農村生活污水接觸氧化+人工濕地處理工藝

一、緒論
1、農村生活污水處理現狀
近年來(lái)，隨著(zhù)農村經(jīng)濟的迅猛發(fā)展和農民生活質(zhì)量的顯著(zhù)提高，農村生活用水量和用水保證率也大幅度上升，從而帶來(lái)了農村生活污水量的大幅度增加。然而，據建設部2005年10月對9省43縣74村莊的入村入戶(hù)調查報告《村莊人居環(huán)境現狀與問(wèn)題》顯示，96%的村莊沒(méi)有排水渠道和污水處理系統。農村生活污水主要通過(guò)以下三種途徑排入地表環(huán)境：（1）直接灑向地面；（2）就近排入河道；（3）通過(guò)下水道排入河道。農村生活污水收集處理不當，已對農村生態(tài)環(huán)境和人居環(huán)境造成嚴重破壞，對地表水和淺層地下水的污染，也已成為威脅農村飲水安全新的隱患。
據調查，在農村生活污水收集方面，目前我國大部分農村缺乏完善的排水設施，已有的排水管渠是隨著(zhù)農村的發(fā)展而逐步建立的，因而缺乏整體性和系統性，排泄能力較差。在農村生活污水處理方面，缺乏污水處理設施，生活污水處理能力低，設施不配套或不完善，污水處理設施的建造與運行遠遠滯后于新增加的排污量；此外，由于各地的經(jīng)濟狀況、環(huán)保意識、人群素質(zhì)等原因，更多的農村生活污水沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理直接地表環(huán)境。
因此，系統研究生態(tài)技術(shù)處理農村生活污水的適宜性，加強農村生活污水無(wú)害化處理與資源化利用，突破現有技術(shù)瓶頸，通過(guò)在全國范圍內的試驗示范，提出有針對性的適合我國農村特點(diǎn)的處理模式，是廣大農村生活污水處理和資源化利用的現實(shí)需求，對避免因農村生活污水直接排入而引起農村水體、土壤和農產(chǎn)品的污染，確保農村水源安全和廣大農民群眾的身體健康具有重要意義。
2、我國農村生活污水處理基本要求
（1）低成本
低成本主要是從處理設施建設方面來(lái)考慮，應該考慮使用較為便宜的材料和設備及技術(shù)，盡可能就地取材，在滿(mǎn)足需要的前提下，以簡(jiǎn)單實(shí)用為原則。污水收集管網(wǎng)建設投資占整個(gè)農村生活處理工程投資的比例較大，因此合理選擇污水收集方式和處理設施十分重要。合理的收集方式主要有自然地理條件決定，主要通過(guò)與優(yōu)化布局實(shí)現；處理設備的成本由設施構建材料和設備及技術(shù)構成。因此，價(jià)格低廉的構建材料和設備、較低的運行維護費用（如電費、人工費）是低成本農村污水處理設施的基本要求。
（2）少維護
少維護主要是從運行管理方面來(lái)考慮，復雜的操作和經(jīng)常性維護很難適應當前乃至今后相當長(cháng)時(shí)間內的農村實(shí)際，無(wú)論是人員素質(zhì)還是維護經(jīng)費都要求處理設施盡可能減少人工干預。為了加強污水處理的設備管理、工藝管理和水質(zhì)管理，保證污水處理安全正常運行，達到凈化水質(zhì)、處理和處置污泥、保護環(huán)境的目的，對農村污水處理設施進(jìn)行維護時(shí)十分必要的，考慮到農村的特點(diǎn)，處理設施應具有少維護、操作簡(jiǎn)便、運行費用低的特征，同事污水處理的運行、維護及其安全應符合國家現行有關(guān)標準的規定。
（3）生態(tài)化
生態(tài)化主要是從技術(shù)選擇方面來(lái)考慮，盡管是我國南方的北方農村有許多差異，但相對于城市都具有較為豐富的土地、植物或水體，因此，在處理設施方案確立上，應優(yōu)先考慮采用土地植物處理的生態(tài)化方法，并盡可能就地使用處理后的生活污水，達到污水資源化的目的。事實(shí)上，農村污水處理設施的低成本要求間接決定了其處理設施和處理過(guò)程的生態(tài)化，農村污水處理設施應充分利用生態(tài)系統 的自然凈化能力，在維護生態(tài)平衡的基礎上，借助于人工措施，進(jìn)一步強化自然凈化能力，以滿(mǎn)足處理農村生活污水的要求。
（4）效果好
效果好主要是從處理設施的水力負荷、溫度變化、進(jìn)出水質(zhì)等方面考慮，我國農村的生活習慣決定了農村生活污水排放具有間歇性和集中性的特點(diǎn)，而且水質(zhì)變化范圍大。因此處理設施水力負荷抗沖擊能力要大，同時(shí)應考慮設施在冬天低溫條件下的運行問(wèn)題，確保全年處理設施能夠正常運行，排水水質(zhì)能夠達標排放。
①水力負荷要高。隨著(zhù)農村經(jīng)濟發(fā)展，農村地區生活水平不斷提高，農村生活污水量也日益增大，因此所開(kāi)發(fā)的處理技術(shù)必須能夠達標排放。
②處理后的水質(zhì)要好。一方面，生活污水中含有較高的人畜糞尿成分和氮、磷等，故處理時(shí)不僅要能夠削減有機物，還要能夠進(jìn)行脫氮除磷；另一方面，隨著(zhù)我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，對水資源的需求劇增，因此所開(kāi)發(fā)的處理技術(shù)應盡可能滿(mǎn)足污水資源化利用的標準。
③抗沖擊負荷能力強，村鎮人口較少，分布廣而且分散，生活污水水質(zhì)、水量波動(dòng)性大，排水管網(wǎng)很不健全，因此，污水處理工藝應有較強的抗沖擊負荷能力，且就近單獨處理。
④不易堵塞，能夠終年運行。應考慮設施在冬季低溫條件下的運行問(wèn)題，確保全年處理設施能夠正常運行，排水水質(zhì)能夠達標排放；選擇的基質(zhì)慮料不易堵塞，處理措施的使用壽命要盡可能長(cháng)。

二、設計標準
1、進(jìn)水設計標準
《鎮（鄉）村排水工程技術(shù)規程》規定，居民生活污水定額和綜合生活污水應根據當地采用的相關(guān)用水定額，結合建筑物內部給排水設施水平等因素確定，可按當地相關(guān)用水定額的75%-90%。設計水量應與當地排水普及率相一致。綜合生活污水總量變化系數宜按本規程表1的規定取值。

表 1 綜合生活污水總量變化系數

污水平均日流量（ L/s ）	5	15	40	70	100
總變化系數	2.5	2.2	1.9	1.8	1.6

注：1.當污水平均日流量為中間數值時(shí)，總變化系數用內插法求得。
    2.當污水平均日流量大于100L/s時(shí)，總變化系數按《室外排水設計規范》（GB 50014）采用。
    3.當居住區有實(shí)際生活污水量變化資料時(shí)，可按實(shí)際數據采用。

農村生活污水的設計水質(zhì)宜以實(shí)測值為基礎分析確定，在無(wú)實(shí)測資料時(shí)，可按《室外排水設計規范》（GB 50014）采用。
2、出水設計標準
上海市發(fā)布的《上海市農村生活污水處理工程出水水質(zhì)暫行規定》規定，農村生活污水處理系統出水感官清澈透明，無(wú)異味；出水水質(zhì)評價(jià)采用四項指標：化學(xué)需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）和總磷（TP）；分析方法采用《城鎮污水處理廠(chǎng)污染排放標準》（GB 18918）規定的水污染物分析方法。評價(jià)標準見(jiàn)表2。

表 2 上海市農村生活污水處理工程出水水質(zhì)評價(jià)標準 單位： mg/L

項目		標準值
		水源保護區（一級）	其他地區（二級）
化學(xué)需氧量（ COD ）	≤	60	100
五日生化需氧量（ BOD 5 ）	≤	20	30
氨氮（ NH 3 -N ）	≤	8	25
總磷（ TP ）	≤	1	3

三、接觸氧化+人工濕地處理技術(shù)
1、概述 
污水通過(guò)管網(wǎng)收集經(jīng)格柵后進(jìn)入沉淀調節池進(jìn)行預處理，沉淀截留部分污染物，池體進(jìn)行水封處理，形成厭氧環(huán)境，在微生物作用下進(jìn)行厭氧兼氧反應，降解部分有機物，分解部分大分子有機物，增強其可生化性，降低后續處理的負荷。
微曝處理池+斜管沉淀采用間歇式曝氣—生物接觸氧化法—斜管沉淀相結合的處理技術(shù)。針對農村生活污水來(lái)源的單一性和污水水量間歇性波動(dòng)等特點(diǎn)，通過(guò)間歇性曝氣，進(jìn)行生物接觸氧化，使好氧—兼氧生化過(guò)程在一個(gè)處理單元中得以完成，這一過(guò)程在滿(mǎn)足對主要污染物處理的同時(shí)，又提高了對氮的轉化和去除的效率，并且降低處理運行費用。污水經(jīng)斜管沉淀池沉淀后，進(jìn)一步取出水中污泥等顆粒物，降低后續處理負荷。
生態(tài)模塊（多介質(zhì)生態(tài)床技術(shù)）是潛流型人工濕地的改進(jìn)工藝，它將毛管浸潤（濾層分離）、微生物氧化、介質(zhì)吸附、固定和生物提取有機結合，采用在亞表層布水的方式投配污水，將污水投配到具有一定構造和良好擴散性能的介質(zhì)層中，模塊中綠化根系處于該層中，由于植物根系的左右，在根系周?chē)�形成好氧—兼氧—厭氧帶，利于污水中氨氮的硝化與反硝化反應的進(jìn)行，另外，布水管及集水管上的通氣孔也可以對模塊進(jìn)行有效復氧，使污水中的污染物在生態(tài)系統的物質(zhì)循環(huán)中進(jìn)行分離、降解、吸附和固定，凈化水質(zhì)，使污水中的能量通過(guò)生態(tài)系統的能量流動(dòng)逐級充分利用，以維持生態(tài)系統的良性平衡。工藝參數見(jiàn)表3。

表 3 工藝參數

沉淀調節 HRT	微曝 氣水比	曝氣方式	生態(tài)模塊 體積負荷	微曝處理池 HRT	裝機功率
12h	8-10	間隙性曝氣	0.13-0.33 m 3 /m 3 · d	4-6h	1-2Kw

2、系統組成
（1）工藝流程（見(jiàn)圖1）

 

（2）主要處理單元
①格柵收集池
農村居民的生活污水由污水管網(wǎng)收集，接入污水處理系統。污水首先經(jīng)過(guò)提籃格柵過(guò)濾，去除污水中的大塊雜物，以防堵塞水泵。提籃格柵截留的大塊雜物定期清除，作為垃圾處理。
②厭氧高效生物濾池
厭氧高效生物濾池（如圖2）由沉淀區和酸化調節區組成，污水自流進(jìn)入厭氧高效生物濾池，先在沉淀區進(jìn)行初沉，去除污水中的部分懸浮物，降低后續生物處理的負荷，然后流入酸化調節區，調節水質(zhì)均衡水量。沉淀的污泥定期由抽糞車(chē)或人工清掏，外運處理。

③兼氧微曝濾池

兼氧微曝濾池（如圖3）由微曝區和斜管沉淀區組成，調節區中的污水由提升泵送入微曝區進(jìn)行曝氣預處理，附著(zhù)生長(cháng)在填料上的兼氧微生物把水中大分子有機物分解成小分子有機物，流經(jīng)池子的廢水在兼氧微生物的作用下，有機物濃度降低，降解的物質(zhì)一部分用于微生物的自身繁殖，另一部分用于在后續處理中的好氧反應和植物吸收。過(guò)程中不會(huì )產(chǎn)生大量的剩余污泥和可燃性氣體，從而不會(huì )引起二次污染等問(wèn)題。池中掛有組合式填料，為微生物的生長(cháng)提供良好的固定生活場(chǎng)所。污水經(jīng)微曝區反應后進(jìn)入斜管沉淀區，在重力的作用下，達到泥水分離的效果。斜管沉淀池是所有沉淀池中去除泥沙效率最好的一種，其水力負荷為其他沉淀池的2-3倍，能有效降低沉淀池容占地面積。一般農村污水處理采用的斜管孔徑為ф60，片厚0.5mm。安裝時(shí)傾角為60°，有效長(cháng)度為1000mm，垂直高度為886mm，斜管填料起到促進(jìn)懸浮物的加速沉淀的作用。污泥經(jīng)沉降后，自流進(jìn)入潛流型生物濾池。斜管沉淀池中排放的污泥以微生物為主，定期排放，亦可作為肥料還田。
④潛流型生物濾池
潛流型生物濾池由推流式濾池和垂流式濾池串聯(lián)組成，污水經(jīng)沉淀過(guò)濾后自流到潛流型生物濾池中的推流式濾池，推流式濾池剖面圖（如圖4所示）

布水管和集水管分設在池的兩端，池內兩邊是4-5公分的碎石，中間部分是多介質(zhì)層，由下往上依次為2mm厚塑料薄膜、公分石、砂層、綠化層，污水以推流的方式從左往右流動(dòng)，一次經(jīng)過(guò)碎石層、多介質(zhì)層、碎石層，最后由右邊碎石層中集水管收集后流入垂流式濾池。垂流式濾池剖面圖（如圖5所示）

多介質(zhì)層由下往上依次為防滲膜、原質(zhì)土保護層、碎石層、下層集水管道、公分石層、爐渣吸附層、上層布水管道、砂層、綠化層。污水進(jìn)入垂流式濾池后，由上層布水管道進(jìn)行向下布水，污水由于重力作用流經(jīng)爐渣吸附層、公分石層后，由下層集水管道收集后流出垂流式濾池，達標排放。
潛流型生物濾池的作用主要是截留水中的污染物，在不同微生物的作用下，進(jìn)行好氧、厭氧和兼氧反應，不同程度地把水中的含碳、氮、磷的有機物質(zhì)分解成小分子物質(zhì)及無(wú)機物質(zhì)。同時(shí)，生長(cháng)在潛流型生物濾池中的植物根據自身的需要，通過(guò)根系把廢水中的營(yíng)養物質(zhì)吸收到體內，在光合作用下把該類(lèi)物質(zhì)轉變成自身的組成部分。到此，水中的大部分氮磷等富營(yíng)養化物質(zhì)被轉移到植物體內，使污水資源轉化為植物體內的有用資源。水中的大量微小懸浮物流經(jīng)生態(tài)模塊時(shí)，被模塊中的“土壤”攔截，從而污水得到凈化。
該系統的處理效果預測如下：COD和BOD去除率約為50%-90%，SS去除率約為70%-90%，氨氮去除率約為50%-80%。潛流型生物濾池中主要種植美人蕉、麥冬草、冬青樹(shù)等四季常青植物，起到綠化環(huán)境，凈化空氣，降溫增濕，改善局部環(huán)境的作用，給該地區的人們創(chuàng )造一個(gè)優(yōu)美的生活環(huán)境。
⑤自控系統
考慮到新農村建設逐步進(jìn)行的特點(diǎn)和農村污水水量的波動(dòng)性，為了盡可能降低電力消化，要求鼓風(fēng)機實(shí)現自動(dòng)控制，其控制條件為：污水提升泵啟動(dòng)時(shí)鼓風(fēng)機同時(shí)啟動(dòng)，污水泵停止后鼓風(fēng)機繼續曝氣，直到設定的延伸時(shí)間后停止曝氣，延伸時(shí)間為20-60分鐘；鼓風(fēng)機也可以設置為間歇啟動(dòng)，啟動(dòng)和停止時(shí)間均為0-180分鐘可調。調節區設液位控制器，水位低于提升泵電機時(shí)提升泵停止運行，以保護水泵；水位高于提升泵電機0.3m時(shí)，提升泵啟動(dòng)運行。
（3）案列
①典型設計案例運行總體情況
案例：閔行區浦江鎮新風(fēng)村7組（新風(fēng)4#系統）

服務(wù)人口	設計水量	占地面積	投資額	建造時(shí)間	運行年數	目前運行狀況	運行費用
170 人	20 噸 / 天	88m2	11.6 萬(wàn)	09 年 6 月	3 年	良好	2.88 元 / 天

表4為運行基本情況，運行費用為日常電費，日常維護還需要部分人工費用，包括日常巡查、檢修水泵、清理污泥、綠化養護等，建立專(zhuān)業(yè)規模維護隊伍后，單個(gè)系統維護費用將大大降低。
經(jīng)過(guò)長(cháng)期跟蹤觀(guān)察監測，系統運行穩定，出水中主要監測指標CODCr、BOD5、氨氮、SS、pH等均可以穩定達到《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》（GB18918-2002）二級標準以上。跟蹤監測18個(gè)月（自2009年7月，前六個(gè)月每月一次，后每?jì)稍乱淮危�，其CODCr、氨氮監測數據如圖6、圖7所示具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

②典型案例不同環(huán)節出水水質(zhì)數據及削減率貢獻
經(jīng)監測污水處理系統各階段出水情況及削減率平均如表5所示（除pH外，均以mg/L計）。

表 5 水質(zhì)情況分析表

工藝段	項目	COD Cr	BOD 5	氨氮	SS	PH
格柵	進(jìn)水	275	148	63	210	7.43
	出水	248	136	63	145	7.42
	去除率	11%	8%	-	30%	-
厭氧調節池	出水	178	112	63	105	7.42
	去除率	28%	18%	-	18%	-
微曝處理池 + 斜管沉淀	出水	105	51	35	46	7.40
	去除率	41%	54%	44%	56%	-
生態(tài)模塊	出水	58	16	8	18	7.41
	去除率	45%	67%	77%	61%	-

注：CODCr測試方法：重鉻酸鉀法；BOD5測試方法：稀釋與接種法；氨氮測試方法：納氏試劑比色法；SS測試方法：重量法；pH測試方法：玻璃電極法。