滇池流域農村污水生態(tài)處理系統設計

摘要:采用表面流人工濕地、潛流式人工復合生態(tài)床和生態(tài)塘組合工藝,結合生態(tài)及景觀(guān)建設進(jìn)行了滇池流域農村污水處理工程設計。該工程既處理了生活污水,又改善了生態(tài)環(huán)境,體現了污水處理與生態(tài)環(huán)境建設相結合的新理念。

關(guān)鍵詞:滇池流域,生活污水,人工濕地

1　設計基礎資料及依據

由于國內缺乏對村鎮污水治理的基礎資料,設計前進(jìn)行了為期1年的場(chǎng)地信息調查以及現場(chǎng)試驗,從而確定了工藝流程及相關(guān)的工藝參數。①　確定生活污水的排放量及水質(zhì)。在示范區的4個(gè)行政村,采取隨機抽樣的方法(內容包括家庭人口、取水方式、日用水量、洗衣方式、洗澡方式、家庭廁所等)共調查530戶(hù)(占總戶(hù)數的27%),選擇其中的16戶(hù)作為典型,連續3ｄ跟蹤調查水量及水質(zhì)。②　人工復合生態(tài)床工藝研究[1]。通過(guò)1年的現場(chǎng)模擬試驗,對不同運行條件及工況下人工復合生態(tài)床的運行進(jìn)行了系統研究,確定了工藝參數。③　示范區的氣象、水文資料。包括近3年氣溫、降雨量、蒸發(fā)量,地下水位及滇池的水位變化。④　地形勘測。為村里生活污水的溝渠收集系統設計和場(chǎng)地選擇提供了依據。

2　設計水質(zhì)、水量

①　設計處理水量:80m3 /d(考慮20%的人口發(fā)展系數)。②　設計進(jìn)水水質(zhì):COD為200mg/l,總氮為30mg/l,氨氮為23mg/l,總磷為5mg/l。③　設計出水水質(zhì):COD去除率≥80%,總氮去除率≥85%,總磷去除率≥85%。

3　工藝流程的確定

經(jīng)村里新建溝渠收集系統匯過(guò)來(lái)的污水將依靠重力流首先進(jìn)入到表面流人工濕地內。根據現場(chǎng)試驗結果,表面流人工濕地對氨氮有很好的去除效果(對氨氮去除率≥90 %) 。另外,污水處理系統位于低洼荒地處,在滇池高水位時(shí)期一部分土地將處于水淹狀態(tài),里面生長(cháng)著(zhù)許多天然水生植物,因此稍加人工修整即可構建成良好的表面流人工濕地�？紤]到表面流人工濕地對磷的去除效果差、S S 濃度高、出水渾濁,故在其后緊接著(zhù)串聯(lián)一級潛流式人工復合生態(tài)床。在床內填充水力傳導性能好和具有多孔結構的介質(zhì),通過(guò)介質(zhì)吸附和微生物的作用來(lái)強化系統的除磷脫氮效果。濕地系統除具除污作用外,還應具有景觀(guān)及生態(tài)效果,這對于滇池流域環(huán)境的恢復及保護具有特殊的意義,鑒于此在設計計算時(shí)作了適當的放大。整個(gè)系統工藝流程見(jiàn)圖1 。

4 各主要單元設計

4.1 　溝渠收集系統
設計中要求考慮與村莊未來(lái)規劃相協(xié)調,能夠達到90 %以上的污水收集率,盡量利用原有溝渠以降低工程造價(jià)。首先,在村內主干道修建“三面光”的石砌結構干渠(鋪設蓋板) ,以連接主要的居民住宅區域。然后再修建磚砌結構的支渠以匯集各部分住宅區的生活污水。最后修建支溝將各家的生活污水引入到溝渠系統里。
值得指出的是,在村外部分或一些特殊地段修建了生態(tài)溝渠,依靠其內生長(cháng)的水草等植物和水流作用自然凈化污水。

4.2 　布水沉淀池
村里的生活污水多數為明渠收集,容易混入垃圾,因此在進(jìn)水渠中設置了格柵。格柵寬為0. 60m ,長(cháng)為1 m ,柵條間距為30 mm ,采用人工清渣。布水沉淀池一方面起到初沉池的作用,使污水中粒徑較小的無(wú)機和有機顆粒沉降下來(lái);另一方面起到了調節水量和布水的作用。池體長(cháng)×寬×深為20m ×2 m ×0. 8 m ,有效容積為27 m3 ,停留時(shí)間為8h 。池內布水區采用矩形堰口,均勻布置,出水方向呈放射狀,使污水能夠更加均勻地流入濕地系統。

4.3 　表面流人工濕地
表面流人工濕地面積為2 000 m2 ,水力負荷為4 cmPd。地面以上維持30 cm 的自由水位,滇池流域氣候溫暖(平均溫度為14. 7 ℃Pa) ,故不用考慮冬季冰凍情況。濕地內種植的水生植物主要為茭白,還有蘆葦、慈菇和水花生等,基本上是利用場(chǎng)地內的原有植物,但對其進(jìn)行了分栽和移栽以保證分布均勻。由于濕地邊界不規則,平均長(cháng)寬比較小,而且布水區較長(cháng)(20 m) ,故沿布水方向將濕地分為面積狹長(cháng)的兩個(gè)區,以保證布水均勻和一定的推流效果。設計時(shí)充分利用地形、地勢,避免出現水流死區,盡量減少工程開(kāi)挖量和對原水生植被的破壞。

4.4 　潛流式人工復合生態(tài)床
潛流式人工復合生態(tài)床為地上式,床體從池底開(kāi)始堆積,總面積為300 m2 ,設計水力負荷為30 cmPd。床體長(cháng)×寬×深為50 m ×6 m ×0. 8 m ,里面填充了爐渣等水力傳導性能良好的填料。生態(tài)床上部種植水芹等常綠水生植物。為了防止暴雨對生態(tài)床的沖擊,在填料層里安裝了直徑為150 mm 的穿孔PVC管,高于正常水位時(shí)水流會(huì )直接從溢流管內流走。地上式潛流人工復合生態(tài)床適用于地勢低、地下水位淺的場(chǎng)地,這樣既保護了地下水還可以大大降低工程量和工程費用。

4.5 　綜合生態(tài)塘
綜合生態(tài)塘與濕地組成了一個(gè)完整的植物塘、床系統。綜合生態(tài)塘面積為1 400 m2 ,平均水深為0. 6 m ,該區除可對水質(zhì)進(jìn)行深度處理外,還具有生態(tài)和景觀(guān)作用。池塘區種植了蓮及慈菇等水生植物,也為魚(yú)、蝦等提供了生存環(huán)境。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

5 　生態(tài)、景觀(guān)設計
將生態(tài)和景觀(guān)設計納入到濕地系統,是該污水處理工程的一個(gè)新思路。按照“紅、黃、綠”三種顏色協(xié)調搭配、植物高低錯落有致的設計原則,對濕地周邊進(jìn)行了綠化:種植了花石榴、柳樹(shù)、千頭柏、毛葉丁香等,并鋪植了草皮。綜合生態(tài)塘內填筑了“葫蘆島”,島上種植的紅葉小波和金葉女貞,從遠處看去給人以美的享受。另外,預留了供人們活動(dòng)的場(chǎng)所。為了給魚(yú)類(lèi)等水生動(dòng)物提供一個(gè)良好的生存環(huán)境,對綜合生態(tài)塘進(jìn)行了人工清淤(30 cm) ,放養了泥鰍、田螺等,這些水生動(dòng)物可吞食濕地中的底泥,間接消耗水體中的氮、磷等營(yíng)養物質(zhì)。茂盛的水生植物以及生長(cháng)在其中的魚(yú)、青蛙、蛇及水鳥(niǎo)等構成了一個(gè)良性的濕地生態(tài)系統。

6 　建設及運行費用
整個(gè)工程的建設費用(溝渠收集系統除外) 為5. 2 萬(wàn)元,其中綠化及景觀(guān)建設費用為2. 2 萬(wàn)元(約占總費用的42 %) 。處理設施的運行僅需要少量的人工費用,其運行成本為0. 03 元Pm3 。(清華大學(xué)環(huán)境模擬與污染控制國家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗室)