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“Anaerobic+Con wetlands”农村生活污水技术

        农村生活污水是造成农村水环境污染的最重要组成部分,且会随着农村生活方式的改变而加剧,这已成为农村人居环境改善需要迫切解决的问题之一。而我国关于农村生活污水技术方面的研究较少,成熟稳定的技术就更少。因此,选择四川农村生活污水严重地区为研究对象,针对其生活污水排放量小、间歇性大、处理率低及农村人口居住分散等特点,建立适合四川农村的联户型、单户型生活污水处理工程,探讨其生态处理系统对农村生活污水处理的可靠性、实用性,为构建完善的农村生活污水排放安全系统提供技术支撑。
        1 试验材料与方法
        1.1 污水处理工艺流程的选择
        选择四川最具特色的农家乐为研究对象,我们选取郫县农科村青青瓦渡假村建立集中式生活污水处理工程。利用该村现有生活污水排放管道、污水收集池及化粪池等设施,采用“厌氧处理+水平潜流人工湿地”(Anaerobic+Constructed wetlands)水处理为核心的生态净化技术,利用农家乐的化粪池作为一级
        厌氧池,再通过二级折流式厌氧系统处理有机废水,处理水最后进入三级人工湿地系统。污染物在人工湿地内经过滤、吸附、植物吸收及生物降解等作用下得以去除,它们与出水收集系统(供景观用水和达标排放)首尾相接,构成一个完整的农村生活污水处理回收再利用体
系。设计使用寿命为15 年,出水水质中COD、 NH4+-N、TN、TP 等指标达到《农田灌溉水质标准》(GB5084—2005)对水质的要求、《景观娱乐用水水质标准》(GB/T18921—2002)
C 类以上对水质的要求或《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)Ⅴ类水域对水质的要求

         1.农村生活污水处理系统工艺流程图

        1.2 监测项目与方法
        水样分析项目为:pH、CODcr 、氨氮、总磷、总氮。水质检测使用PALINTEST 7500
型光度计。pH 采用玻璃电极法、CODcr 采用重铬酸盐法、氨氮采用纳氏试剂比色法、总氮
采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法、总磷采用钼酸铵分光光度法。
        2 生态净化组合系统的构建
        2.1 试验工程设计
        经对青青瓦渡假村几年来的经营情况及接待人数的统计资料分析,确定生活污水排放量
Q 为7.2m3。生活污水通过φ250 的三根砼管道汇聚流入化粪池中。化粪池分三格布置。
        2.1.1 厌氧系统
        生活污水经化粪池一级厌氧处理后,进入调节池A。在其中加格栅二至三道,间隙15—25mm(取20mm),宽800mm,深600mm,以拦截污物和油污等物质。调节池中的水自流进入二级厌氧池系统中,不需要提升泵。调节池水力停留时间6h,调节池A 尺寸设计1.2m×1.2m×1m,其有效容积为1.44m3。在其旁边设1.5m×1.25m×1m 雨水收集池,雨水经沟渠和地表径流进入截流井(雨水收集池B),由截流管进入二级厌氧处理系统,作为补充水源进入厌氧处理系统。同时设置溢流管PVC100,以排出集聚在雨水收集池和调节池中多余的水。调节池A 中污水流入厌氧池中,厌氧池有效容积V=日处理污水量÷24 小时×停留时间 (一般取1.2~30 小时)。该系统采用3 格折流板厌氧反应器,各反应室之间串联,废水水流以上下折流的形式通过反应器,水流流态为紊流流态,水力坡度取0.5%~1%,具有很高的处理稳定性和容积利用率。设计每格长(2.4)1.5m、宽1.5m、深2.5m,中间设置挡板来改变污水流向。厌氧池顶部采用钢筋砼板密封,并设人孔,定期检查池内情况。利用竹子材料在厌氧环境中很难被生物降解,能够制成轻质、多孔、比表面积大、微生物容易附着、耐水、耐腐蚀、价格低廉的特点,选用竹蔑为生活污水厌氧净化装置填料,截留更多的污泥,有效发挥生物膜降解有机物的机能。因此 在厌氧池中距地70cm 处,搭建一个间距10cm 的竹子格板,其上布置竹蔑填料(成熟竹子经防腐处理),按1m3 用100 个竹蔑计算,实际体积为0.8m3,每个厌氧池竹蔑填料容积为1.5 m3×0.7=1.05 m3。在厌氧池(二级)出口与人工湿地处理系统之间设置调节池C,其尺寸设计为
0.8m×1.5m×1.0m,有效容积为1.2m3。
        2.1.2 人工湿地系统
厌氧池处理后的污水经调节池C,通过管道流入种植多种植物的浅层多孔滤床,植物
根系可为滤床系统提供氧气,促进生物膜的形成。入水水流以下进上出,下进上出的推流
式,依次流过相邻的三个滤床,进入出水收集池。为湿地系统排水的顺畅,池底水力坡度取
0.5%~1%,水平潜流式人工湿地分3 格,长宽比为1.2:1,长6m、宽5m,深0.6m。湿地有
效面积设计按S=日处理污水量Q÷水力负荷K(一般为0.24~0.3m3/m2.d)计算。基质是湿地系统植物生长的载体,也是污水净化过程中过滤、沉淀和吸附污染物的介质。它一般是由特殊的有机物、矿物质和天然材料混合组成,具有有利于微生物的吸附, 维持湿地系统的高生物量,保证去除污染物功效等优点。因此,我们选用砾石、砂子和土壤作为基质层材料,其自下而上依次填充粒径为20~40mm 的卵石、10~20mm 的碎石和砂质土壤,每层厚度为20cm。进出水装置采用φ100PVC 管道引入(底位)和引出(高位)。水流分配管道采用穿孔管形式设置在湿地底部。湿地出水收集池中的水通过泵送入景观用水,多余的处理水通过溢流管流入村镇管网。
        2.1.3 植物选择和管理
        选择鸾苇、香蒲、美人蕉和芦苇等挺水观赏性植物种植在工人湿地三个滤池中,采用育
苗移栽法,在春季将选好的植物植株移栽到湿地池中,保证其植株的成活率并有利于植物的
生长。运行时观察植物生长状况并控制池中杂草、藻类的滋生,定期进行植物收割,维持系
统正常工作,提高污水处理效率。
        2.2 源水和水质
        试验水源为青青瓦渡假村生活污水(包括厨房用水、生活洗涤水和粪便水),据统计污
水平均排放量Q 为7.2m3/d,其污水浓度和排放量随每日早晚、季节和接待人员的不同而有
所变化。主要污染物是氮、磷、有机物等营养物质,呈微碱性,不含有毒物质。青青瓦渡假
村生活污水情况见表1

         2.3 试验观测 

         设置一级厌氧池(化粪池)处理,水力停留时间约24~30 小时,二级厌氧池(厌氧挂膜)水力停留时间约12~30 小时,人工湿地水力停留时间大于等于16 小时,水力负荷0.24~0.3 立方米/平方米.天。在农家乐生活地下水取水口、生活污水排放收集口、人工湿地系统出水口各设置水表一支,以计量日、月、季、年生活用水量、污水排放量、污水处理量。水质取样点设为生活污水排污口B、厌氧池进水口(化粪池出水口)C、人工湿地进水口D、人工湿地出水口E ,4 个水质测试点。取样时间和频率为工程运行的第一个月取样4 次,即每周1 次,以后每月2 次,稳定后每月1 次。取样时间为早上(7:00-8:00)和中午(12:00-13:00),周末增加一次取样(晚7:00-8:00)。稳定后进行不定期抽样。取样点均设在水体表层下5cm 处,取水水样3 个。将水样混合均匀,带回依次测定COD 、NH4+-N 、TN、TP、PH 等水质指标。

        3 结果与讨论
        3.1 生态组合系统对污染物去除率分析
        3.2.1 PH 的变化分析
        具观测数据分析,由于农家乐居住人员的增加,洗涤用水量较大,PH 始终保持在7.8~
8.05 之间,有时还要高一些,出水水质呈碱性。
        3.2.2 对COD 去除效果的分析
生态净化系统对COD 具有良好的去除效果,系统出水COD 维持在15~45mg/L ,平均
去除率为63.2%,通过微生物的降解和植物的吸收作用,系统对COD 的去除率总体呈现增
加的趋势。随着天气的转冷,导致植物和填料上微生物活性的下降,去除率有所下降。
        3.2.3 对氨氮、氮、磷去除效果的分析
       生态净化系统对污水中氨氮、氮、磷具有良好的去除效果,其对NH4+_N 、TN 、TP
的平均去除率分别为46.65%、 53.0%和44%。运行初期,氮磷出水浓度偏高,去除率较低。
植物生长稳定后,对NH4+_N 、TN 、TP 的吸收能力加强,污水去除率显著提高,进入秋
季后,外部气候发生变化,导致植物出现生长缓慢甚至出现凋零的现象,植物吸收及微生物
降解速率减弱,致使其去除率随运行时间的延长而有所降低。系统污水中TP 的平均含量相对NH4+_N 、TN 较低,TP 的去除率小于它们,主要是由于净化时间延长后,系统中污水
量因植物蒸腾和水面自然蒸发而不断减少,致使TP 的相对含量略有回升造成的。
        3.2 植物生长情况分析
        试验期间,人工湿地栽种的鸾苇、香蒲和美人蕉、伞草、芦苇等几种植物正常生长,未
感染病害及臭味、蚊蝇产生。在试验的10 多个月中,植株长势旺盛,并有新的植株繁殖,
根系发达,植株周围生长的生物膜及藻类对氮、磷都起到了很好的吸收作用。具观察植物根
系的穿透深度与多孔介质的厚度和水流的深度有关;植物周围藻类的量也与洗涤用水量有
关;持续雨天,滤池水会变混浊,天气晴朗池水又变清澈。因此,应定期清除藻类,修剪植
物,维护湿地处理系统正常运行。
        4 结论
        采用“厌氧—人工湿地”生态组合系统处理农村生活污水、雨水的新工艺,在成都市郫县农
科村青青瓦渡假村进行污水处理试点。实践表明:该工艺流程设计合理,植物选择适宜,出
水水质COD、 NH4+_N、TN、TP 的平均去除率分别达到63.2%、46.65%、53.0%、 44%;
工程建设具有只一次性投入,长期受用、运行成本低、管理方便、不产生二次污染等特点;生态效益和景观效益显著,显示出在处理农村生活污水上有广泛的适应性和极高的实用价值,因此,被认为是一种简单、可靠、实用、低花费的小型污水处理系统, 具有显著的社会、环境、经济效益和良好的开发应用前景。
        参考文献:
     [1] 郭茂新 水污染控制工程学 [M]中国环境科学出版社 环境科学与工程
出版中心 2005 年
     [2] 住房和城乡建设部标准定额研究所 编 [M] 人工湿地污水处理技术导则 中国
建筑工业出版社 2009 年
     [3] 李文奇 人工湿地处理污水技术 [M] 中国水利水电出版社 2009 年
     [4] 农业部沼气科学研究所《生活污水净化沼气池标准图集》(征求意见稿)
项目基金:2009 年四川省科研所科技成果转化资金项目

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