(lin)(lin)酸(suan)鹽(yan)、聚磷(lin)(lin)酸(suan)鹽(yan)和(he)有機(ji)磷(lin)(lin)酸(suan)鹽(yan)等。人工(gong)濕地對磷(lin)(lin)的(de)(de)(de)(de)卻除是通過植物的(de)(de)(de)(de)吸收、微生物的(de)(de)(de)(de)去除作用和(he)填料的(de)(de)(de)(de)吸收過濾等幾方(fang)面(mian)的(de)(de)(de)(de)作用共同(tong)完(wan)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)。
磷(lin)和氮一樣，都(dou)是植(zhi)物(wu)的(de)(de)必需元素，污水中的(de)(de)無機磷(lin)在(zai)植(zhi)物(wu)的(de)(de)吸收和同化作用(yong)下被(bei)合(he)成ATP等有機成分，通(tong)過(guo)(guo)收割而從系統中去除。微生(sheng)物(wu)對(dui)磷(lin)的(de)(de)去除作用(yong)包(bao)括微生(sheng)物(wu)對(dui)磷(lin)的(de)(de)正常吸收和過(guo)(guo)量積(ji)累，濕地中某些細菌種類因從污水中吸收超過(guo)(guo)其生(sheng)長(chang)所需的(de)(de)磷(lin)，而微生(sheng)物(wu)細胞的(de)(de)內含物(wu)儲存過(guo)(guo)量積(ji)累，可通(tong)過(guo)(guo)對(dui)濕地床的(de)(de)定(ding)期更換而將其從系統中去除。
2.2 工藝流(liu)程(cheng)
村莊(zhuang)內的(de)生活污水(shui)經管網收集進(jin)入經格柵后(hou)進(jin)入污水(shui)調(diao)節池(chi)(chi)(chi)，由水(shui)泵提升(sheng)進(jin)入預處(chu)理(li)厭氧(yang)池(chi)(chi)(chi)，污水(shui)經預處(chu)理(li)厭氧(yang)池(chi)(chi)(chi)處(chu)理(li)后(hou)，經出(chu)(chu)水(shui)池(chi)(chi)(chi)排出(chu)(chu)清(qing)液進(jin)入潛流式濕地，潛流式濕地出(chu)(chu)水(shui)就近達標排放或用(yong)于(yu)村莊(zhuang)的(de)農田灌溉，處(chu)理(li)系統的(de)格柵將產生少量柵渣(zha)，柵渣(zha)定期清(qing)理(li)，由業主人工運(yun)送至垃圾處(chu)理(li)池(chi)(chi)(chi)。污水(shui)處(chu)理(li)工藝流程見圖1
圖1 污水處(chu)理工藝流程(cheng)
3主要構筑物
3.1.1 格柵(zha)池
格柵是用來去除(chu)可能(neng)堵塞水(shui)泵機(ji)組及管道閥門的較粗(cu)大懸浮物，并(bing)保(bao)證后續處理設施能(neng)正常運行。
設計數量：1座(zuo);
設計尺(chi)寸：L×W×H=1.0m×1.2m×1.0m;
3.1.2 調節池
為(wei)了(le)使管渠和構筑物(wu)正常工作，不受(shou)廢(fei)水(shui)(shui)高峰流量或濃(nong)度變化的影響，根據(ju)室外排水(shui)(shui)設計規范需在(zai)廢(fei)水(shui)(shui)處理(li)設施(shi)之前設置調節池。
設計數量：1座;
設(she)計尺(chi)寸(cun)：L×W×H=4.0m×4.0m×4.0m,有效(xiao)水深為3.5m;超高(gao)為0.5m。
3.1.3 預處理厭氧池(chi)
為確保(bao)人(ren)工(gong)濕(shi)地(di)生態系統的(de)(de)穩(wen)定性(xing)，增加濕(shi)地(di)處(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)的(de)(de)壽(shou)命(ming)及處(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)能力(li)，一般都要增加預處(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)及后處(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)設(she)施。預處(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)可(ke)以防止(zhi)污(wu)水在貯存、輸(shu)送過程中(zhong)發生臭氣，防止(zhi)未處(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)的(de)(de)污(wu)水污(wu)染土壤(rang)及地(di)下(xia)水或污(wu)染植物。這些預處(chu)(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)設(she)施與人(ren)工(gong)濕(shi)地(di)可(ke)以有(you)不同(tong)的(de)(de)組(zu)合(he)以達到不同(tong)的(de)(de)去(qu)除目(mu)的(de)(de)。
在(zai)本工(gong)程中(zhong)(zhong)針(zhen)對污水(shui)的(de)水(shui)質特點，選(xuan)擇厭(yan)氧(yang)工(gong)藝來(lai)處(chu)(chu)(chu)理(li)污水(shui)。在(zai)此(ci)工(gong)序中(zhong)(zhong)污水(shui)中(zhong)(zhong)的(de)部分有機污染物將被(bei)除去，為后序工(gong)藝，即人(ren)工(gong)濕地的(de)高效處(chu)(chu)(chu)理(li)作好準備(bei)。厭(yan)氧(yang)系統停留時(shi)間為18小時(shi)，設計其(qi)有效容(rong)積為75立方。且為增加預處(chu)(chu)(chu)理(li)系統的(de)處(chu)(chu)(chu)理(li)效果，采用封閉式池體。
設計數(shu)量：1座(zuo)。
設計尺寸：L×;W×H=10.0m×3.0m×3.0m;有(you)效水(shui)深為2.5m;超(chao)高為0.5m。
3.1.4 出水池
為保證后續人(ren)工(gong)濕地的(de)(de)正常、有(you)效的(de)(de)運行，并(bing)實現(xian)水(shui)質水(shui)量的(de)(de)調(diao)節再分配，實現(xian)系(xi)統(tong)的(de)(de)均勻的(de)(de)配水(shui)，因此在預處理系(xi)統(tong)后設置出(chu)水(shui)池，以提高系(xi)統(tong)的(de)(de)可(ke)靠性的(de)(de)運行效率(lv)。
設計數量(liang)：1座(zuo);
設計尺寸：L×W×H=1.2m×1.0m×1.2m;有效水深為0.8m;超(chao)高為0.4m。
3.1.12 潛(qian)流式人工濕地
功能(neng)：利用人工濕地對有(you)機污(wu)染物的(de)去除機理，進一步去除污(wu)水中(zhong)的(de)污(wu)染物。
設計參數：
面積(ji)：400m2。
長寬比：(1～5)：1;
深度(du)： 1.0m
尺寸：L×B×H=20m×20m×1m
濕地(di)植物:香蒲、美人(ren)蕉、燈心草等(deng)
基質為(wei)礫石均勻級配，粒徑約為(wei)30-50mm;水力負荷：≥50cm/d
4 工程
造價
該(gai)工(gong)程總(zong)占地面(mian)積425m2,工(gong)程總(zong)投資費(fei)用=358354.00元(yuan)。其中(zhong)土建費(fei)用為149000.00元(yuan)，工(gong)藝(yi)設備安(an)(an)裝投資約209354.00元(yuan)。污水處(chu)理站(zhan)總(zong)安(an)(an)裝功率0.55kW，當(dang)地電費(fei)按0.7元(yuan)/度，則電費(fei)為：6.34元(yuan)/日。
5 運行效果
該工(gong)(gong)(gong)(gong)程運行初期，因預(yu)(yu)處(chu)理(li)工(gong)(gong)(gong)(gong)段(duan)效果尚不明顯，為(wei)減(jian)少潛(qian)流(liu)式人工(gong)(gong)(gong)(gong)濕地的(de)負荷，采用對預(yu)(yu)處(chu)理(li)池出(chu)水(shui)進行回流(liu)，以加大預(yu)(yu)處(chu)理(li)工(gong)(gong)(gong)(gong)序的(de)進水(shui)，增加對池中填料(liao)及污(wu)泥的(de)擾(rao)動(dong)，并3次(ci)投加化糞池污(wu)泥，以縮(suo)短預(yu)(yu)處(chu)理(li)工(gong)(gong)(gong)(gong)序的(de)生化培養時間、增強系(xi)統(tong)的(de)抗沖擊(ji)能力。經過25天(tian)的(de)培養馴(xun)化調試(shi)，預(yu)(yu)處(chu)理(li)池填料(liao)上附著生物膜，出(chu)水(shui)池中出(chu)水(shui)有(you)成熟的(de)生物膜脫(tuo)落，系(xi)統(tong)進入穩(wen)定運行階(jie)段(duan)，出(chu)水(shui)水(shui)質達(da)到(dao)設計要求，對COD、BOD5、SS、NH4+-N的(de)平均去(qu)除(chu)率分別(bie)達(da)到(dao)67.2%、87.0%、90.4%和80.2%。該工(gong)(gong)(gong)(gong)程于2010年4月(yue)(yue)通過環保局驗收，并一直穩(wen)定運行至今，5月(yue)(yue)23日-5月(yue)(yue)25日的(de)實際運行數(shu)據見表2。
表2 實際運行結果
采用“厭氧預處理+潛流式人工濕地”工藝處理農村生活污(wu)水，系統對COD、BOD5、SS、NH4+-N的平均去除率(lv)分(fen)別達(da)到(dao)67.2%、87.0%、90.4%和80.2%，出水水質達(da)到(dao)《污(wu)水綜合排(pai)放標(biao)準(zhun)》(GB8978-1996)一(yi)級標(biao)準(zhun)。
該工(gong)藝(yi)因地制宜，采用(yong)“厭氧預(yu)處理(li)(li)+潛流式人工(gong)濕地”工(gong)藝(yi)處理(li)(li)農村生活污(wu)水(shui)，使(shi)投資(zi)成(cheng)本大幅下降，運(yun)行費用(yong)低廉，對農村周邊環境有較大改善，對新農村建(jian)設農村生活污(wu)水(shui)治(zhi)理(li)(li)過程中有較好的參考意(yi)義(yi)。
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有污(wu)水(shui)處(chu)理需(xu)求的單位(wei)，如需(xu)了(le)解更完善的技(ji)術方(fang)(fang)案(an)，可通過(guo)污(wu)水(shui)寶服務平臺(tai)提(ti)(ti)交水(shui)質數據，發(fa)布技(ji)術方(fang)(fang)案(an)海選(xuan)(xuan)公(gong)告(不收費);全國(guo)有意向參與海選(xuan)(xuan)的環保(bao)單位(wei)將主動(dong)報(bao)名(ming)，污(wu)水(shui)寶依(yi)據報(bao)名(ming)單位(wei)的成功案(an)例、技(ji)術專利、信(xin)譽(yu)記錄、企業綜(zong)合實(shi)力等評選(xuan)(xuan)出前三名(ming)，勝出的三家(jia)環保(bao)單位(wei)與排污(wu)單位(wei)接洽并提(ti)(ti)供(gong)(gong)詳(xiang)細的技(ji)術方(fang)(fang)案(an)供(gong)(gong)排污(wu)單位(wei)參考。
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