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近些年,随着乡村振兴和农村经济的飞速发展,农村污水的排放及污染日趋严重,成为农村水源地潜在的安全隐患,对农村生态环境造成了负面影响。因此,需要对农村污水处理技术现状及其存在的问题进行研究分析,采取科学污水处理技术,寻找适合农村污水的处理工艺和运行模式,具有迫切的现实意义。
1农村污水特点
由于经济水平、生产方式及生活习惯或生活方式等不同,农村污水的水质、水量存在较大的地区差异,有如下特点。
(1)高分散性、不易收集。由于农村污水具有污染源分散、污染点多、收集处理难度大等特点,加上早期并未得到重视,导致污水处理难度大且效率低。
(2)污水管网建设、处理设施建设不足。一些村庄没有专门排水沟和污水处理系统,大多数污水以无组织排放的状态直接排放到附近河流。
(3)以家庭生活污水为主。由于农村居民生活规律相似,生活污水量不稳定,波动系数大。
(4)部分地区存在小型工厂和小作坊。污水水质成分可能更为复杂。因此,有必要详细调查区域排水点和排水水质,以确定处理方案。
(5)排放标准未完全普及。在当前的农村污水处理项目中,采用的大多数标准都是基于GB18918-2002《城市污水处理厂污染物排放标准》,针对农村污水的具体排放标准普及度低[1]。
2农村污水处理的迫切性及现状
“十四五”时期,推进美丽中国建设,全面建设社会主义现代化国家,实现中华民族伟大复兴,农村作为最广泛最深厚的基础,环境问题不容忽视。自2017年以来,每年的中央一号文件,均从低碳绿色发展的高度,要求推进投入品减量化、生产清洁化、废弃物资源化、产业模式生态化、统筹推进山水林田湖草沙系统治理的农业绿色发展,以及加强水环境治理和农村饮用水水源保护,分类推进农村厕所革命、生活垃圾分类,梯次推进农村生活污水治理的美丽乡村建设,并就加强农村污水处理,明确要求“根据农村不同区位条件、村庄人口聚集程度、污水产生规模,因地制宜采用污染治理与资源利用相结合、工程措施与生态措施相结合、集中与分散相结合的建设模式和处理工艺。推动城镇污水管网向周边村庄延伸覆盖。积极推广低成本、低能耗、易维护、高效率的污水处理技术,鼓励采用生态处理工艺。加强生活污水源头减量和尾水回收利用。”在此基础上,“十四五”期间将统筹农村改厕和污水、黑臭水体治理,因地制宜建设污水处理设施,接续推进实施《农村人居环境整治提升五年行动计划》,以实现到2025年,全国农村人居环境整治提升取得阶段性进展,为乡村振兴战略的阶段成效提供生态支撑。由此表明,农村生活污水的处理,经过十多年的发展,将进入一个以绿色生态为主要特征的新阶段。这对于促进农业绿色发展、农村生态宜居、农民幸福生活具有十分重要的意义。农村水污染主要来源即生活污水和生产废水,根据农村生活污水处理方法的不同,主要分为集中处理和分散处理。集中式污水处理方式的特点是管道连接较长,埋深较大,投资标准较高,更适合经济条件较好,集镇或城市郊区。这在一定程度上限制了全国农村污水处理技术的推广和选择。因此,笔者仅讨论分散式污水处理技术。
3农村生活污水处理技术的选择
我国农村生活污水的处理,不仅应根据各地农村发展的实际,合理地确定其处理的出水水质标准,同时应与城市污水处理一样,充分结合我国2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标,在处理和治理技术策略的选择中,不仅应因地制宜地制定处理出水排放和资源利用标准,更应充分利用农村就近能源资源回收利用的特殊优势,将实现对“污染物”有效处理的目标方式转向治理和利用的目标方式,向与绿色农业生产发展相结合、与美丽乡村建设相协同的低耗低碳、能源资源回收利用的目标方向,走向低碳绿色发展。当前,农村分散式污水常用处理技术主要包括:人工湿地,厌氧沼气池,生物滤池,地下土壤渗透,净化池和一体化综合污水处理设备等[2]。其中,常用的主要方法有厌氧-好氧(A/O或A2/O)+MBR工艺、序批式活性污泥(SBR)工艺、移动床生物膜反应器(MBBR)、厌氧-人工湿地、土壤-植物-微生物渗滤系统及生态塘、生态浮床等。相较城市,由于我国农村污水日均排放量少,缺乏完善的污水收集系统,无法配备专业的污水处理、运行管理技术人员,因此在选择农村污水处理技术时,应考虑以下要求[3]:建设费用低、运行费用低;抗冲击负荷能力强,宜就近单独处理:处理后的污水能够达标排放;运行操作简便,日常维护管理简单;尽量减少污泥产量或者无污泥产生。
处理技术根据以上农村污水处理技术的选择原则,目前适合农村生活污水处理技术主要有生活污水净化沼气池处理技术、土地渗滤处理系统、稳定塘处理系统、人工湿地处理系统、生物滤池技术等。生活污水净化沼气池处理技术。生活污水净化沼气池处理技术是利用有机物厌氧发酵的原理,在厌氧和兼性厌氧的条件下对污水进行处理的一种技术。这种技术在我国农村生活污水处理的实践中,是最通用、节俭、能够体现生态效益与社会效益结合的生活污水处理方式。污水中的大部分有机物经厌氧发酵后产生沼气,发酵后的污水被去除了大部分有机物,达到净化目的;产生的沼气可作为浴室和家庭用能源;厌氧发酵处理后的污水可用作浇灌用水和观赏用水。在我国,生活污水净化沼气池主要用于取代传统的化粪池,漆贯学等的课题研究认为生活污水净化沼气池技术的主要问题包括工艺设计不合理,运行稳定性难以保证,处理效果不及二级污水处理厂等[2]。毛华海对生活污水净化沼气池池型、工艺改进进行了初探,提出了改进生活污水净化沼气池处理效果的3个方向[3]。目前,生活污水净化沼气池工艺已较为成型,曹军等对其工艺流程及施工流程进行了详细的介绍[4]。
土地渗滤处理系统。土壤渗滤处理系统是利用自然系统的净化功能,将污水有控制地投配到土层中,通过“土壤-植物”系统的生物、化学、物理的吸附、固定,对污水资源及N、P等营养元素再利用,对污水中的污染物进行降解。常用的技术有慢速渗滤处理系统和人工快速渗滤系统。稳定塘处理系统。它主要利用水生生物系统,依靠自然生物净化功能,使污水得到净化。这种工艺基建费用低,运行费用低,无污泥处理,但同时存在有机负荷低、占地面积大、处理效果受气候条件影响大的缺点。为了提高稳定塘的处理能力和效果,研究者们提出并发展了高效藻类塘,最大限度地利用藻类产生的氧气,充分利用菌藻共生关系,对污染物进行高效处理。目前我国已在太湖地区建立了高效藻类塘系统处理太湖地区农村生活污水的试验研究[5]。人工湿地处理系统。人工湿地,是一种为处理污水而采用工程手段模拟自然湿地系统建造的构筑物,在构筑物的底部,按一定的坡度填充选定级配的填料,如碎石、沙子等,在填料表层土壤中种植一些对污水处理效果好、成活率高、生长周期长、美观以及具有经济价值的水生植物,通过生态处理系统内的微生物和水生植物的协同作用,实现污染物的去除。人工湿地是一种经济、高效地处理系统,可用作处理农村生活污水。它的净化机理比较复杂,植被系统起着重要的作用。生物滤池技术。生物滤池是一种由碎石或塑料制品等惰性过滤材料填充,材料表面生长生物群落,污水与填料表面上生长的微生物膜间隙接触,得以去除的生物反应器。其特点是集生物氧化和截留悬浮固体于一体,节省了后续沉淀池,具有池容小、占地面积小、出水水质好和流程简单等优点。童晶晶等研究表明,高效功能陶粒用作填充材料,生物滤池能取得更好的效果。
4总结及建议
农村污水的处理与利用,已受到世界各国的高度重视和广泛推进。作为我国生态宜居美丽乡村建设的一项十分重要的任务,我国农村污水处理,在政府的大力推动下,经多年的发展,已有良好的进展、广阔的基础和明确的方向。但与生态宜居的美丽乡村建设发展要求尚不相适应,任务还很艰巨。基于低碳绿色的理念、按照因地制宜的原则、本着循环利用的目标,亟须采取正确的技术策略和技术路线,进一步加大规划治理力度、提高污水的收集和处理率。鉴此,笔者提出如下建议:
(1)应尽量采用符合农村特点的人工湿地、净化槽结合工艺,不能照搬照抄城市污水处理工艺[8]。选择合适工艺污水处理应根据出水标准选择合适工艺,避免选择高投入、管理难度大、运行成本高的工艺。
(2)加强对管网建设的重视。管网建设施工影响大、投资高,是建设农村污水处理工程的重难点。不然,很可能导致无法收集设计水量、雨水与地下水混入污水管道等情况[9]。
(3)对标高标准,推进现有处理系统改造。应针对农村生活污水处理工程进行全面的系统性改造,不断地强化出水水质的高标准。对于已有工程,要按实情予以改进,完善处理系统,提升出水水质。
作者:郑润武 单位:中国葛洲坝集团水务运营有限公司
农村生活污水处理篇2
1背景及现状
随着经济的进步和人民生活水平的提高,严峻的环境污染问题受到越来越多的关注,而水体污染环境问题尤为突出。在发展落后的农村地区,随着城市化的快速推进,村镇水资源的污染和浪费呈现出恶化趋势[1]。近年来,以科学发展为指导、优化人居环境和生态环境为核心、“整治农村卫生,优化发展环境”为主题,全面开展农村环境集中整治活动,加强小城镇的污水处理监管,保护农村水环境,是国家建立农村环境的长效机制,也是改善农村环境质量的关键。而村镇污水处理是当下急需解决的重点及核心部分,也是改善乡村环境、加强生态建设的必要基础。如何根据当地环境、地势、水资源、建设现状和规划等实际情况,选择合适的处理工艺和设施,确保水质稳定同时又能降低耗费、方便管理维护,是农村生活污水处理的关键。按照生态化、节能化、景观化的原则来处理可促进农村水资源环境的健康、可持续发展[2]。
以宁夏某乡镇为例,进行因地制宜式的改造设计。该乡镇位于宁夏南部,总面积3130km2,其中耕地242.09万亩,总人口49.6万人,其中农业人口42.5万人,回族28.8万人,占58%,是少数民族聚居县以及国家和自治区扶贫开发重点县。目前该乡镇农村生活污水处理设施主要采用“预处理+人工湿地”,而污水处理设施只建有格栅+化粪池等预处理,采取人工定期抽吸清运的方式处理,如图1所示。同时污水处理设施由于缺少专人维护,后续资金支持不够,管网铺设未到位,污水收集量不够充足,设备处于半运行或间歇运行状态。并且由于当地污水处理技术人员稀缺,污水处理站运行过程中出现问题不能够及时解决,设备未能及时有效维护。现有设备设施的自动化程度低,不能够自适应不同的工况要求。目前污水处理设施运维现状和管理问题存在以下问题。一是村镇建设缺乏环保规划,基础设施建设滞后。虽已建立废水排放系统,但无废水收集系统,且用来处理污水的设施也无法正常使用。二是当地乡镇无专业的监管机构和专业的人员进行运行操作和维护,污水处理设施一旦发生故障,无法保证其管理维修和出水水质,导致污水设施的运行困难和效果不理想,造成资源和设施的浪费。三是环境管理能力薄弱。人员少,力量弱,造成乡(镇)环境管理严重滞后。四是运维管理未引入第三方运营机制及先进的管理手段,无法达到污水站设计的污水处理预期效果[3]。在充分考虑污水处理工艺的可靠性、经济性和先进性的前提下,遵循因地制宜、节约高效原则,以当地总体规划为先导,从实际出发,分类治理。结合当地自然环境,充分考虑农村经济社会状况、生活污水排放现状、受纳水体环境容量和农民生产生活习惯等因素,同时尽可能利用现有污水处理设施,确保合理利用资金,科学合理地规划设计出技术成熟、经济实用、管理方便、运行稳定的农村生活污水处理工艺和设备[4],从而营造出农村“蓝天、碧水、净土”的美好生态环境。
2处理设施工艺设计及应用
为了保证污水处理项目的稳定和高效,减轻劳动强度,改善操作环境,同时实现污水处理的现代化管理,因地制宜采用高效节能、科学合理的综合污水处理工艺设计,在确保污水处理效果的基础上,节省工程投资和日常运行费用,力求经济合理、管理简单、高效节能、操作方便、成本低,保证该乡镇农村生活污水连片治理后达标排放或回收利用,获得最大的社会效益和环境效益。根据该乡镇总体规划布局,经过现场考察实际情况,结合当地地形和环境要求,设计在该乡镇新建一座污水处理站和完善配套管网设施,处理生活的污水。污水处理站选址需遵循以下原则:一是在城镇水体的下游;二是便于处理后尾水的排放;三是在当地地势区域内主风向的下风侧;四是工程地质条件良好,无地质问题;五是占地不浪费土地资源;六是地形不应受洪涝灾害影响;七是有方便的交通、运输和水电条件。根据设计的污水处理设施,实行污水综合治理,贯彻近远期结合,分步实施的方针,减轻污水处理站排放对附近地表水、地下水造成的污染,改善附近水体质量。
2.1水量
笔者根据北方农村生活居民生活污水参考值35~80L/人·d(《农村生活污水处理项目建设与投资指南》)和《宁夏农村生活污水处理技术指南》中三类地区,结合走访当地的实际情况,考虑气候条件,调取当地自来水公司的用水数据,确定化粪池容量80m3/d。2.2规模根据实地调研数据,考虑农村饮用自来水工程对当地居民的生活习惯的影响,以及当地村委会的建议确定新建污水处理站的设计处理规模为80m3/d。
2.3受纳水体及出水标准
该乡镇生活污水新建处理设施出水尾水排放于废弃河道中且不与饮用水源地接触,其出水标准按照宁夏回族自治区地方标准《农村生活污水处理设施水污染物排放标准》中一级A标准执行。出水水质指标表如表1所示。
2.4主体工艺
根据《宁夏农村生活污水处理技术指南》三类地区水质指标和乡镇的三类地区水质指标和乡镇的实际情况,生活污水水质水量变化大,B/C较高,污水中含有油脂、食物残渣、粪便和泥沙等污染物,故按照当地实际污水成分,其进水指标如表2所示。按照该乡镇目前污水处理设施的运行数据和要求,为确保出水水质,结合现有设施的实际条件,从整体出发,选择工艺可靠、技术成熟、操作简单、管理维护方便的方案;同时所采用的工艺需保证污水处理站占地面积小,工艺紧凑,投资省、能耗少,运行费用低。综合考虑当地乡镇的实际情况,污水中污染物的成分,尽量选择无害化、资源化的的工艺路径,所采用的工艺应运转灵活,能适应一定的水质、水量的变化;在此基础上需要提高项目社会效益、环境效益及综合经济效益。主体工艺流程图具体如图2所示。对于一体化污水处理设备采用固定化微生物工艺。固定化微生物技术是通过附着在载体(填料)上的生物膜为主,净化污水的一种水处理工艺。固定化微生物的载体平均密度与水的密度十分接近,可在曝气池中构成一种流化态、滤层态或浮动态等多种形态的污水处理介质,不需进行反冲洗,摆脱了传统意义生物膜的概念。因此,该技术处理污水基质的降解速度快、停留时间短、具有较高的污水处理效率,并在运行中无不良气味。同时其填料的浮动状态,保证了污水处理系统均匀传质、不易结膜及氧气的利用率高等特性,这些都非常有利于通过生物化学过程处理污水。与传统生化处理技术相比,该技术由于处理容积负荷高、占地面极小、运行稳定、管理方便以及运行成本较。通过该工艺定制的一体化污水处理设备可以根据对排放水的标准进行配置的定制。
一体化设备由污水收集、调节模块、水解酸化模块、好氧生化和混凝沉淀等模块组成。其中,调节模块可将化粪池中的土著微生物的作用充分发挥出来,协助后端生化模块。水解酸化模块可实现硝化和反硝化作用,可将好氧生化所产生的硝酸盐和亚硝酸盐转化为氮气等,从而除去污水中的氨氮,该环节还有解毒、开环、断链的作用,使得难降解的大分子有机物得以充分的破坏,提高污水的可生化性。好氧生化的建立是因为生活污水可生化性好、污染物易被好氧微生物所降解,微生物群体易建立、种群消化能力强。在好氧生化模块,有机物分子可直接降解为二氧化碳和水;好氧生物是将高效微生物在高效载体上有效固定化,体系中生物密度高,在载体的不同部位固定不同的微生物菌群,从而形成丰富的微生物群落,提高对污染物去除的广谱性,可有效去除有机污染物、总氮、氨氮、磷以及重金属等。混凝沉淀模块主要是去除污水中的悬浮物和微生物死泥等,确保SS达标排放,同时实现去除磷的作用,通过混凝剂PAC、PAM,使得污水中难以沉淀的颗粒互相聚合形成胶体,然后与水体中的杂质结合形成更大的絮凝体。絮凝体具体强大吸附力,不仅能吸附悬浮物,还能吸附部分溶解性物质,污水中的磷、悬浮物可被有效吸附沉淀去除。
2.5管网
根据当地实际情况,该乡镇及周边已经建有较为完善的污水收集管网,敷设主管道至新建污水处理站即可,并将污水站及敷设管道开挖周边绿化恢复。配套管网包括收集干管,即敷设DN600Ⅱ级钢筋混凝土排水管道,主干道为村子主要通行道路,主干道下采用砖砌检查井[5]。在管网布置中在设置φ1000排水检查井,污水处理站的选址位于地势低洼处,污水管线尽量采用重力流布置。
3提标改造应用
提标改造是根据该乡镇目前的污水处理湿地,由于周边村落分布较散,所以无法集中处理,只能通过吸粪车抽。通过收集进入化粪池,经过化粪池的厌氧发酵后排放。但现有的化粪池容量已经不能够满足实际需求,且以前化粪池收集的污水经过简单处理发酵后排放到后山崖内的废弃河道内,对周围环境以及周围居民的人居环境造成一定的影响。原有的污水处理工艺为“预处理+人工湿地”为主体,废水直接经过管道排入沟渠。体表改造设计是通过在原有化粪池附近新增设一套玻璃钢化粪池,两组化粪池并联运行。对化粪池的上清液溢流经过细格栅通过管道输送至新建污水处理站。定期将化粪池进行清掏与污水站的污泥一起至污泥池中堆肥使用。针对出水水质要求分析,因为出水经过人工湿地或者直接灌溉于农田,对尾水中的氮磷等元素要求不高,对于水中的病毒有害物质控制严格。经过一体化设备处理后的水通过管道流至修葺后的人工湿地或者灌溉储水池内。考虑到宁夏当地的气候和温度,为保证一体化设备稳定持续运行,一体化设备作为地埋式,设备顶部加盖并绿化,既能降低投资又能美化环境[6]。
4结语
污水处理站的建设和完善,对促进当地经济快速发展,改善人居环境,保护人民身体健康,防治水污染,充分利用水资源等方面都有促进作用。污水处理站的建设也可保护当地河流水质,改善农民人居环境质量,这是落实科学发展观,建设社会主义新农村,转变乡村发展理念,促进人与自然和谐,促进经济繁荣和社会进步的内在需要和改善农民人居环境的必然需求。
作者:董翔 周林成 李静 赵威 单位:兰州大学淮安高新技术研究院
农村生活污水处理篇3
农村的生活污水主要来源于2个部分,一是洗衣、洗澡等化学成分和细菌比较多的污水,二是洗涤碗筷、蔬菜等氮磷元素较高的有机污水。农村生活污水的特点在于一是水中的重金属离子占比不高,主要的污染源在于氮磷元素含量。二是农村生活污水很难像城市一样集中进行处理。三是农村污水排量不稳定,在夏季的产量是最高的,远超其他季节[1]。人工湿地是一种类似天然的污水处理技术,是由人工实施建造并运行的系统,以太阳能为能量,在微生物、植物与介质的共同作用下来完成对水体的净化[2]。目前已经被广泛地运用在各个领域,比如在生活污水、养殖废水和工业废水等[3]方面,其优点在于运行和管理要比污水处理厂方便简单,无须专人看管,只需定期对格栅池、隔油池进行清理。但是人工湿地受外界温度的影响比较大,在温度低的环境下,微生物的活性与人工湿地上植物的状态都会比较差。
1设计与材料
本研究针对重庆地区农村的特点,设计一套高效稳定、占地少、操作简单和运行费用低廉的人工湿地。该人工湿地位于重庆市铜梁区土桥镇西南端,占地面积150m2,人工湿地长18.4m,宽6.72m,高1.75m,有效面积123m2。预处理系统占地面积17.7m2,长5.9m,宽3m,高3.6m。污水设计处理量为5.6t/d,池体建筑容积为60m3,最大有效容积40m3。在2020年6月至12月之间对人工湿地系统展开研究,对水力停留时间(HRT)进行分析。生活污水经化粪池(内置格栅)去除大部分的漂浮物及杂质后部分回用于房前屋后蔬菜、果树和农作物种植,剩余部分流入人工湿地。湿地选择大聚藻、美人蕉和风车草等水生植物,利用人工湿地中的植物与微生物等的作用,对水中污染物采用进一步处理,之后出水排放至环境水体。
1.1预处理系统
在人工湿地前加装预处理系统或者在大面积人工湿地系统下,湿地可以对污水中70%~80%的污染物进行处理,本研究选择化粪池作为预处理系统,并与人工湿地相结合。预处理系统的主要目的是为了降低污水中的悬浮物质,以保证整个处理系统不被堵塞,延长人工湿地使用周期,并且预处理系统是采用占地面积小的地埋式设计,可以减轻异味的产生。人工湿地的预处理系统是由水解酸化调节池、生物厌氧池和清水滤池3部分组成。污水首先在水解酸化调节池去除残渣和颗粒大的固体,同时截留塑料等不易降解之物;然后污水交替从水解酸化调节池进入生物厌氧池进行厌氧消化;最后流入清水滤池,进行物理化学吸附,再排入人工湿地或用于农作物种植。在生物厌氧池中加挂D2半软生物填料,运用特殊厌氧菌吞噬有机质进行生化处理,使有机物含量大幅降低,增加处理效果。
1.2人工湿地
1.2.1表面流湿地
表面流湿地的主要特点是污水在土地表层流动,使水和空气两者直接进行接触。通过生物膜可以有效地减少有机物。此类人工湿地占地面积大,天气炎热时容易滋生蚊虫。但是对污染程度低的水体具有较好的处理效果。
1.2.2水平潜流湿地
水平潜流湿地的水力负荷与污染物处理量要高于其他类型湿地,对悬浮物[4]、生化需氧量和化学需氧量等污染物去除效果比较好,氧源可以通过植物的根系进行传输,大大减少了异味和蚊虫出现的可能性。
1.2.3垂直流湿地
垂直流湿地的水力负荷较高、污染物去除率高。但是管理复杂,有产生蚊虫的可能性,在处理有机物的去除能力方面,不如水平潜流型人工湿地。但是,重庆农村地区地理环境崎岖,人口密度低,大体积的人工湿地并不适用,因此选择水平潜流湿地更适合农村地区使用。
1.3人工湿地工艺设计
1.3.1人工湿地填料设计
人工湿地周围采用360mm砖墙、防水毯整体焊接围护。底部平整设置坡度,坡度为1%。人工湿地最底层铺设100mm厚粒径8~16mm砾石,向上依次为300mm厚粒径2~6mm粗砂,300mm厚粒径4~8mm砾石,200mm厚粒径8~16mm砾石,砾石层具有净水、过滤和吸收效果。
1.3.2人工湿地植物选择
对于在不同季节温度的适应能力是选择人工湿地植物的关键标准,总体要耐水,对氮、磷吸收效果好并且要具有美观性,当前经常使用的植物有风车草、大聚藻、美人蕉(Cannaindica)、睡莲(Nymphaeatetragona)、薄荷(MenthahaplocalyxBriq)、花叶芦竹、水鳖(Hydrocharisdubia)、黄菖蒲(Irispseudacorus)、大薸(Pistiastratiotes)、久花(Monochoriakorsakowii)、再力花和姜花等[5]。结合文献资料和近几年人工湿地研究,最终选择风车草、大聚藻和美人蕉作为人工湿地植物。
1.4人工湿地工艺流程
(1)生活污水经污水管网(Ф300UPVC管)收集后汇入化粪池,通过化粪池截留大部分的漂浮物及杂物并在厌氧环境下发生生化反应来降解污水中部分有机污染物,之后出水用于灌溉或自流进入人工湿地,通过人工湿地内基质、植物和微生物的共同作用,去除氨氮、磷等污染因子,出水排放至环境水体中。工艺流程:生活污水→化粪池→人工湿地→排入环境水体→房前屋后蔬菜、果树和农作物种植。
(2)系统中化粪池残留的杂物和产生的污泥定期清掏。
(3)化粪池产生的废气通过排放管(Ф100PVC管)引出。
1.5防堵设计
人工湿地在运行的时候会出现填料淤堵的情况,这就会使人工湿地的运行效率大打折扣。针对这种情况一般采取污水预处理的方法,以减轻人工湿地的处理负担,从而延长人工湿地的寿命。也可以在人工湿地内部进行预防,在人工湿地如口部位使用尼龙网防堵。水样收集取样点为化粪池出水口、人工湿地进水口、集水井和出水井。经过预处理的污水各指标可以稳定在化学需氧量180mg/L,氨氮含量为30mg/L,SS含量为160mg/L,PH为6~9。1.6实验方法对进出水的温度、PH和氨氮含量进行测定。在实验室中根据《水和废水监测分析方法》对CODcr、TN(总氮)进行分析。其中,使用快速消解法测定化学需氧量;过硫酸钾氧化-紫外分光光度法测定总氮含量;氨氮含量选择纳氏试剂比色法测定。
2结果与分析
2.1水力停留时间(HRT)对CODcr的去除效果的影响
人工湿地的处理效果和HRT存在着很大的关系。HRT为1d时,出水的CODcr平均含量为65.38mg/L。将HRT提高到2d时,出水的化学需氧量(CODcr)平均含量由65.38mg/L降低至48.52mg/L,去除率由83.65%提高至87.87%。但是当HRT从2d提高到3d时,出水的CODcr平均含量从48.52mg/L提至53.65mg/L,CODcr去除率从87.87%变化至86.59%。可以发现,CODcr去除率与HRT不呈现正相关联系。当HRT为2d时,则人工湿地系统的化学需氧量去除率为最大。减少了HRT,就增加了水力负荷,势必会使水处理效果受到影响[6]。另外,减少HRT也会使得大滤层之间的流速率和水力剪切力增加,从而使得生物膜更易被洗脱,出水CODcr也会因为这些原因增加。结合研究证实,HRT太长或太短均不利CODcr的消除。所以要选择适当的HRT。
2.2人工湿地系统的去除效果
由表1可以看出SS(悬浮物)、氨氮的处理效果。湿地去除水中的氨氮主要采用以下几种方法:微生物的硝化与反硝化作用;植物的吸收和挥发作用;基质的吸附、过滤、沉淀及氨的挥发等。而在这里面,最重要的就是微生物的硝化与反硝化作用。污水在流入人工湿地之后,首先经过硝化作用将氨氮转化为硝态氮,其次沿着水流路线,硝化作用强度减小,反硝化作用转为主导,最后氨氮会以气态方式的进行排放。人工湿地在有关SS的处理过程中,以下问题会导致处理效果达不到预期。首先是在人工湿地运行的过程中,预处理系统的清淤排泥系统出现问题;其次是在长时间的工作运行后,污水中的悬浮颗粒物会拥堵并导致基质穿层,使其丧失过滤效果,出水SS不达标,更换基质层可以保证系统正常运行;最后是人工湿地内植物因病虫害而导致的处理效果不佳,需要重新补种。
3结束语
本研究设计、建造的人工湿地具有以下几个特点:一是具有较好的处理效果,并且操作简便、运行维护费用低、投资少、低能耗和管理方便;二是占地面积小,节约土地资源,提高土地利用率;三是化粪池与人工湿地联用,对分散式不易集中处理污水的农村地区有较好的实施效果。本设计研究还存在有待改进的方面。针对不同温度气候特点的地区,可以采用不同的人工湿地植物,以达到更稳定的处理效果。对于中国北方区域,可以采用棚膜与蒲席覆盖、结冰盖的冬季保温措施,这类改进可以使人工湿地在北方区域正常使用。本系统人工湿地系统污水量大约为5.6t/d,在排放过程中经过水解酸化池、生物厌氧池和人工湿地后,出水完全可以符合DB50/848—2018《农村生活污水集中处理设施水污染物排放标准》,且出水水质在同等投资环境下,优于常规处理池,设计合理,可以用作农村地区污水处理模式。
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作者:魏盟奇 杜崇 单位:黑龙江大学 水利电力学院