农村生活污水现状毕业设计

《农村生活污水现状毕业设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《农村生活污水现状毕业设计（31页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、农村生活污水现状毕业设计 第一章 农村生活污水概述1.1农村生活污水现状 农村生活污水是指农村地区居民在生活过程中形成的污水, 主要来源是单户型的家庭生活污水。据国家环境保护总局在国家农村小康环境保护行动计划中指出,全国农村每年产生生活污水约80亿t1。而建设部村庄人居环境现状与问题调查报告,对我国具有代表性的9个省43个县74个村庄的入村入户调查显示, 96%的村庄没有排水渠道和污水处理系统,生产生活污水随意排放,造成河流和水塘污染,导致农村人口饮水困难,影响村民居住环境,严重威胁农民的身体健康。在我国农村,有3 亿多人喝不上干净的水,其中超过60%是由于非自然因素导致的饮用水源水质不达标,

2、7亿人的饮用水中大肠杆菌超标,1.7 亿人的饮用水受到有机污染2。同时,由于农药等化学物质的广泛使用,致使许多地方的地方水已经不适用于饮用,严重影响了人民群众的身体健康和农村经济的健康发展。有人这样形容中国农村的人居环境现状: 如果把全国的村庄合并为10 个村的话, 4 个村没有自来水; 3 个村在猪圈或厕所旁打了一口井, 供人们饮用; 10 个村庄都把脏水往外泼; 9 个村庄还在使用传统旱厕; 9 个村庄仍然随便找个地方填埋垃圾; 4 个村庄下雨出不来;5 个村庄夜里进不去。 随着新农村建设和农村城镇化进程加快, 农村生活污水的有组织排放量将会大大增加,而现阶段我国小城镇污水处理率还不到10

3、%3, 农村地区生活污水的处理率更低, 绝大部分生活污水未经处理直接排放。尽管城市生活污水二级生物处理技术已经较完善, 但目前用于农村生活污水的治理还存在一个较大的难点, 即一般城市污水处理厂投资和运行费用较大, 对于一个日处理1万t 城市生活污水的处理厂, 投资约在1500万元左右, 年运行费用约为150200 万元, 因此农村生活污水处理厂就算建得起, 也运行不起。此外, 我国农村技术力量还比较薄弱, 很难满足常规城市生活污水处理厂的技术要求。为了根本解决这一问题, 必需寻求一种投资小、运行费用低、操作简便、处理效果好的技术用于农村生活污水的治理中, 确保已建成的污水处理厂能长期稳定正常运

4、行。(1)农村生活污水水质呈现有机物和氮磷浓度高的特点, 但由于家庭生活污水中可生化有机物含量高, 农村生活污水的生化性一般较好。徐洪斌等4针对我国太湖地区农村生活污水研究发现, 其总体排水水质为 COD350770mg/L,BOD5200400mg/L,TP 2.53.5mg/ L TKN 3040mg/L, BOD5/ COD在0.450.55 之间。(2)农村生活污水中的黑水包括粪尿及厕所冲洗水和灰水洗浴、洗衣和厨房产生的水在水质、水量上均存在很大差异。灰水水量较大,一般占总水量的50%80% 5,但水中污染物质含量明显较低, 便于处理,且存在回用价值。研究表明6, 将灰水回用于冲厕或浇

5、灌, 可节约家庭用水总量的30%50%。黑水虽然水量小, 但污染物质、病原菌含量高,处理难度大。Almeida等7针对生活污水进行分析, 发现黑水对生活污水中COD、TSS、NH3-N、PO4-P 的贡献率分别达到了439%、774%、971%、798%,可见黑水是生活污水的主要污染来源。 (3)大部分农村生活污水的性质相差不大,水中基本上不含有重金属和有毒有害物质(但随着人们生活水平的提高,部分生活污水中可能含有重金属和有毒有害物质),含一定量的氮、磷,水质波动大。 (4)不同时段的水质不同。1.2.2水量特征 (1)一般农村的生活污水量都比较小,除小城镇外,农村人口居住分散,水量相对较少,

6、相应地产生的生活污水量也较小; (2)变化系数大,一般在3.05.0 之间。居民生活规律相近,导致农村生活污水排放量早晚比白天大,夜间排水量小,甚至可能断流,水量变化明显,即无水排放呈不连续状态,具有变化幅度大的特点; (3)在上午、中午、下午都有一个高峰时段。第二章 农村生活污水处理技术状况 目前国内外应用农村生活污水治理的处理技术比较多,从工艺原理上可归为两类:第一类是自然处理系统,利用土壤过滤、植物吸收和微生物分解的原理,又称为生态处理系统。常用的有:人工湿地处理系统、土地处理系统、稳定塘等。第二类是生物处理系统,又可分为好氧生物处理和厌氧生物处理。好氧生物处理是通过动力给污水充氧,培养

7、微生物菌种,利用微生物菌种分解、消耗吸收污水中的有机物、氮和磷,常用的有:AB法、A2/O法、A/O法、SBR法、生物接触氧化法等。厌氧生物处理是利用厌氧微生物的代谢过程,在无需提供氧气的情况下把有机污染物转化为无机物和少量的细胞物质,常用的有:厌氧- 兼氧无能耗污水生物净化处理、厌氧滤池、复合厌氧处理技术等。2.1.1人工湿地处理系统 人工湿地污水处理技术是利用人工水生态系统内多级生物的稀释降解作用来去除或削弱水中污染物的方法。主要由人工基质、水生植物、微生物三部分组成。其中,基质表面巨大的生物膜一方面为微生物的生长提供稳定依附表面,同时也为水生植物提供了载体和营养物质,目前,广泛应用的主要

8、为砂、砾石和卵石; 湿地中植物在污水净化工程中有直接和间接作用,水生植物通过通气组织的运输,将氧气运送到根区,在植物根系周围微环境中依次会出现好氧区、兼氧区和厌氧区,废水中大部分有机物可在好氧区被好氧微生物氧化分解,常见的微生物有放线菌、磷细菌、硫细菌、亚硝化细菌、硝化细菌等,它们在分解有机物、脱N 除P 的过程中发挥了重要作用。人工湿地的造价和运行费用远比传统的生物吸附氧化和活性污泥处理工艺费用低,且土建施工较简单,污水可自流进入,无需额外动力,据调查,人工湿地处理系统比普通污水处理系统的工程投资节省40%50%,运行费用仅为普通污水处理系统的10%30%。此系统不仅能使COD和BOD的去除

9、率达到85%以上,还能除磷脱氮。据统计,人工湿地对不同污染物成分的处理效果见表111。因此人工湿地是一个综合的生态系统,具有显著的经济效益、生态效益和社会效益,适合我国国情,尤其适合广大农村、中小城镇的污水处理,具有极其广阔的应用前景。 污水土地处理技术属于土壤渗滤系统,是实现污水资源化的重要途径,它对BOD、COD、氨氮、总氮和总磷有着较高的去除率,具有投资省,运行费用低,管理简单和处理效果稳定等优点,有净化污水,美化绿化环境和节约水资源的综合效果,但有占地面积大、受气候影响大、对土质要求较高等缺点,一般以土质通透性能强,活性高,水力负荷大,处理效率好为原则。适用于地下水位深、有废弃土地资源

10、的村镇。土地处理技术包括慢速渗滤、快速渗滤、地表漫流等处理技术,进入土地处理前需考虑预处理,污水预处理的程度和方式应综合土壤性质、污水土地处理的方法、处理后水质要求及场地周围环境条件等因素确定,一般来说,慢速渗滤和快速渗滤系统需要一级沉淀预处理,地表漫流系统需要格栅和沉淀池。2.1.3 稳定塘稳定塘是经过人工适当修整后设围堤和防渗层的污水池塘。其净化原理类似自然水体的自净机理,通过微生物(细菌、真菌、藻类、原生动物等)的代谢活动,以及相伴的物理、化学、物化过程,使污水中污染物进行多级转换、降解和去除。按净化作用机理分为兼性塘、曝气塘、好氧塘、厌氧塘和综合生物塘等。稳定塘建造投资少、运行维护成本

11、低、无需污泥处理,但负荷低、占地大、受气候影响大、处理效果不稳定。适宜我国村镇以生活污水为主的小水量污水处理。为进一步强化处理效果,国内外相继推出了许多新型塘和组合塘。如装有连续搅拌装置的高效藻类塘、利用水生维管束植物提高处理效率的水生植物塘、多个好氧和厌氧稳定塘相连的多级串联塘以及高级综合塘等。其中,高效藻类塘应用较多,是对传统稳定塘的改进,其充分利用菌藻共生关系,对污染物进行处理,正因其最大限度地利用了藻类产生的氧气,塘内的一级降解动力学常数值比较大,故称之为高效藻类塘15。目前已在太湖地区开展了高效藻类塘系统处理太湖地区农村生活污水的实验研究。 1AB工艺Adsorption-Bioox

12、idation AB工艺是吸附生物氧化工艺的简称,80年代初应用于工程实践。该工艺是在传统两段活性污泥法Z-A法和高负荷活性污泥法的基础上开发的一种新工艺,对曝气池按照高低负荷分二级供氧。A级负荷高,减省了曝气池的容积曝气时间短,产生污泥量大,污泥负荷在2.5KgBOD5/KgMLSS.d以上。B级负荷低,污泥龄较长。A、B两级各设沉淀池单独成系统。系统负荷高,运行较稳定,污泥不易膨胀,有一定的脱氮除磷能力。适用于进水浓度高的各种规模的污水处理厂。但也存在流程较长,污泥回流量较大,能耗较高等问题。 2A2/O工艺Anaerobic-Anoxic-Oxic A2/O工艺是随着污水中的氮、磷浓度越

13、来越高,而排放标准对氮、磷的排放要求也越来越高的情况下开发出来的一种具有除磷、脱氮功能的二级处理工艺。通过该工艺可获得优质的出水。A2/O工艺通过污泥回流和内回流(硝化液回流),在流程中形成厌氧-缺氧-好氧三个反应阶段。通过好氧菌、硝化菌、聚磷菌和反硝化菌的作用,达到除磷、脱氮的效果。A2/O工艺出水优质、稳定,是一种高效的污水处理工艺。但其具有流程长、占地面积较大、投资和运行费用较高、操作运行较复杂的缺点。 3A/O工艺若在A2/O工艺的基础上取消缺氧阶段和内回流(硝化液回流),降低污泥浓度、压缩污泥龄、控制硝化,以去除CODcr、BOD5和磷为主,就是A/O除磷工艺;如果在A2/O工艺的基

14、础上取消厌氧段,抑制磷的释放,以去除CODcr、BOD5和反硝化脱氮为主,就是A/O脱氮工艺。A/O工艺出水除TN指标或总磷指标较A2/O工艺高外,其他方面具有与A2/O工艺相似的特点,且投资和运行成本均比A2/O工艺低,运行管理较A2/O工艺简单。该工艺具有以下特点:总水力停留时间少于其它脱氮除磷工艺;缺氧(厌氧)、好氧交替运行,不利于丝状菌繁殖,无污泥膨胀之虞;A段维持缺氧(厌氧)环境,不需曝气,只需缓慢搅拌,运行费用较低。 4SBR法Sequencing Batch Reactor SBR工艺又称序批式活性污泥法工艺,是一种一体化的工艺,其进水、反应、沉淀、出水均在一个池内完成,使污水在

15、厌氧、缺氧、好氧不断交替的条件下完成对有机污染物的降解,同时达到脱氮除磷的目的。在传统SBR工艺的基础上又发展了很多改良工艺,如ICEAS、CAST、UNITANK、MSBR等。SBR工艺流程简单、占地少、处理效率较高、抗冲击负荷能力强的特点,因为间歇运行和水位变化,设备和构筑物闲置率较高,自动化控制水平要求较高,与后续处理工艺衔接上存在困难。 5生物接触氧化法 生物接触氧化法是生物膜法的一种。该方法是在池内设置填料,已经充氧的污水浸没全部填料,并以一定的速度流经填料。填料上长满生物膜,污水与生物膜相接触。在生物膜微生物的作用下,污水得到净化。生物接触氧化法适于可生化性较好的废水,无常规活性污

16、泥法的污泥膨胀等问题,但存在耗电量高、设备材料维护困难等问题,处理效率不如常规活性污泥法。(1)厌氧- 兼氧无能耗污水生物净化处理 该系统利用生物膜、生物滤池等手段进行兼氧、好氧分解, 以厌氧消化工艺为主体,辅以生物氧化塘作深度处理, 通过多级自流、分段处理、逐级降解的形式, 处理村内汇集来的污水, 整个处理过程不耗用动力, 而是利用重力自然推流。由于采取厌氧消化工艺, 污泥减量明显, 一般仅需3- 5年清掏1次, 运行费用低、维护管理简便。经该系统处理后的污水, SS、COD、BOD5、NH3- N、TN、TP平均去除率分别为49%、21%、41%、51%、40%、45%, 出口水质各项指标

17、均优于GB8978-1996污水综合排放标准一级标准的要求。(2)厌氧生物滤池 厌氧生物滤池的构造类似好氧生物接触氧化池,不同之处在于池顶密封12,其工程投资、运行费用低,对维护人员的要求不高,已在我国农村应用。如北京胡家垡村采用厌氧生物滤池处理生活污水,出水水质达北京市水污染物排放标准(DB 11 /307?2005)的二级标准。另外,若将厌氧生物滤池技术与好氧生物技术联合使用,出水水质可达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918?2002)的一级A 标准20。(3)复合厌氧处理技术 复合厌氧处理技术是厌氧活性法和厌氧生物膜法相结合的处理方法。上海市政工程设计研究总院根据多年积累的污

18、水治理经验,结合农村生活污水处理的实际需求,自主开发了复合厌氧反应器,并成功应用于农村生活污水处理。该复合厌氧反应器由轻质滤料层、悬浮厌氧污泥床等组成,经厌氧活性污泥和生物膜的双重协同作用,污染物去除效率极大提高。此外,通过在反应器中设置特殊轻质滤料层,防止了污泥流失,提高了反应器的容积负荷和处理效果。实际工程的跟踪检测结果表明,复合厌氧反应器对COD和SS表现出良好的去除效果。第三章 人工湿地概述 在1971 年湿地公约中,湿地定义为:不论其为天然或人工、长久或暂时的沼泽地、泥炭地或水域地带,带有静止或流动,或淡水、半咸水或咸水水体者,包括低潮时水深不超过6m的水域。湿地是地球上水陆作用形成

19、的独特生态系统,是重要的生存环境和最富生物多样性的自然生态景观之一。而且它在抵御洪水、调节径流、改善气候、控制污染、美化环境和维护区域生态平衡等方面有非常重要的作用,被誉为“自然之肾”。 而人工湿地是在自然条件下不存在湿地的地方,人为地创造湿地条件及种植相应植物等而发展成的湿地。美国著名湿地研究、管理和设计专家Hammer 等将人工湿地定义为: 为人类的利用和利益,通过模拟自然湿地人为设计与建造的,以饱和基质、挺水和沉水植物、动物和水体组成的复合体。而我国国内学者对人工湿地的定义为: 通过模拟天然湿地的结果和功能,选择一定的地理位置和需要,根据人们的需要设计和建造的湿地。 人工湿地污水处理系统

20、利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用来实现对污水的净化作用。这种湿地系统是在一定长宽比及地面坡度的洼地中, 由土壤和按一定坡度充填一定级别的填料如砾石等 混合结构的填料床组成, 并在床体的表面种植具有处理性能好、成活率高、抗水性强、生长期长、美观且具有经济价值的植物如芦苇、茳芏等挺水植物 ,它与在水中、填料中生存的动物、微生物形成一个独特的动植物生态环境, 污水流经床体表面和床体填料缝隙时,通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解等实现对污水的高效净化处理16。 污水处理型人工湿地是以人工湿地床和塘系统处理为主的包括前处理和后处理的污水处理工艺。前处理单元包括各种预处

21、理工艺,如格栅、沉砂池、沉淀池、调节池、化粪池等;后处理单元即人工湿地单元主要是人工建造的多级植物床、植物塘组合的湿地单元及水流控制设施。在实际运用中,人工湿地可由单一或多个植物床具有一种或多种植物、一种或多种基质及一种或多种水流方式构成,又可是一个或多个植物床和植物塘或兼性塘、氧化塘等多种类型湿地单元组合而成。 当今国内外学者对人工湿地系统的分类多种多样。从工程设计的角度出发,按照系统布水方式的不同或水在系统中流动方式不同一般可分为自由表面流人工湿地、水平潜流人工湿地、垂直潜流人工湿地。3.2.1自由表面流人工湿地。 这种类型的人工湿地和自然湿地类似,污水以较慢的速度从湿地表面流过,污水中有

22、机物的去除主要依靠生长在水下的植物的茎和杆上的生物膜来完成,湿地中的氧主要来自于水体表面扩散、植物根系的传输和植物的光合作用,水深多在0.1-0.6m 之间,难以利用填料表面和生长丰富的植物根系对污染物的降解作用。常用的植物包括:香蒲、芦苇、慈菇、莎草等。这种类型的人工湿地具有投资少、操作简单、运行费用低等优点,但占地面积较大,水力负荷率较小,去污能力有限;而且系统的运行受气候影响较大,水面冬季易结冰,夏季易生蚊蝇,散发臭气。 自由表面流人工湿地示意图3.2.2水平潜流人工湿地。 污水从进口经由砂石等系统介质,以近水平流方式在湿地床的表面下流动,基质通常由矿石和粗砂组成,从而能提供较多的孔隙以

23、使污水能迅速渗漏到整个基质床。一方面可以充分利用填料截留、过滤等作用,充分利用植物根系周围的微生物群落,提高处理效果和处理能力;另一方面由于水流在地表以下流动,保湿性较好,处理效果受气候影响较小,占地较少,而且卫生条件较好。介质通常选用水力传导性良好的材料,氧主要通过植物根系释放。一般情况下,这种人工湿地的出水水质优于传统的二级生化处理。但是它较表面流湿地建设成本高、控制也相对复杂,脱氮、除磷效果不如垂直流湿地。目前欧洲国家大多采用这种设计类型,主要应用芦苇,因此又称芦苇床处理系统。香蒲也是常用的湿地植物。 潜流人工湿地示意图3.2.3垂直潜流人工湿地。 污水从湿地表面纵向流向填料床的底部,床

24、体处于不饱和状态,氧可通过大气扩散和植物传输进入湿地。其硝化能力高于水平潜流人工湿地,可用于处理氨氮含量较高的污水。但处理有机物能力不如水平潜流人工湿地系统,落干/淹水时间较长,控制相对复杂,夏季有孽生蚊蝇的现象。 三种人工湿地处理污水系统类型比较 人工湿地是一个完整的生态系统,主要由五个基本要素组成,各部分协同作用。1透水性的基质 人工湿地的基质用来支撑湿地植物、蓄纳污水和为污染物提供物理、化学和生物转化场所。常用的人工湿地基质主要包括砾石、碎石、砂、土壤、有机质,为微生物提供稳定的依附表面,同时为水生植物提供载体和营养物质。基质选择主要考虑其质地、有机质含量、pH、电导率等,同时需要考虑待

25、处理污水的类型、地理因素和经济因素。2好氧和厌氧微生物 微生物是人工湿地净化污水的主要“执行者”。人工湿地的许多功能是由微生物及其代谢作用调节的。人工湿地中的微生物包括细菌、酵母菌、真菌、原生动物和藻类,他们是净化污水的主要贡献者,是人工湿地主要的有机碳汇。微生物的作用:转化有机或无机物质为无毒或不可溶物质、改变基质的氧化还原条件来影响湿地的处理能力、参与湿地的养分循环。随着污水处理的时间,人工湿地某些微生物的数量逐渐增加,并形成能够适应并利用污水中污染物的特定群落。3水生植物 水生植物自身的吸收作用以及为微生物提供生境,使之成为湿地必不可少的一部分。其主要的功能就是向基质输送氧气,为微生物降

26、解污染物创建好氧微环境。最常用的人工湿地植物是自然湿地挺水植物,如芦苇和香蒲等。但是由于人工湿地的植物必需能忍耐长期的淹水和浓度时常变化的各种污染物,因此并不是所有的湿地植物都适合污水处理。选择人工湿地植物的首要原则是植物有发达的根系,并且能迅速扩繁,其次,植物必须具有良好的通气组织,以便有效地将氧输送到根际,为植物根系和微生物创造良好的微生境。人工湿地植物应尽可能选用当地的乡土植物,因为它们更能适应当地的气候、土壤和周围的动植物环境。4无脊椎或脊椎动物 如大量的土坡动物、鱼类、鸟类等。5水 水是湿地得以存在的前提和保障,也是水生植物和动物生存的必需条件,是湿地生态系统的重要组成部分和显著特征

27、之一。水文周期和水中营养物质的含量变化均会对湿地产生重大影响。湿地中水的运动受降雨、蒸发、风、基质的性质及植物的影响。对人工湿地而言,这些因素将以各种方式影响污水处理的效果。例如,降雨可以稀释污水的浓度、增加出水径流、从而缩短污水中的污染物与人工湿地生态系统相互作用的时间。相反,蒸发作用则会浓缩污水、减少出水,从而增加污水的水力停留时间。 人工湿地具有独特而复杂的净化机理,利用基质?微生物?植物复合生态系统的物理、化学和生物的三重协调作用,通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对废水的高效净化。同时,通过营养物质和水分的生物地球化学循环,促进绿色植物生长并使其增产,实现废水

28、的资源化和无害化。(1)有机物的去除。 湿地对有机物的去除主要是靠微生物的作用。土壤具有巨大的比表面积,在土壤颗粒表面形成一层生物膜,污水流经颗粒表面时,不溶性的有机物通过沉淀过滤吸附作用很快被截留,然后被微小生物利用;可溶性有机物通过生物膜的吸附和微生物的代谢被去除。植物向土壤中传输氧气,使得人工湿地中的溶解氧呈区域性变化,连续呈现好氧、缺氧及厌氧区域。因而土壤中存活着好氧菌、厌氧菌和兼性菌。好氧菌通过代谢将有机物分解为二氧化碳和水;厌氧菌发酵将有机物分解为二氧化碳和甲烷。污水中的大部分有机物最终被异养微生物转化为微生物体、二氧化碳、甲烷和水、无机氮、无机磷。2 氮的去除。 污水中的氮基本以

29、有机氮和氨氮两种形式存在。有机氮在微生物作用下被分解为氨氮。废水中无机氮的去除,植物直接吸收只占很少的一部分,主要的去除途径还是通过微生物的氨化、硝化和反硝化作用来完成的。如前所述,人工湿地中连续呈现好氧、缺氧及厌氧区域,相当于许多串联或并联A/O 处理单元,使硝化和反硝化作用可以同时进行:在这样的土壤环境中,氨氮被亚硝化菌转化为亚硝态氮,亚硝态氮又被硝化菌氧化成硝态氮,最后反硝化菌又把硝态氮转化为氮气,最终从污水中去除。3 磷的去除。 污水中磷的去除是通过植物的吸收、微生物的积累及湿地床的物理化学等几方面共同作用完成的。污水中的溶解性的磷可被植物直接吸收,通过植物的收割从湿地系统中去除,但植

30、物的吸收作用只占很少的一部分,缪绅裕等17在研究中发现,加入系统中的磷主要存留在土壤中,留存于植物体和凋落叶中的很少。磷的另一去除途径是通过微生物的作用,一方面磷为微生物正常代谢所需要被微生物正常同化吸收,另一方面是通过聚磷菌的过量摄磷作用使磷去除的。还有,磷被介质土壤或填料 通过吸附或离子交换作用而得以去除。在这几种作用中介质的吸附是主要的,通过对湿地床的定期更换而将其从系统中去除。4 硫化物的去除。 人工湿地对硫的去除主要是微生物的分解及植物的吸收。有机硫化物经矿质化被分解成硫化氢,部分硫化氢挥发逸出湿地,部分则通过硫磺细菌和硫化细菌的硫化作用形成硫磺、硫酸,它们与土壤中的各种离子结合形成

31、无机硫化物。无机硫化物部分会被植物吸收利用,也有一部分会在反硫化细菌的作用下经反硫化作用形成硫化氢,硫化氢再逸出湿地或又参与硫化作用。5 重金属的去除。 湿地对重金属的去除主要是土壤或填料对重金属的吸附和反应,吸附有离子交换吸附和专性吸附。污水中重金属离子浓度一般很低,不能与土壤中无机阴离子形成金属沉淀,它可以与土壤中的有机质络合,增强重金属对土壤的亲和性。土壤中微生物对重金属的去除也有相当的作用,它们可通过胞外络合作用、胞外沉淀作用固定重金属,还可把重金属转化为低毒状态,也有的转化为毒性更强的物质。另外还有植物对重金属的积累,重金属以各种形态存在,其中溶解性的可被植物吸收在植物中积累,茎以上

32、部分可随植物的收割最终从湿地中去除,不溶性的可被介质的过滤作用截留。还有大片密集的植株以及它们发达的地下部分形成的高活性根区网络系统和浸水凋落物,使进入湿地的污水流速减慢,这样有利于污水中悬浮颗粒的沉降,及吸附于水中重金属的去除。 人工湿地的工艺组合有多种形式,其中常用的有推流式、回流式、阶梯进水式和综合式四种。 回流式可稀释进水的有机物和悬浮物浓度,增加水中的溶解氧,并减少处理出水中可能出现的臭味问题。出水回流还可以促进床内的硝化和反硝化脱氮作用,采用低扬程水泵,通过水力喷射或跌水等方式进行充氧。阶梯进水式可避免处理床前部堵塞、使植物长势均匀,有利于床体后部的硝化脱氮作用;综合式则一方面设置

33、了出水回流,另一方面又将进水分布至填料床的中部,以减轻填料床前端的负荷。 人工湿地的运行可根据处理规模的大小进行多种不同方式的组合,如图所示,一般有单一式、并联式、串联式和综合式等,此外,人工湿地还可与氧化塘等系统串联组合。 (1)投资少,建设、运营成本低廉 国内外研究实践表明,人工湿地处理污水的建设和运营成本低廉,并且易于维护。以我国部分系统为例,以下表中的对比数据显示,其建设成本(吨污水投资)和运营成本(吨污水处理费)约为传统污水处理厂成本的1/101/5左右,从而能够节省大量的资金,经济效益显著。(2)污水处理系统组合的多样性,针对性 人工湿地污水处理系统一般由人工基质和水生植物两部分组

34、成。人工基质又称为填料,一般由土壤、细沙、粗砂、砾石、灰渣及石灰石、沸石等组成。不同的基质对同种污染物质的处理能力是不同的,并且某些基质的组合要优于单一基质的处理能力。因此根据污水中的污染物的种类、特征可以选取不同的基质或采取几种基质的组合。如以石灰石作为基质可以有效地去除P,而要去除TP、TN最好采用沸石-石灰石组合的基质18。 至于水生植物的类型也是多种多样。一般以挺水植物为主。目前研究、运用较多的水生植物有芦苇、灯心草、宽叶香蒲、茭白、浮萍、美人蕉、红枫、凤眼莲、茳芏等类型。研究表明,不同的植物类型对不同的污染物质也具有一定的针对性。如茭白、芦苇对N、P污染物有较好的去除作用19, 20

35、,宽叶香蒲对Pb、Zn、Cd等重金属有较好的去除作用21植物的选取还要参考成活率当地的植物类型成活率高、经济价值、衍生的微生物种群等方面。由此可见,人工湿地污水处理系统组合的多样性,针对性可以使我们根据需要来灵活地对其进行选择。3处理污水的高效性 应用实践的研究数据表明,人工湿地处理污水的效果是理想的,优于传统的污水处理工艺22-24。在进水浓度较低的情况下,一般对污水中BOD5的去除率在8595%之间。COD去除率可达80%以上。处理污水中BOD5的浓度在10mg/L 左右,SS浓度小于20mg/L23,对N的去除率可达60%,对P的去除率可达90%以上25,对农药类、细菌总数等去除率在90

36、%以上,对重金属如Fe、Cu、Pb、Zn、Cd和Mn等的去除率也很高,大都在90%以上21, 26。需要提到的是,由于湿地类型、基质和植物的选取,气候、污染物的浓度等方面的差异,污染物的去除率具有一定的波动范围。1993年,Bastain等总结了北美人工湿地污染物去除率的波动范围,如有机物去除率在5090%之间波动,悬浮物去除率在4094%之间波动,氮的去除率在3090%之间波动4 独特的绿化环境功能 人工湿地同自然湿地一样,由于栽种有大量的水生植物,所以对环境起到了绿化的功能。成规模的人工湿地不但迅速增加了绿地面积、消除城市热岛效应,还能为人们提供一个优美的新型的城市生态景观。北京中关村生命

37、科学园国际公开竞标中,俞孔坚设计的方案荣获第一名并中标,该方案的最突出特色就是将人工湿地引入了现代城市景观设计之中。5 受气候条件限制较大 人工湿地栽种的植物类型恰当与否,直接关系着系统处理污水的效率和经济效益,而植物类型的选取受到了气候条件的限制。以我国北方城市哈尔滨为例,哈尔滨属于中温带大陆性季风气候,多年平均气温在2.54.3之间,四季分明。冬季气候寒冷,气温低。此种气候条件不适合美人蕉等热带植物的正常生长和处理污水功能的正常发挥。只能选取温带或部分亚热带植物作为净污植物。27此外,冬季地表水结冰,抑制了水的流动,所以表面流湿地在哈尔滨等北方城市的冬季是不可行的,只宜采用潜流湿地。(6)

38、占地面积相对较大 人工湿地净污的效果与污水在湿地中流动的时间和空间充足与否有着很大的相关关系。其次,当系统中的填料和植物纳污达到饱和程度时需要用备用池来交替运行。另外,为防止淤积,往往建造预处理池对污水进行先期处理。所以,与传统的污水处理厂相比,人工湿地污水处理系统需要较大的占地面积,一般认为大约是传统污水处理厂的23倍左右。其中,表面流湿地由于水力负荷小,需要较大的占地面积28。因此,人工湿地系统的选址问题要考虑到环境、经济效益综合最优化,规模化的因素,尤其在空置土地比较少的大城市,最佳的解决办法就是将工程选址在市郊区域,这样不但不占用宝贵的市区土地资源,而且还可以减轻风沙等对市区的环境影响

39、。7容易产生淤积、饱和现象 人工湿地能有效地去除污水中的有机物、悬浮物、TN、TP、SS、重金属、病原体等污染物质。但是随着时间的推移,部分营养物质会逐渐地积累,湿地中的微生物相应地繁殖,如果维护不当,便很容易产生淤积、阻塞现象,使水力传导性、湿地处理效果和运行寿命降低;随着污水处理过程的不断运行,数年内基质的吸附能力通常会趋于饱和,也会影响湿地的处理效果。排除淤积、饱和现象的最佳途径是要在有备用池的前提下,定期地对基质进行去淤、更换、对植物进行收割。此外,人工湿地中栽培的植物还易受到病虫害、火灾的威胁以及自身生长周期的影响,也是应该加以重视的问题。 从上述分析来看,人工湿地污水处理系统的优势

40、仍然占据着主要层面。其巨大的经济、社会和环境效益促使许多国家都在积极地克服困难、不断地去研究、应用。第四章 人工湿地设计 新洲区是武汉市的远城区之一,位于武汉市东北部、大别山余脉南端、长江中游北岸,界于东经11430?1155和北纬3035?302之间,东邻团风,西接黄陂,南与青山、鄂州隔江相望,北与红安、麻城毗邻交错,地势由东北向西南倾斜,山岗与河流呈“川”字型排列,俗称“一江(长江)、两湖(武湖、涨渡湖)、三河(举水河、倒水、沙河)、四岗(楼寨岗、叶顾岗、长岭岗、仓阳岗)”。1951年,新洲从黄冈析出建县;1983年,划归武汉市管辖;1998年,撤县设区。全区版图面积1500.66平方公里

41、,其中陆地占82%,水域占18%;总人口98.57万,辖10街3镇1个经济开发区1个风景旅游区。区政府所在地邾城是武汉市的卫星城,阳逻开发区是市区共建的省级经济开发区,道观河风景旅游区是武汉市四大风景旅游区之一。 邾城街是武汉市的都市卫星城,新洲政治、文化、科技、商贸中心,人口16.67万,辖40个村、12个社区,版土面积100.78平方公里,其中耕地面积4823公顷。辖12个居委会、40个村委会:清安、蔡濠、章南、凤凰台、黄茂、红旗、东安、南街、幸福、文化、新建、刘集、城东、城北、城南、骆畈、章林、钟杨、向东、余姚、龙桥、胜英、登峰、顾岗、巴山、红峰、刘六、梅店、铁衙、章兴、永立、章程、巴徐

42、、大渡、饶菜、城西、铁甲、程湖、陈先、钱寨、陶刘、刘集、肖桥、吴榜、新港、邱桥、易窑、东港、站桥、破月、联合、詹河。 章程村位于武汉市的东北部,北邻陈添奇村,西与胡店村、西峰村相连,南面毗邻张师村,东面与巴徐村接壤。318国道复线公路穿境而过,交通条件十分便利。全村版图面积3200亩,居民670户,2498人。本工程污水收集范围为章程村章程湾集中居住区生活污水,收集区涵盖住户约200户,约为987人。(编得是否可以?)(2)污水最大日流量: 根据国家标准室外排水设计规范,生活污水总变化系数选取按下表进行 则污水最大日流量Q2.9 L/s。(总变化系数Kz的选取可以否?)水质指标CODCrmg/

43、LBOD5mg/LSSmg/LNH3-N以N计TPmg/L进水浓度250130250225 处理后达到城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918-2002要求的一级B标准。水质指标CODCrmg/LBOD5mg/LSSmg/LNH3-N以N计TPmg/L排放标准602020151 总体工艺流程的确定对污水处理设施的技术经济性能起决定性的作用,同时各单元处理工艺及构筑物的选择也是非常重要的,直接影响污水处理厂运行的稳定性、可靠性和灵活性。因此,有必要根据污水处理厂工程确定的进出水水质和特性,以及总体处理工艺方案等综合考虑工艺流程单元及构筑物的选择和确定。下面为本工程各处理单元的说明。 村居民生活

44、污水通过新建收集管道进行收集,为了拦截污水中漂浮物及大颗粒杂质,防止提升泵及处理设施堵塞,需设置格栅及格网。较小而重的颗粒则在沉砂池中沉淀去除。 b. 厌氧调节池 由于用水时段较为集中,呈明显周期性变化,就餐及盥洗时排水量多,其余时间排水量少,尤其是深夜至凌晨水量很少。因此需要设置调节池用以调节水量。生活污水在厌氧调节池中经过厌氧菌的降解作用,去除部分有机污染物,也能够将部分难降解的有机物分解为易降解的物质,同时也具有一定的沉砂功能。改善了生活污水生活特性,减轻人工湿地处理负荷。厌氧池内的沉砂和剩余消化污泥,定期委托处理。由于该污水多为生活污水,污泥中有害物质较少,可作为农田种植、园林绿化肥料

45、利用。 经过前面预处理后,水中污染物浓度大大降低,悬浮物减少,降低了潜流湿地的负荷,减少了堵塞的可能性。潜流湿地上层覆土或塘泥,并种植浅表根系的美人蕉、香蒲、茭草、灯芯草等植物,进一步降解和吸收有机物,下部通过碎石构筑的过滤床层,相当于生物滤池的作用,当污水通过时,碎石上生长生物膜,生物膜与污水接触,大部分有机污染物通过兼氧和好氧微生物作用分解去除。4.3.1格栅沉砂池(老师,按您的图纸,两个间隙不同的格栅是做在1个沉砂池里的,但是学生按水控书上的公式来计算格栅构筑物时,会有两个不同的数据,学生想问是两个格栅分开算,还是选择尺寸大的来做?)0.6m(具体尺寸根据实际调整) 栅宽:B=530mm

46、 栅条间隙:b10mm和b=5mm各一台 格栅倾角:60 格栅定期人工清渣,清渣周期1-2次/7天。设计计算: ?最大设计流量,m3/s,取0.0029 m3/s; ?栅条净间隙,m,取b0.01m和b=0.005m各一台; ?栅前水深,m,取0.2m; ?污水流经格栅的速度,m/s,取0.1 m/s; ?格栅安装倾角,(),取60 ?经验修正系数。计算得: 14; 27 ?格栅槽宽度,m; ?栅条宽度,m,取0.01m; ?格栅间隙数,m。计算得: ?过格栅水头损失,m; ?阻力系数,其值与栅条的断面几何形状有关,计算公式取,2.42; ?重力加速度,取9.81m/s; ?系数,格栅受污物堵

47、塞的,水头损失增大倍数,一般采用3.计算得: H H?栅后槽总高度,m; ?栅前水深,m; ?格栅前渠道超高,一般取0.3m; ?格栅的水头损失,m.计算得: 5. 进水渠道渐宽部位的长度L1 L1 B-B1/2tan1 B1?进水渠道宽度,m,计算公式为B1得B10.145m; 1?进水渠道渐宽部位的展开角度,取。计算得: 7.格栅的总建筑长度L LL1+L2+1.0+0.5+(h1+h)/tan60 计算得: ?每日栅渣量,m/d;?单位体积污水栅渣量,m/10 m污水,一般取0.10.01,细格栅取大值,粗格栅取小值。计算得: 0.005 m/d; 0.01 m/d 采用人工清渣。 数

48、量:1座,砖混结构2.8m(具体尺寸根据实际调整)(是否合理?) 停留时间:21h 有效容积:45m3 (是否合理?)设计计算: VVs+Vn V?化粪池的有效容积m; Vs?污水部分容积m; Vn?污泥部分容积m; 其中: Vs N?化粪池所承担的建筑物内的总人数人,取987人; n?使用卫生器具的人数与总人数的百分比, 住宅取0.7; q?每人每天最高排水量(同最高生活用水标准)(L/人?d),取100 L/人?d; t?污水在化粪池内停留时间d,取0.875d。计算得: Vs m Vn m?污泥清掏后残留的熟污泥量容积系数, 取为1.2;a?每人每天污泥量, 一般取0.7L/人?d);

49、T一污泥清掏周期,按90d,180d,360d计,取180d;b一新鲜污泥的含水率, 取b95%; K一污泥发酵后体积缩减系数, 取为0.8; C一污泥经发酵浓缩后的含水率, 取90%。计算得: Vn41.8 m化粪池的有效容积V:V44.32 m由于有效容积V12 m,采用三格化粪池。 长:6+0.36.6m, 宽:3+0.33.3m, 高:2.5+0.32.8m(合理否?) (老师,化粪池每格的容积和几何尺寸以及开孔高度是否要设计?) 数 量: 1座0.7m分为两单元,各单元尺寸:13m14m(合理否?) 湿地床池底采用混凝土结构,池墙采用砖块混凝土结构,表面抹灰。 1. 湿地表面积 A

50、式中:A?湿地表面积(m); Q?系统平均流量(m/d),取Q100 m/d; ?入流BODmg/L,取78mg/L;(1.06), T假定为25,则1.357。 d?潜流床深度(m),芦苇床取0.60.7,取d0.7m。(老师,床深度大部分文献及书是根据植物根系来选择的,不知道学生选这个深度可以否?) n?床层孔隙率, 一般从10-40%不等,取孔隙度为40%。计算得: A358m2 2.湿地床截面积 A 式中:A?湿地床截面积,与水流方向垂直(m); ?介质的水力传导率m/ m?d,选择砾石,取500 m/ m?d; S?床层坡度,或水力坡度,取0.02。计算得:A10 m W A/d计算

51、得: W14.3m 取W14m L A/W 5.水力停留时间 T 计算得: T.02d 6. 表面有机负荷q式中: q?表面有机负荷,kg/(m?d);计算得:q0.0154 kg/(m?d) 7. 表面水力负荷 q 式中:q? 表面水力负荷,m/(m?d)。计算得:q m/(m?d) 8.将人工湿地划分成两个单元,各单元几何尺寸为13m14m(老师,人工湿地之所以分成几个单元,是为了改善水力条件吧?两单元间是否是设计成中间隔板打孔来使水从一边流向另一边?) 原则:位置选择符合乡镇总体规划和排水工程总体规划的要求;位置位于乡镇水体的下游,污水尽量能全部自流入站;在城镇夏季主导风向的下风向;有良

52、好的工程地质条件;与城市规划居住、公共设施保持一定的卫生防护距离;考虑远期发展的可能性,又扩建的可能;便于处理后出水的排放和利用;位置地形不受水淹,有良好的排水条件;有方便的交通、运输和水电条件。 对于新建人工湿地,根据设计形成的湿地单元,分单元进行挖掘,将场地挖到设计深度,平整夯实,保证达到设计坡度,然后进行防渗处理,以防止地下水受到污染或防止地下水渗透进入湿地。提供二级处理的潜流湿地一般需要衬里,以防止污水和地下水直接接触。 如果现场的土壤和黏土能够提供充足的防渗能力,那么压实这些土壤做湿地的衬里已经足够。含有石灰石、断裂的基岩、碎石或砂质土壤的场地,必须用其他方法进行防渗处理。在选择防渗

53、方法前,需要对建筑材料进行实验分析。含有15%以上的土壤一般比较合适,膨润土和其他黏土提供了吸附反应的场所,并能产生碱度。 人工衬里包括沥青、合成丁基橡胶和塑料膜(如0.5-10.0mm 厚的高密度聚乙烯)。衬里必须坚固、密实和光滑,以防止植物根部的附着和穿透;如果现场的土壤含有带棱角的石块,那么衬里下面需铺一层沙或土工布,以防止衬里被刺穿;在潜流湿地系统中,合成衬里的下面一般也要铺上土工布以防止刺穿。 防渗工作结束后,需进行渗透试验,以检验和确保防渗效果。然后回填原土或填充其他填料,种植湿地植物。 本工程所在地的土壤和黏土能够提供充足的防渗能力,压实这些土壤做湿地的衬里。(可否?)4.4.2

54、基质的选择 基质又称为填料、滤料,一般由土壤、细沙、砾石、碎瓦片或灰渣等构成。基质为植物和微生物提供生长介质的同时,通过沉淀、过滤和吸附等作用直接去除污染物。一般来说,采用潜流湿地处理污水时,根据水力停留时间、占地面积和出水水质等先知因素,可以选用土壤、细沙、粗砂、砾石、碎瓦片和灰渣中的一种或几种为基质。针对不同来源的污水,不同的植物和气候条件,应结合实际选用适当的基质。 目前,沙石混合仍是最常用的形式。基质的深度依据植物根系发展的长度来设计。一方面,要尽量加大接触面积,让污水充分通过湿地,利于净化功能的实现,另一方面,不能设计太深,以免植物的根系不能到达根部。按照国内外实践的经验,对芦苇等高大植物,一般设计深度在60cm左右,对根系不发达的植物应适当减少。 施工现场的表层土应该挖出、保存和替换到湿地中,以形成根部土壤。大型挺水植物如香蒲、蒲草以及芦苇的根和根系通常占有上部30-40cm 厚的土壤深度,因此应该保持这一厚度的土层。湿地中原有的表层土如果可以使用,在施工中可将这部分土壤跟其他的土壤分开保存。表层土含有本地湿生植物的种子,这些种子可以在湿地中发芽。如果在场地中没有这种表层土,则需要从其他地方运来表层土以优化植物的存活和生长。 基质的选用过程中通常