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农村污水来源分析实例

农村生活污水来源
农村污水是农村村庄和小镇的居民生活污水和生产废水的总称。它的来源很多,通常有:
(1)农村居民日常生活产生的污水。
(2)中小学、当地政府机关、民俗旅游、旅店排放的污水。
(3)农民养殖的畜禽排泄物。
(4)乡镇企业排放的各种污水。
其中,农村生活污水一般来源于以下三方面:
优良是厨房污水,多以洗碗水、涮锅水、淘米和洗菜水组成。淘米洗菜水中含有米糠菜屑等有机物,其他污水中含有大量的动植物脂肪和钠、醋酸、氯、碘等多种元素。由于生活水平的提高,农村肉类食品及油类使用的增加,使生活污水的油类成分增加。
第二是生活洗涤污水,洗涤用品的使用使洗涤污水含有大量化学成分。比如,太湖洗衣废水占生活污水的21.6%,巢湖、滇池大约为17.9%。有调查显示,92%的农村家庭一直使用洗衣粉,6%的家庭同时使用洗衣粉和肥皂,只有2%的家庭长期使用肥皂[6]。洗衣粉的大量使用加重了磷负荷问题。
第三是冲厕水。部分农村改水改厕后,使用了抽水马桶,产生了大量的生活污水。部分农村仍在使用旱厕,且有的农户养家畜家禽,产生了冲圈水,粪料还田,粪水溢流。畜禽粪尿所含的N、P及BOD等浓度很高,冲洗水中的COD、BOD5和SS浓度也很高。资料显示,养殖一头猪产生的废水是一个人的7倍,而养殖一头牛则是22倍。
农村生活污水水质水量的特点
由于农村的特殊性,一般没有固定的污水排放口,排放比较分散,其污水水质水量有自身特点。
1 总量巨大且逐年增加
2008年统计结果显示,全国农村生活污水日排放量达320.5万吨,其中总氮日排放量约为283.1吨,总磷日排放量约为56.6吨,基本上未经任何处理便直接排放[8]。随着“十二五" 政策向中小城镇和农村地区倾斜,我国中小城镇和新农村建设快速发展,城镇和农村地区居民生产、生活污水的排放量也以数倍、甚至十几倍的速度增长。据第六次全国人口普查,我国农村人口约8.88亿,占人口总数的70.1%,可以预见农村污水的排放量之大。随着乡镇、农村的进一步发展和农民生活水平的提高以及农民生活方式逐步城市化,如抽水马桶和洗衣机的普及,农村生活污水的排放量不断增加,2010年,我国村镇污水排放量约270亿吨[9]
2 水质、水量波动大
农村生活污水水质水量因地区性经济程度、生活习惯与习俗、生活方式以及季节的差异而有着较大的不同。经济水平低的农村卫生洁具或卫生间的排水较少,主要是洗涤、沐浴等生活污水,人粪尿大部分用于还田,少部分由于没有卫生洁具或合理的集水系统,收集难度较大。经济水平高的农村还包括卫生间的生活污水。不含粪便污水的氮磷含量较低;含粪便污水的磷氮含量特别高[10]。农村生活污水水质不稳定,不同时段的水质不同,可生化性好,一般不含重金属和有毒有害物质,但含有较多的合成洗涤剂以及细菌、病毒、寄生虫卵等[11]。与城市用水不同,农村用水一般以河水、井水和自来水结合使用,自来水为饮用水源,河水、井水作为辅助用水用于衣物洗涤、冲刷地面、饲养家禽等。一般农村生活污水量都比较小,污水排放不均匀,水量变化明显,瞬时变化较大,日变化系数一般在3.0-5.0之间,在某些变化较大的情形下甚至可能达到10.0以上。由于农村居民生活规律相近,农村污水的排放一般在上午、中午、下午各有一个高峰时段,夜间排水量小,甚至可能断流,即无水排放呈不连续状态。当该村镇为旅游地区时,不仅昼夜变化系数大,而且季节性变化系数亦较大。
农村污水的排放特征及途径
农村生活污水一般呈粗放型排放,显著特征是间歇排放、排水量少且分散、远离排污管网及大水体、水环境容量小、污水处理率低、管理水平低和瞬时变化较大。另外,因受人口密度、经济结构、作物组成、节水水平、水资源条件等多种因素的影响,各省农村的用水指标值差别很大,从而导致不同地域农村生活污水的产生和排放特点也存在很大的差异。冲厕污水的排放量与给水方式和水平直接相关,一般自来水普及率越高,冲厕污水的排放量越大;洗米、洗菜、洗澡污水沿排水管道或害沟排放,然而,如果渗漏情况非常严重,污水沿排水沟渠几乎全部就地下渗。
农村一般很少有完善的污水收集系统,居民基本上将生活污水通过房前屋后的小沟或小渠排放到附近的水体,有时会直接将污水洒向地面,或将部分可用的生活污水用来喂猪等。农村生活污水的排放途径主要有:直接洒向地面、就近排入河道、通过下水道入河等。建设部的《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表明,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。89%的村庄将垃圾堆放在房前屋后、坑边路旁甚至水源地、泄洪道、村内外池塘,无人负责垃圾收集与处理。农村污水直接排放,造成河流、水塘污染,影响村民居住环境,严重威胁农民的身体健康。
 
农村生活污水的收集:查找目前使用的各种收集方式和设施,了解其特点和弊端等。
与城市相比,农村人口密度低、分布分散,生活污水排放面广,因此不宜采用城市污水集中收集模式,必须根据农村实际,采用适合农村特点的收集方式。《上海市农村生活污水处理技术指南》指出:农村生活污水的收集必须结合当地的地形条件、村落分布,因地制宜地采用不同的模式收集污水,根据村落的具体地形地势、地理位置、住宅分布等实际情况,我国农村采用不同的生活污水收集输送方法,有些以村为单位构建收集系统,有些几户共建,有些甚至单户独立建设。现有的收集方式可分为3 类:镇村集中收集模式、住户分散收集模式、市政统一收集模式
适用条件 
 

污水收集模式 技术概况 适用条件
镇村集中收集模式 镇村统一铺设污水管网,污水收集后,进入镇村污水处理站集中收集 地势平缓,居住集中
住户分散收集模式 划分不同区域,单户或邻近几户铺设污水管网,各自收集、处理、排放污水 地势高低错落,住户分散
市政统一收集模式 镇村统一铺设污水管网,污水收集后,接入附近的市政管网,进入污水处
理厂统一处理
镇村内有市政污水管道直接穿过,或依
靠重力流一次排入市政管网
在上述三种收集方式中,我国目前采用的均是传统的重力排水方法。
在污染不严重降雨量较大的地区,可以采用分流制,直接将雨水排入附近的受纳水体中;而在污染较为严重降雨量较大的地区,建议采用合流制将雨水与生活污水一同排入污水处理系统。
在集水区域相对较小的地方,可以采用集中收集替代的方法一种是采用真空排水系统,系统中由于中心泵站的作用,所有的管道都处于负压状态,污水被吸入管道并输送到污水处理系统,由于污水流动不是靠重力作用,这种收集系统不需要形成坡度,因而管道可以贴近地面,安装和维修费用都较低,管道渗漏也不会对环境造成污染但是真空排水系统的主要缺点是耐久性低,管道容易破损,尤其在它们的连接处如果系统损坏,连接到系统支管的房屋在系统修复之前是无法排放污水的;同时大量的阀门也会造成操作上的严重问题另一种替代方法是采用压力排水系统,系统中几个房屋的污水被收集并被泵入一个公共压力总管中,该总管接收来自很多泵站的污水连接泵站的管道可以很细且无需坡度,因此管道埋深可以很浅,降低了施工费用,管道耐久性相对较好,且管道破损后,系统仍然能够排放污水,但是破损的管道会带来大面积的污染对于这两种替代重力流的污水收集系统,适用于人口较密集的小范围村落,且经济条件发达的地区
 
详细了解直排污水对环境会产生的危害
1.生活污水直接排放:农村生活污水污染特征主要表现为:污染面广且分散,难以收集;污染物来源多,水质复杂,除了生活与生产排放污水外,还包括人畜禽粪便,以及生活垃圾堆放深绿而产生的污水。排放量增长快,变化幅度大。人畜排泄及冲洗粪便产生的污水、厨房产生的污水、洗衣和家庭清洁产生的污水、农民洗澡产生的污水等主要含有大量的污染物COD和氮磷等富含营养物质含量较高,直接排入沟渠、河道、池塘后,比较终污染水体,导致农村地表水呈现不同程度的富营养化。
2.农业生产废水直排:农业废水是造成水体污染的面源,水体中有机质、植物营养物质及病原微生物含量高,且含较高量的化肥、农药。喷洒农药及使用化肥,一般只有少量附着或施用于农作物上,其余绝大部分残留在土壤和漂浮在大气中,而后通过降雨、径流和土壤渗流进入地表水或地下水,造成水体污染。
3.养殖业污染:a.氮和磷的污染:不少地区饲料营养不平衡,不配套的氨基酸在畜禽体内降解,排除体外造成氮污染。谷物中的植物磷不能被动物直接吸收,绝大部分随粪便排出体外,造成土壤、地表水和地下水的磷污染。未经处理的污水混入灌溉水中,对水稻等作物造成毒害,导致减产;排入鱼塘,则影响渔业生产;排入江河,则破坏其生态系统。
b.重金属污染:不少人认为高铜等将对畜禽生长起促进作用,故饲料中往往有一些重金属元素的添加剂,会直接造成环境污染及生态元素的失衡。
c.抗生素污染:现代养殖业将大量含抗生素的饲料滥用,使得多数抗生素通过动物粪便排除体外从而进入环境,其中少部分残留在畜禽体内,人们吃后由于积聚作用而比较终受到污染。而进入环境的大量抗生素导致抗药基因菌株的产生、传播及跨宿主之间的传染,危害环境。
4.乡镇企业生产废水直排:由于乡镇企业具有布局分散、规模小和经营粗放等特征,使得周边环境严重污染,乡镇企业每年有大量污染物未经处理直接排放。其中,废水排放达30亿t,化学需氧量排放300万t,固体废物排放量达3 000万t,严重污染了农村的水环境。许多乡镇企业(主要集中在造纸、印染、电镀、化工、冶炼、矿产、机械加工、建材等行业)生产过程中产生的废水未经处理直接排向河沟、水库和农田,大量杂乱堆放的工业固体废物、生活垃圾又对地表水和地下水产生了二次污染。许多污染严重的企业转移到郊区或小城镇,一些电子、机械废旧垃圾性物品也转移到农村。目前,农村工业污染已使全国20万km2的耕地遭到严重破坏,进一步加剧了农村水环境的污染。
 
农村生活污水处理技术,包括目前使用和专家推荐的各种技术的工艺流程,特点,构建,适用范围和投资估算等
    综合考虑东南地区农村经济、地理和环境现状,本指南着重推荐了化粪池、厌氧生物膜池、沼气池三种厌氧生物处理技术;生物接触氧化池、氧化沟两种好氧生物处理技术;人工湿地、生态滤池、土地渗滤三种生态净水技术。从概述、类型和结构、设计事项、施工事项、造价指标和运行管理几个方面予以介绍,供各级村镇建设管理部门参考。
其它适合东南地区特点并满足相关处理要求的物化技术(如:过滤和消毒)、生物技术(如:A/O和SBR)和生态技术(如:稳定塘)也可应用。
  1. 化粪池
    1. 概述
化粪池是一种利用沉淀和厌氧微生物发酵的原理,以去除粪便污水或其他生活污水中悬浮物、有机物和病原微生物为主要目的的污水初级处理设施。
污水通过化粪池的沉淀作用可去除大部分悬浮物(SS),通过微生物的厌氧发酵作用可降解部分有机物(COD和BOD5),池底沉积的污泥可用作有机肥。通过化粪池的预处理可有效防止管道堵塞,亦可有效降低后续处理单元的污染负荷。
化粪池的优点:结构简单、易施工、造价低、无能耗、运行费用省、卫生效果好、维护管理简便。
化粪池的不足:沉积污泥多,需定期进行清理;污水易泄漏。化粪池处理效果有限,出水水质差,一般不能直接排放水体,需经后续好氧生物处理单元或生态净水单元进一步处理。
化粪池适用范围:可广泛应用于东南地区农村污水的初级处理,特别适用于旱厕改造后,水冲式厕所粪便与尿液的预处理。
  1. 类型和结构
化粪池根据建筑材料和结构的不同主要可分为砖砌化粪池、现浇钢筋混凝土化粪池、预制钢筋混凝土化粪池和玻璃钢化粪池等。根据池子形状可以分为矩形化粪池和圆形化粪池。根据池子格数可以分为单格化粪池、两格化粪池、三格化粪池(如图3-1所示)和四格化粪池等。

图 3-1 三格化粪池典型结构
  1. 设计事项
化粪池的具体设计可参见《给水排水设计手册》第2册和《镇(乡)排水工程技术规程》CJJ124-2008。农村化粪池规模和参数可参考如下事项:
  1. 为防止污染地下水,化粪池须进行防水、防渗设计。
  2. 化粪池的设计应与村庄排污和污水处理系统统一考虑设计,使之与排污或污水处理系统形成一个有机整体,以便充分发挥化粪池的功能。
  3. 化粪池的平面布置选位应充分考虑当地地质、水文情况和基底处理方法,以免施工过程中出现基坑护坡塌方、地下水过多而无法清底等问题。
  4. 化粪池距地下给水排水构筑物距离应不小于30m,距其他建筑物距离应不小于5m,化粪池的位置应便于清掏池底污泥。
  5. 当化粪池污水量小于或等于10m3/d,首选两格化粪池,优良格容积占总容积65%~80%,第二格容积占20%~35%;若化粪池污水量大于10m3/d,一般设计为三格化粪池,优良格容积占总容积的50%~60%,第二格容积占20%~30%,第三格容积占20%~30%;若化粪池污水量超过50m3/d,宜设两个并联的化粪池;化粪池容积比较小不宜小于2.0m3,且此时比较好设计为圆形化粪池(又称化粪井),采取大小相同的双格连通方式,每格有效直径应大于或等于1.0m。
  6. 化粪池水面到池底深度不应小于1.3m,池长不应小于1m,宽度不应小于0.75m。
    1. 施工事项
可根据当地气候和工期要求,购买预制成品化粪池安装,或现场建造化粪池。预制成品化粪池有效容积从2.0m3至100m3不等,应根据当地处理水量、地下水位、地质条件等具体情况,参照《给水排水标准图集》S2中相关内容,选择相应型号的预制成品化粪池。成品化粪池的加工在生产厂家完成,其现场安装和施工工序主要包括:开挖坑槽、安装化粪池、分层回填土、砌清掏孔和砌连接井。
由于化粪池易产生臭味,现场建造化粪池比较好建成地埋式,并采取密封防臭措施。若周围环境容许溢出,且地质条件较好,土壤渗滤系数很小,则可采取砖砌化粪池。若当地地质条件较差,比如山区、丘陵地带,临近河流、湖泊或道路,则建议采取钢筋混凝土化粪池,对池底、池壁进行混凝土抹面避免化粪池污水渗漏污染周边土壤和地下水,同时配套安装PVC或混凝土管道。
  1. 造价指标
化粪池类型和材质不同,其造价亦不同。国标砖砌化粪池与预制钢筋混凝土组合式化粪池的单池价格预算如表3-1所示。
3-1 国标砖砌化粪池与预制钢筋混凝土化粪池单池预算表
容积(m3 1.8 2.5 15 20 40 100
国标砖砌(万元) 0.17 0.21 1.37 1.42 2.51 6.27
预制钢筋混凝土(万元) -- -- 0.82 1.23 2.13 4.93
 
  1. 运行管理
化粪池的日常维护检查包括化粪池的水量控制、防漏、防臭、清理格栅杂物、清理池渣等工作。
  1. 水量控制:化粪池瞬时水量不宜过大,过大的水量会稀释池内粪便等固体有机物,缩短了固体有机物的厌氧消化时间,会降低化粪池的处理效果;且大水量易带走悬浮固体,易造成管道的堵塞。
  2. 防漏检查:应定期检查化粪池的防渗设施,以免粪液渗漏污染地下水和周边环境。
  3. 防臭检查:化粪池的密封性也应进行定期检查,要注意化粪池的池盖是否盖好,避免池内恶臭气体溢出污染周边空气。
  4. 清理格栅杂物:若化粪池优良格安置有格栅时,应注意检查格栅,发现有
  5. 大量杂物时应及时的清理,防止格栅堵塞。
  6. 清理池渣:化粪池建成投入使用初期,可不进行污泥和池渣的清理,运行1~3年后,可采用专用的槽罐车,对化粪池池渣每年清抽一次。
其他注意事项:在清渣或取粪水时,不得在池边点灯、吸烟等,以防粪便发酵产生的沼气遇火爆炸;检查或清理池渣后,井盖要盖好,以免对人畜造成危害。
  1. 厌氧生物膜池
    1. 概述
厌氧生物膜池是通过在厌氧池内填充生物填料强化厌氧处理效果的一种厌氧生物膜技术。污水中大分子有机物在厌氧池中被分解为小分子有机物,能有效降低后续处理单元的有机污染负荷。正常运行时,厌氧生物膜池对COD和SS的去除效果可达到40%~60%。
厌氧生物膜优点:投资省、施工简单、无动力运行、维护简便;池体可埋于地下,不占用土地;其上方可覆土种植植物,美化环境。
厌氧生物膜池不足:对氮、磷基本无去除效果,须接后续处理单元进一步处理后排放。
适用范围:可广泛应用于东南地区各村庄生活污水经化粪池或沼气池处理后,人工湿地、生态滤池或土地渗滤等生态净水技术前的处理单元。
  1. 类型和结构

32厌氧生物膜结构示意图
厌氧生物膜池典型结构如图3-2所示。其中填充的填料应有利于微生物生长,易挂膜,不易堵塞,比表面积大,从而提高厌氧池对BOD5和悬浮物的去除效果。
  1. 设计事项
厌氧生物膜池的设计参数主要包括:水力停留时间HRT、有机负荷、池体有效容积、污泥排泥时间、污泥斗有效容积、填料类型及规格、填料安装高度和间距等。
厌氧池HRT一般取2~5d,根据污水处理量Q和水力停留时间t,可计算得出池体有效容积Ve

式中:
Ve — 有效容积,m3,不包括下层污泥斗的容积和上层空置的容积;
Q — 污水量,m3/d;
t — 水力停留时间HRT,d。
由于增加了填料,使微生物附着生长于填料上,脱落的生物膜污泥定期排放,其排泥时间可为3个月至1年,具体可视污泥斗的容积和处理量而定。污泥斗的有效容积可取上层反应池有效容积的1/8~1/4。
厌氧池中的填料特征需满足以下条件:
  1. 具有高比表面积,有利于微生物生长;
  2. 材料抗腐蚀性,在厌氧酸化条件下稳定可靠;
  3. 不易堵塞,质量轻,易于安装或悬挂;
  4. 价格低廉,运输方便。
常用的填料有纤维填料、软性填料、弹性填料或组合填料。
  1. 施工事项
厌氧生物膜池通常可位于化粪池后,建为地下式或半地下式,其中反应区装填填料,以强化厌氧处理效果,兼具厌氧反应和沉淀双重功能;也可对现有三格式化粪池的第三格进行改造,在其中安装填料,形成厌氧生物膜池。
其施工中应注意三防:
  1. 防水:防止地下水渗入,应注意地下水位对池体的影响;应防雨水落入或流入,特别是在东南地区降雨量大的地方,因此需做封顶处理,并预留人孔。
  2. 防漏:防止厌氧池污水渗漏污染周边池塘和河流等水体或者地下水,因此厌氧池底和池壁需做防渗处理,其渗漏系数应达到相关 标准。
  3. 防臭:微生物厌氧分解有机物,会产生氨气和硫化氢等臭味气体,因此需对厌氧池进行密封,必要时可增加除臭装置,对厌氧池产生的臭味气体进行原位除臭。
    1. 造价指标
厌氧生物膜池用于处理污水,其费用主要产生于厌氧池建造,其建造费用因池壁采取的材料、内部安装的填料和池体大小不同而不同,一般而言池壁采用钢筋混凝土建造比砖砌抹面高,处理规模越大,单位污水量的建造费用越低;池体建造费用和填料购置费用可咨询土建结构专家和填料供货商。
厌氧生物膜池运行费用仅来自于池底污泥的定期排放处置和日常检查,基本无电耗,运行费用很低。
  1. 运行管理
厌氧池的运行管理主要为污泥的定期排放与处置,污泥排放后不能随意堆置,否则易生蚊蝇,渗漏水会对周边水体环境造成二次污染。排放污泥量少,建议返回化粪池,进行循环处理。
  1. 沼气池
    1. 概述
沼气池应用的主要目的是能源的回收利用,沼液是沼气池的附属产物。因此沼气池的设计、施工和运行管理可参考其它相关的规程和图集。
沼气池是采用厌氧发酵技术和兼性生物过滤技术相结合的方法,在厌氧和兼性厌氧的条件下将生活污水中的有机物分解转化成甲烷、二氧化碳和水,达到净化处理生活污水的目的,并实现资源化利用。
沼气池作为污水资源化单元和预处理单元,其副产品沼渣和沼液是含有多种营养成分的优良有机肥,如果直接排放会对环境造成严重的污染,可回用到农业生产中,或后接污水处理单元进一步处理。
沼气池的优点:沼气池相比较化粪池来讲,污泥减量效果明显,有机物降解率较高,处理效果好,可以有效利用沼气等。
沼气池的不足:沼气池处理污水效果有限,出水水质差,一般不能直接排放,需经后续好氧生物处理单元或生态净水单元进一步处理;与化粪池比较,管理较为复杂。
沼气池适用范围:可应用于东南地区一家一户或联户农村污水的初级处理。
如果有畜禽养殖、蔬菜种植和果林种植等产业,可形成适合不同产业结构的沼气利用模式。
  1. 生物接触氧化池
    1. 概述
生物接触氧化池是生物膜法的一种。其特征是池体中填充填料,污水浸没全部填料,通过曝气充氧,使氧气、污水和填料三相充分接触,填料上附着生长的微生物可有效地去除污水中的悬浮物、有机物、氨氮、总氮等污染物。
生物接触氧化优点:结构简单,占地面积小,对水质、水量波动有较强的适应性,污泥产量少,无污泥回流,无污泥膨胀,操作简单,较活性污泥法的动力消耗少,对污染物去除效果好。
生物接触氧化不足:加入生物填料导致建设费用增高,可调控性差,对磷的处理效果较差,对总磷指标要求较高的农村地区应配套建设深度除磷单元。
适用范围:适用于有一定经济承受能力的农村地区,处理规模为单户、多户污水处理设施或村落的污水处理站。东南地区经济相对落后的山区、丘陵地带可利用地势高差,通过跌水的方式减少机械曝气的电耗,降低运行成本。
  1. 类型和结构
生物接触氧化池根据污水处理流程,可分为一级接触氧化、二级接触氧化和多级接触氧化。二级接触氧化和多级接触氧化可在各级接触氧化池中间设置中间沉淀池,提高出水水质。
根据曝气装置位置的不同,接触氧化池在形式上可分为分流式和直流式,分流式接触氧化池污水先在单独的隔间内充氧后,再缓缓流入装有填料的反应区,直流式接触氧化池是直接在填料底部曝气;若按水流特征,又可分为内循环和外循环式,内循环指单独在填料装填区进行循环,外循环指在填料体内、外形成循环。
内循环直流式接触氧化池基本结构如图3-3所示。

3-3  内循环直流式接触氧化池基本结构图
  1. 设计事项
生物接触氧化池前应设置沉淀池等预处理设施,以防止堵塞。沉淀单元可以是单独的沉淀池或一体化设备中的沉淀单元,已建符合防水要求的化粪池也可作为沉淀池。此外,需要合理布置生物接触氧化池的曝气系统,实现均匀曝气。填料装填要合理,防止堵塞。
接触氧化池主要由池体、填料、支架及曝气装置、进出水装置以及排泥管道等部件组成,如图3-3所示。
  1. 池体
处理规模在200人以下生物接触氧化池的设计参数
200人以下生物接触氧化池的有效容积宜按下列公式计算:
            
式中:
V——淹没式生物滤池的有效容积(m3);
Q——每人每天污水量(m3/人·d);
n—— 人数;
La——进水BOD5浓度;
M——BOD5负荷(gBOD5/m3.d),宜按照表3-2计算:
表3-2 BOD5负荷参数
处理对象人数n 1≤n≤50 50<n≤200
好氧式(1) 180 225
好氧式(2) 120 140
兼氧式(2) 80 140
注:好氧式(1)为去除COD和BOD5功能的处理方法,有脱氮需求时将好氧式(2)与兼氧式(2)联合使用,反应池顺序为兼氧式(2)、好氧式(2),并设置污水回流装置。针对农村的特征以及国内外的经验,用于处理农村污水的生物接触氧化池的负荷宜小于城市污水处理厂,所以推荐上述计算公式。
此外,好氧式生物接触氧化池(1)的水力停留时间为1.5d左右。池中的溶解氧含量维持在2.0-3.5mg/L。处理对象超过30人,分格数不少于2,并按同时工作设计。处理对象超过40人的情况下,有效水深大于1.5米。
小型生物接触氧化池适宜加工成一体化设备,便于安装、方便施工。
处理规模在200人以上的生物接触氧化池的设计参数
200人以上的村落处理规模,如果采用城市污水厂的运行模式,则可按如下参数设计
池体底面多采用矩形或方形,长与宽之比应该在1:2~1:1之间;
池子个数或分格数一般不少于2个,每格面积不宜大于25m2
容积负荷一般采用1000~1500g BOD5/(m3•d);
填料分层装填,一般不超过3m;
溶解氧一般维持在2.5~3.5mg/L之间,气水比15:1~20:1。
2)填料
填料是决定生物接触氧化池处理效果的关键。生物填料须满足以下要求:
(1)填料应采用适于长期浸入污水环境的弹性填料、软性填料及其组合;
(2)填充率大于55%;
(3)填料分层装填,一般不超过3m;
(4)在好氧生物接触氧化池中应与底部保持合适的距离。
3)设计尺寸
表3-3中给出了不同处理规模的接触氧化池推荐的设计参数,供参考。
3-3 不同处理规模接触氧化池设计参数表
规模 池体尺寸 适宜填料 施工材料 备注
单户 底面积0.3~0.5m2,池高1.0~1.5 m,填料层高度0.6~1.0m 软性、半软性 热塑性复合材料、PVC塑料材料、玻璃钢 均匀曝气
多户 底面积2.0~4.0 m2,池高1.2~1.8 m,填料层高度0.8~1.3m 半软性、软性 热塑性复合材料、PVC塑料材料、玻璃钢 均匀曝气
村落 底面积10~15m2,池高2.5~3.0m,填料层高度1.8~2.2m 球形、蜂窝 钢板或钢筋混凝土  
 
  1. 施工事项
接触氧化池的施工事项包括池体的建造、填料的安装和曝气系统的布置。
  1. 池体建造:单户或多户污水处理时,池体容积小,宜采用热塑性复合材料、PVC塑料材料、玻璃钢等材质,板的厚度应在10mm以上,若板较高,较长,则板中间需进行加固处理,以防池体装满水后池体中央向外凸出导致比较终破裂;村落污水处理时,池体容积大,为安全考虑,宜采用现场钢筋混凝土浇注,也可采用设备现场安装。
  2. 填料安装:填料安装需搭建支架,支架材料要能抗腐蚀,支架应根据待安装的填料的体积和重量进行结构设计,保证其结构可靠性和稳定的承载能力;填料的安装有一定的要求,需疏密适中,单户或多户污水处理时,其具体安装参数可咨询环保工程师或填料供货方;村落污水处理时,其安装的参数应由有资质的设计院进行专业计算设计方可施工。
  3. 曝气装置:单户或多户小型接触氧化池的曝气装置较为简单,可采取市售养鱼缸的曝气泵和曝气头进行充氧即可;村落污水处理接触氧化池池体较大时,其曝气装置的安装应在专业设计后请专门的施工队进行,其安装既要考虑曝气量,又要考虑曝气的均匀性。此外,曝气设备如鼓风机或曝气泵需考虑其噪声对环境的影响,若建设在环境要求很安静的地方,需对其进行降噪处理。
    1. 造价指标
生物接触氧化池的一次性投资主要是池体建造和购买填料,处理规模不同,池体造价上也有差异,从几百至几万不等;而各种不同填料价格上差异明显,以价格较高的新型球形塑料填料为例,填充一立方米体积所需要的填料价格在600元左右。而在日运行成本上,生物接触氧化池要低于活性污泥法和氧化沟工艺。同样在占地方面,生物接触氧化池也体现了占地面积小的优势。
  1. 运行管理
  1. 系统启动
系统启动时,投加临近污水处理厂的好氧区污泥,或加入粪水闷曝3~7天后开始少量进水,并观察检测出水水质,逐渐增大进水流量至设计值,同时调整曝气量,保持一定的气水比,如果有条件应检测反应池内溶解氧含量,使其在2.0~3.5mg/L之间为宜。
  1. 日常维护
正常运行时,需观察填料载体上生物膜生长与脱落情况,并通过适当的气量调节防止生物膜的整体大规模脱落。确定有无曝气死角,调整曝气头位置,保证均匀曝气。定期察看有无填料结块堵塞现象发生并予以及时疏通。冬季水温低于4℃时,应采用地埋式构筑物或采用其它保温设施,并适当增加曝气时间。
定期对二沉池中污泥进行处理,可以由市政槽车抽吸外运处理,也可经卫生处理后达到相关要求用做农田施肥。
  1. 氧化沟
    1. 概述
氧化沟因其构筑物呈封闭的环形沟渠而得名。它是活性污泥法的一种变型。因为污水和活性污泥在沟中不断循环流动,因此也称其为“循环曝气池”、“无终端曝气池”。氧化沟通常按延时曝气条件运行,以延长水和生物固体的停留时间和降低有机污染负荷。氧化沟通常使用卧式或立式的曝气和推动装置,向反应池内的物质传递水平速度和溶解氧。
氧化沟优点:氧化沟一般不设初沉池、结构和设备简单、运行维护简单、投资较省;采用低负荷运行,剩余污泥量少,处理效果好。
氧化沟不足:长污泥龄运行有时出水中悬浮物较高,影响出水水质;相对其他好氧生物处理工艺,传统氧化沟的占地面积大、耗电高于曝气池。
氧化沟适用范围:适用于处理污染物浓度相对较高的污水;处理规模宜大不宜小,适合村落污水处理。污水经过农村适用的氧化沟工艺的处理后,出水通常达到或优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的二级标准。如果受纳水体有更严格的要求,则需要进一步处理。
  1. 类型和结构
氧化沟种类多样,如:帕思维尔(passever)氧化沟、卡罗塞(Carrousel)氧化沟、奥尔伯(Orbal)氧化沟、射流曝气氧化沟、障碍式氧化沟、T型(又称三沟式)、D型(又称双沟式)、DE型氧化沟、一体化氧化沟以及将曝气与推动循环流动功能相分离的氧化沟等。
在上述种类繁多的氧化沟工艺中,Passever氧化沟和一体式合建氧化沟更适合农村经济状况和技术水平。
Passveer氧化沟的沟渠为跑道形,沟上安装一个或数个转刷,通过转刷转动推动水流在沟内循环流动和充氧,如图3-4所示。

3-4 Passveer氧化沟构造示意图
一体化氧化沟将沉淀池与氧化沟建在同一构筑物中,利用水流动力实现无泵回流,从而节省污泥回流费用。一体化氧化沟需要专门的固液分离装置,按固液分离装置的位置分为沟内分离器型和沟外分离器型。沟内分离器型比较典型的是BMTS和BOAT。沟外分离器型将固液分离器放置在氧化沟主沟的外面,这样可以减少固液分离器放置对氧化沟流态的影响。
BOAT型一体化氧化沟由于其分离器像水中的船而得名。BOAT型一体化氧化沟及其分离器如图3–5所示。其工作原理与BMTS型一体化氧化沟相似,其区别是BOAT型一体化氧化沟的固液分离器仅占据了部分表面沟道。

3-5 BOAT型一体化氧化沟示意图
氧化沟的工艺特征如下:
  1. 在流态上,氧化沟介于完全混合式与推流式之间,从水流动来看是推流
  2. 式,由于流速快,可达0.25~0.35m/s,进水能与沟内混合液快速混合,因此氧化沟的流态又是完全混合式。
  3. 水力停留时间长,有机负荷低,运行稳定,处理水质良好。
  4. 采用延时曝气法运行,污泥产率低,剩余污泥量少。
  5. 污泥龄长,达15~30d,为传统活性污泥系统的3~6倍。
  6. 能够存活增殖世代时间长的细菌如硝化菌和反硝化菌等,在沟内可发生硝化反应和反硝化反应,使氧化沟具有较强的脱氮能力。同时,氧化沟这种封闭循环式的结构能够交替产生好氧/缺氧区域,因而特别能满足污水的脱氮要求。
  7. 对水温、水质和水量的变化有较强的适应性。
  8. 工艺操作管理方便。可不设置初沉池,污水只经过格栅和沉砂池即可进
  9. 入氧化沟。主要设备是氧化沟沟体和二沉池,设施少,工艺流程简单,操作和维护管理比较容易。在各种活性污泥处理系统中,氧化沟的维护管理比较为简单,产生机械故障的可能性也相对较小。
    1. 设计事项
氧化沟的设计可参考《氧化沟设计规程》CECS112:2000。为保证活性污泥呈悬浮状态,沟内平均流速应在0.3m/s以上。混合液在沉淀池进行泥水分离,污泥回流到氧化沟中,因农村管理水平有限,剩余污泥宜定期排放并作适当处理。
沉淀池可以采用常用的竖流沉淀池或平流沉淀池。
氧化沟的设计主要包括池体设计、曝气装置设计和沉淀池设计。氧化沟的参数宜根据实验资料确定,在无试验资料时,可参照类似工程选择,或参考以下参数:
污水停留时间:6~30h;
污泥停留时间:10~30d; 
沟内流速:0.25~0.35m/s;
沟内污泥浓度:1500~5000mg/L。
氧化沟工艺二沉池的表面负荷0.6-1.0m3/m2·h,一体化氧化沟固液分离器表面负荷1.0m3/m2·h左右。
氧化沟机械曝气设备除具有良好的充氧性能外,还具有混合和推流作用,设备选型时要注意充氧和混合推流之间的协调。氧化沟曝气转刷的技术参数可参照《曝气转刷认定技术条件》(HCRJ 034-1998)。在有条件的地区,也可自行加工,以降低成本。
  1. 施工事项
氧化沟宜选用专业施工队进行施工和安装。
  1. 造价指标
氧化沟的建设成本主要包括池体建设和购置设备。
一般钢筋混凝土池体的建设费用为600~1000元/m3,不同地区或池体埋地与否会有差别,采用钢板或玻璃钢池体的造价约为1000元/m3
转刷的费用约为15000~30000元/m,如果定做,会大幅度节省费用。转盘的费用较贵。
  1. 运行管理
主要是氧化沟设备的维护。
  1. 人工湿地
    1. 概述
人工湿地是一种通过人工设计、改造而成的半生态型污水处理系统,主要由土壤基质、水生植物和微生物三部分组成。此外,人工湿地对改善环境和提高环境质量有明显的作用,它增加了植被覆盖率,保持了生物多样性,改善了生态环境。
人工湿地的优点:投资费用省,运行费用低,维护管理简便,水生植物可以美化环境,增加生物多样性。
人工湿地的不足:污染负荷低,占地面积大,设计不当容易堵塞,处理效果受季节影响,随着运行时间延长除磷能力逐渐下降。
人工湿地的适用范围:尤其适用对于资金短缺、土地面积相对丰富的农村地区,不仅可以治理农村水污染、保护水环境,而且可以美化环境,节约水资源。在东南地区,人工湿地主要适用于单户或几户规模的分散型农村生活污水处理。
  1. 类型和结构
人工湿地按水流特征,可分为表面流人工湿地(图3-6)、潜流人工湿地(图3-7)、垂直流人工湿地(图3-8)。表流人工湿地建造费用较省,但占地面积大于潜流和垂直流人工湿地,且冬季表面易结冰,夏季易繁殖蚊虫,并有臭味。潜流型湿地的优点在于其充分利用了湿地的空间,发挥了系统间的协同作用,且卫生条件好,但建设费用较高。
 

图 3-6 表流人工湿地示意图

图 3-7 潜流人工湿地示意图

图 3-8 垂直流人工湿地结构示意图
  1. 设计事项
人工湿地的设计可参考《人工湿地污水处理技术导则》(RISN-TG006-2009)。
应当根据实际情况因地制宜进行设计和运行。设计时首先确定生活污水的水量和水质,并根据当地的地质、地貌、气候等自然条件选择合适的人工湿地类型,然后根据相应的湿地类型进行设计。设计主要涉及以下几个方面:污染负荷、湿地面积、湿地床结构、基质材料选择、植被选择、水力状况、进水和排水周期等。
  1. 污染负荷
相对生物接触氧化池和氧化沟等好氧生物技术,人工湿地污染负荷低,其进水污染物浓度特别是悬浮物SS浓度不能太高,建议不超过50mg/L,否则容易堵塞。不同类型人工湿地污染负荷取值范围变化较大。
  1. 湿地面积
人工湿地构筑物的长宽比,根据水质及水流特点设置合理的长宽比,若因用地面积及地形限制,达不到长宽比要求,可以通过一定的工程措施如设置挡墙、挡板等来人为改变水流路径,延长停留时间,防止短流。人工湿地的设计面积根据拟处理的水量确定,包括常规的污水的水量和汇流区域内的暴雨径流量。
  1. 湿地床结构
湿地床的构型对湿地系统的水力状况有着重要影响,构型参数包括长宽比、坡度、深度等。据工程经验,人工湿地系统的坡度宜为0.5%~1%,长宽比应大于2,深度的波动范围为0.2~1.2m。
人工湿地设计时应尽量采用重力流的布水方式,以保证排水顺畅,节省能源。另外,湿地的出水口应设计为可调的,以便使整个湿地床体的水位可以人为调控。
人工湿地的水力负荷根据污水量和湿地类型的不同差异比较大,一般来说潜流湿地的水力负荷大于表面流湿地的水力负荷。国内外人工湿地比较常见的水力负荷为10~20cm·d-1,水力停留时间为0.5~7d。
  1. 基质材料选择
人工湿地中各层基质的选择及填充厚度,基质的选择应因地制宜、就地取材,以减少人工湿地的造价,基质厚度应根据具体水质及现场条件确定,总基质床的厚度一般为1m左右。人工湿地系统多采用碎石、砂子、矿渣等基质材料作为填料。对于缺乏养分供给的基质或者孔隙过大不利于植物固定生长的基质,需在基质上方覆盖15~25 cm厚的土壤,作为植物生长的基质。
不同类型的基质对湿地的影响不同。中性基质对生物处理影响不大,但矿渣等偏碱性的基质则在一定程度上会影响微生物和植物的生长活动,因此,应用时需采用一定的预处理,如充分浸泡等措施。
基质对废水中磷和重金属离子的净化影响比较大,含钙、铁、铝等成分的填料有利于离子交换。钙、镁等成分和污水中的磷、重金属相互作用形成沉淀;铁、铝等离子通过离子交换等作用将磷、重金属吸附于基质上。但随着时间的推移,基质对磷和重金属的吸附会达到饱和,湿地除磷和重金属能力便有明显下降。
在确定选择的基质材料种类后,还应确定基质的粒径,以调整湿地的水力传导率和孔隙率。一般来说,小粒径基质具有比表面积大、孔隙率小、植物根及根区的发展相协调、水流条件接近层流等优点。但目前人工湿地的基质一般倾向于选择较大粒径的介质,以便具有较大的空隙和好的水力传导,从而尽量克服湿地堵塞问题。
  1. 植被选择
湿地水生植物主要包括挺水植物、沉水植物和浮水植物。不同的区域,不同的生长环境,适宜生长的湿地植物种类是不同的。应选取处理性能好、成活率高、抗污能力强且具有一定美学和经济价值的水生植物。这些水生植物通常应具有下列特性:
  1. 能忍受较大变化范围内的水位、含盐量、温度和pH值;
  2. 在本地适应性好,比较好是本土植物。植物种类一般 3~7种,其中至少3种为优势物种;
  3. 对污染物具有较好的去除效果;
  4. 成活率高,种苗易得,繁殖能力强;
  5. 有广泛用途或经济价值高。
人工湿地中使用比较多的水生植物为香蒲、芦苇和灯心草,这些植物都广泛存在并能忍受冰冻。不同种类的水生植物适宜生长的水深不同,香蒲在水深0.15 m的环境中生存占优势;灯心草为0.05~0.25 m;芦苇适宜生长在岸边和浅水区中,比较深可生长于1.5m的深水区域。香蒲和灯心草的根系主要在0.3 m以内的区域,芦苇的根系达 0.6 m,宽叶香蒲则达到0.8 m。
在潜流型湿地中,一般选用芦苇和香蒲,它们较深的根系可扩大污水的处理空间。而对于处理暴雨径流污染为主的人工湿地,要求湿地植物有很强的适应能力,既能抗干旱又能耐湿,而且还应具有抗病灾和昆虫的能力,一般选用芦苇和藨草。
  1. 水力状况
表流人工湿地水位一般为20~80cm,潜流人工湿地水位则一般保持在土壤表面下方10~30cm,并根据待处理的污水水量等情况进行调节。
需重点考虑造成湿地堵塞的各种影响因素。湿地堵塞多发生在系统床体前端25%左右的部分,造成堵塞的物质大部分为无机物,这表明污水中的颗粒物在湿地床中的沉淀是造成湿地堵塞的主要原因。此外,植物根系及其附着物等也是湿地堵塞的一大诱因。
  1. 施工事项
人工湿地在建设过程中涉及的建筑材料主要包括砖、水泥、砂子、碎石、土壤等。人工湿地的施工主要包括土方的挖掘、前处理系统的修建、土工防渗膜的铺装、布水管道的铺设、基质材料的填装、土壤的回填和植物的种植。在施工过程中要合理安排施工顺序,严格按照湿地设计中配水区、处理区和出水集水区中各种基质材料的粒径大小,分层进行施工,详情见人工湿地基质材料组成剖面图(图3-9)。

3-9 人工湿地基质材料组成剖面图
人工湿地表层一般种植喜阳的水生植物,因此应建设在能被阳光直射的空旷的地方。在山区或丘陵可建成多级呈阶梯状的人工湿地,采取多级跌水充氧,与植物复氧一起,共同为湿地补充溶解氧。
  1. 造价指标
综合国内外的研究实践经验,人工湿地的投资和运行费一般仅为传统的二级污水厂的1/10~1/2,具体的投资费用视地理位置,地质情况以及所采用的湿地基质而有差别。工程统计表明,表流人工湿地建设投资费用约150~400元/m2,潜流人工湿地建设投资费用约200~600元/ m2
  1. 运行管理
人工湿地的维护包括三个主要方面:水生植物的重新种植、杂草的去除和沉积物的挖掘。当水生植物不适应生活环境时,需调整植物的种类,并重新种植。植物种类的调整需要变换水位。如果水位低于理想高度,可调整出水装置;杂草的过度生长也给湿地植物的生长带来了许多问题。在春天,杂草比湿地植物生长的早,遮住了阳光,阻碍了水生植株幼苗的生长。杂草的去除将会增强湿地的净化功能和经济价值。实践证明,人工湿地的植被种植完成以后,就开始建立良好的植物覆盖,并进行杂草控制是比较理想的管理方式。在春季或夏季,建立植物床的前三个月,用高于床表面5cm的水深淹没可控制杂草的生长,当植物经过三个生长季节,就可以与杂草竞争。由于污水中含有大量的悬浮物,在湿地床的进水区易产生沉积物堆积,运行一段时间,需挖掘沉积物,以保持稳定的湿地水文水力及净化效果。
  1. 生态滤池
    1. 概述
生态滤池(如所示3-10)是利用人工填料形成的生物膜和水生植物形成的微型生态系统来进行污水净化的一种水处理技术。生态滤池中,颗粒物的过滤主要由填料完成,可溶性污染物则通过生物膜和水生植物根系去除。生态滤池的植物以挺水植物为主,本质上是一个微型人工湿地系统,属于生态工程措施。生态滤池通常与环境工程处理单元联合使用,对经过生物处理设施的出水进行深度处理。生态滤池进水需要先做预处理,以去除较大的颗粒物,避免填料层堵塞。
 
 
 
 
 
 
图3-10 生态滤池工程照片
生态滤池种植的植物可选取当地品种,如芦苇、香蒲、菖蒲等。根据周围环境也可进行植物组合或种植具有观赏性的水生花卉,或对构筑物作适当调整和装饰美化,使生态滤池在处理污水的同时还具有景观功能。
生态滤池的优点:投资费用省,运行时无能耗,运行费用很低,维护管理简便,水生植物可以美化环境,增加生物多样性。
生态滤池的不足:污染负荷低,占地面积大,设计不当容易堵塞,处理效果受季节影响,随着运行时间延长除磷能力逐渐下降。
生态滤池的适用范围:尤其适用对于资金短缺、土地面积相对丰富的农村地区。在东南地区,生态滤池主要适用于单户或几户规模的分散型农村生活污水处理,以及深度除磷。
  1. 类型和结构
生态滤池根据平面布置的不同,可分为矩形式和半圆形式;水流方向上可采用上流式、下流式和水平流交错方式。
  1. 设计事项
图3-11为生态滤池的示意图。图中沉淀池设置在生态滤池的中间,由多个小室构成,各室的入水通过浮阀相通。各滤区的入水管有上、中、下三根管,每管可各设置一个阀门,根据运行需要开启,从而形成上流式、下流式和水平流交错的水流方向,提高处理效率。生态滤池也可设计为长方形,长宽比通常为2:1。填料砾石、粗砂和细砂为主,在表层可辅埋一层土壤供植物生长。如污水中污染物浓度较高,可提供足够的养料,也可不填充表层土壤。填料的顺序一般从下到上粒径逐渐减小,以维持水力通道畅通,底部砾石粒径以2~5mm为宜。填料的高度一般以50~80cm为宜,过浅植物根系会得不到充分生长。高于1m的填料高度,仅仅增加了滤池的容积,目前还没有证据表明可以增加处理效果。
 
图3-11 生态滤池设计图.
1.生态滤室,2.壤土层,3.炉渣层,4.细砂层,5卵石层,6.浮阀,7.沉淀池
  1. 施工事项
根据入水情况,生态滤池可修建为半地下或地上式,它的滤区高度相对较低,建筑要求较简单,一般可采用砖混结构。布水和集水系统都较简单,穿孔PVC管就可达到要求。布水区和集水区的填料一般宜采用粒径较大的砾石,以均匀分配水量,并防止滤区填料堵塞,常用砾石大小为60~100mm。为了提高磷的去除能力,可使用炉渣等作为填料吸附水中可溶性磷。防渗层可采用混凝土层,或铺垫高密度聚乙烯树脂和油毛毡。
  1. 造价指标
生态滤池的池体、填料等原材料都可以就地取材,大大降低了建设成本,需要购制的是阀门和PVC管,但量比较少,滤池的建设和运行费用都非常低。整体上,生态滤池吨水处理成本约为污水处理厂的10%左右,但对土地需求约为污水处理厂的两倍,因此,对于土地资源相对紧张的村庄,应慎重选用村落规模的生态滤池。
  1. 运行管理
生态滤池是自维持的人工生态系统,本身的维护工作很少,仅需要进行每年一度的植物收割。生态滤池对可溶性磷的去除主要是通过填料的吸附完成的,而填料的吸附能力有一定的限度,所以为了恢复填料的吸磷功能,在达到饱和吸附后必须进行填料更换,不过这个周期通常较长,维护良好的生态滤池更换周期可长达数年以上。
生态滤池选用的植物对去除率的高低有直接的影响。一般在植物生长旺盛期,对污染物的去除效果较好。而在冬季,植物枯萎,去除效果会有所下降。另外,生态滤池的表面在冬季时也要避免结冰,冰面使污水不能下渗,处理效率下降。
  1. 土地渗滤
    1. 概述
土地渗滤处理系统是一种人工强化的污水生态处理技术,它充分利用土壤中栖息的动物、微生物、植物根系以及土壤所具有的物理、化学特性将污水净化,属于污水土地处理系统。
土地渗滤的优点:处理效果较好,投资费用省,无能耗,运行费用很低,维护管理简便。
土地渗滤的不足:污染负荷低,占地面积大,设计不当容易堵塞,易污染地下水。
土地渗滤的适用范围:尤其是对于资金短缺、土地面积相对丰富的农村地区,土地渗滤具有更加广阔的应用前。在东南地区,土地渗滤技术受土地成本的影响,规模不易过大,主要适用于单户或几户规模的分散型农村生活污水处理。
  1. 类型和结构
土地渗滤根据污水的投配方式及处理过程的不同,可以分为慢速渗滤、快速渗滤、地表漫流和地下渗滤系统四种类型。
  1. 慢速渗滤
慢速渗滤系统适用于投放的污水量较少地区,通过蒸发、作物吸收、入渗过程后,流出慢速渗滤场的水量通常为零,即污水完全被系统所净化吸纳(如图3-12)。
慢速渗滤系统可设计为处理型和利用型两类。处理型以污水处理为主要目的,设计时应尽可能少占地,选用的作物要有较高耐水性、对氮磷吸附降解能力强。利用型以污水资源化利用为目的,对作物就没有特别的要求,在土地面积允许的情况下可充分利用污水进行生产活动,以便获取更大的经济效益。
慢速渗滤系统的具体场地设计参数包括:土壤渗透系数为0.036~0.36m/d,地面坡度小于30%,土层深大于0.6m,地下水位大于0.6m。

图3-12 慢速渗滤系统示意图
  1. 快速渗滤
快速渗滤适用于具有良好渗滤性能的土地,如砂土、砾石性砂土等(如图3-13)。快速渗滤可用于两类目的:地下水补给和污水再生利用,用于前者时不需要设计集水系统,而用于后者则需要设地下水集水措施以利用污水,在地下水敏感区域还必须设计防渗层,防止地下水受到污染。
地下暗管和竖井都是快速渗滤系统常用的出水方式,如果地形条件合适,可使再生水从地下自流进入地表水体。比较优设计参数0.45~0.6m/d,地面坡度小于15%,以防止污水下渗不足,土层厚大于1.5m,地下水位大于1.0m。

图3-13 快速渗滤系统示意图
 
  1. 地表漫流
地表漫流适用于土质渗透性的黏土或亚黏土的地区,地面比较佳坡度为2%~8%(如图3-14所示)。废水以喷灌法和漫灌(淹灌)法有控制地分布在地面上均匀地漫流,流向坡脚的集水渠,地面上种牧草或其他作物供微生物栖息并防止土壤流失,尾水收集后可回用或排放水体。

图3-14 地表漫流系统示意图
  1. 地下渗滤
地下渗滤系统将污水投配到距地表一定距离,有良好渗透性的土层中,利用土毛细管浸润和渗透作用,使污水向四周扩散中经过沉淀、过滤、吸附和生物降解达到处理要求(如图3-15所示)。地下渗滤的处理水量较少,停留时间较长,水质净化效果比较好,且出水的水量和水质都比较稳定,适于污水的深度处理。

图3-15 地下渗滤系统示意图
  1. 设计事项
土地渗滤对污水的缓冲性能较强,但不能用于过高浓度污水的处理,否则会引起臭味和蚊虫滋生。土地渗滤技术的工艺类型选择,主要根据处理水量、出水要求、土壤性质、地形与气候条件等确定。
各类型土地渗滤系统的具体设计参数与工艺特点如表3-4所示。
表3-4 土渗滤系统的典型设计参数与工艺特点
        土地渗滤类型
设计事项
慢速渗滤 快速渗滤 地表漫流 地下渗滤
废水投配方式 地面投配(面灌、沟灌、畦灌、淹灌、滴灌等) 通常采用地面投配 地面投配 地下布水
水力负荷(m/a) 0.5~6.0 6.0~125.0 3~20 0.4~3
周负荷率(典型值)(cm/week) 1.3~10.0 10.0~240.0 6.0~40.0  
比较低预处理要求 通常沉淀预处理 通常沉淀预处理 沉砂、拦杂物和粉碎 化粪池一级处理
要求灌水面积(100m2/m3·d) 6.1~74.0 0.8~6.1 1.7~11.1  
投配废水的去向 蒸发、下渗 下渗 地面径流,蒸发,少量下渗 下渗、蒸发
是否需要种植植物 谷物、牧草、林木 有无均可 牧草 草皮、花卉等
适用于土壤 具有适当渗水性土壤 亚砂土,砂质土 亚粘土等  
地下水位比较小深度/m -1.5 -4.5 无规定  
对地下水水质的影响 一般有影响 一般有影响 有轻微影响  
BOD5负荷率 (kg/104m2·a) 2×103~2×104 3.6×104 ~4.7×104 1.5×104 1.8×104
(kg/104m2·d) 50~500 150~1000 40~120 18~140
场地条件坡度 种作物不超过20%,不种作物不超过40% 不受限制 2%~8%  
土地渗滤速率 中等0.6~3.0  
地下水埋深/m   布水期:≥0.9
干化期:1.5~3.0
不受限制  
气候 寒冷季节需蓄水 一般不受限制 冬季需蓄水  
系统特点
运行管理 种作物时管理严格 简单 比较严格  
系统寿命 磷去除率可能限制系统使用寿命  
对土壤的影响 较小 可改良砂荒地  
 
  1. 施工事项
慢速渗滤并不需要特殊的收集系统,施工较简便。但为了达到比较佳处理效果,要求布水尽量均匀一致。
地下渗滤系统需要铺设地下布水管网,系统构筑相对较复杂。普通地下渗滤系统施工时先开挖明渠,渠底填入碎石或砂,碎石层以上布设穿孔管,再以砂砾将穿孔管淹埋,比较后覆盖表土。穿孔管以埋于地表下50cm为宜,也可采用地下渗滤沟进行布水。强化型地下渗滤系统在普通型的基础上利用无纺布增加了毛管垫层,它高出进水管向两侧铺展外垂,穿孔管下为不透水沟,污水在沟中的毛管浸润作用面积要明显高于普通型,布水也更均匀,因而净化效果更好。
  1. 造价指标
慢速渗滤和快速渗滤系统的主要成本是布水管网或渠道的修建费用。快速渗滤出水进行回用时,要安装地下排水管或管井,开挖土方量、人工费、材料费都会有所增加,但回收的水资源水质较好,可用于绿地浇灌或农业灌溉,形成经济效益,弥补了造价的上升。一般而言,土地渗滤系统造价在100~400元/m2
地下渗滤系统采用地下布水,工程量相对较大。其主要成本是开挖土方、人工费、渗滤沟或穿孔管,以及集水管网的费用,在绿化要求较高时应种植观赏性强的植物,草皮和花卉此时也会占用一定费用。维护的费用较少。
  1. 运行管理
土地渗滤系统是一种无动力或微动力的利用自然土壤的污水处理技术,其运行维护方便,管理简单,仅需定时对格栅(小型系统格网)进行清渣,对植物进行收割,通过收割植物去除吸附在植物体中的营养物质。土壤对污染物的吸附是有一定限度的,污水中有机质含量较高时,土壤层中生物会快速生长,易引起布水系统和填料的堵塞。一定要考虑土壤的自净能力及植物对污染物的吸收、降解能力,防止因水力负荷过大使土地污染及出水不达标。维护时如检查到土壤表层有浸泡的现象,说明有堵塞现象或水力负荷过大,此时应停止布水,作进一步的检查。收割牧草时应注意用轻型收割机或人工进行,防止重物压实填料层。
慢速渗滤和快速渗滤系统的主要维护工作是布水系统和作物管理,投配的水量要合适,不能出现持续淹没状态。快速渗滤系统通常采用淹水、干化间歇式运行,以便渗滤区处于干湿交替状态,好氧微生物和厌氧微生物各自有一段快速生长期,利于污染物迅速降解。反复充氧同时也有益于硝化和反硝化,加强脱氮功能。
地下渗滤系统对入水的要求要比慢速渗滤系统和快速渗滤系统高一些。如果入水中颗粒物较多,则容易引起地下渗滤系统填料层堵塞,造成雍水,处理效率下降。地下渗滤系统表面可种植绿化草皮和植被,还应具有较好的观赏效果。但具有较长根系的植物不宜采用,因为长根系可能会引起土壤结构的破坏。
  1. 农村生活污水处理工艺选择
根据东南地区的地理与气候特征,考虑到目前该地区水环境污染的严重性及经济发展水平的差异,污水处理技术的选择上应有针对性:江苏、浙江、上海和广东为代表的长三角、珠三角地区,农村经济发达、人口密度大、土地资源紧张、水环境污染严重、水质性缺水问题突出,因此,应选择处理效果好、占地面积小的好氧生物处理技术并完善运行、管理制度;而福建和海南等经济欠发达地区的农村则应优先采用运行成本相对低的微动力或无动力处理技术。具体单元工艺的选择方面,污水预处理技术可采用化粪池、厌氧生物膜池和沼气池等;二级生物处理可采用生物接触氧化池和氧化沟等;生态净水技术可采用人工湿地、生态滤池和土地渗滤等。
  1. 农村生活污水处理工艺选择原则
  1. 村庄污水处理设施建设应以批准的当地水污染治理规划、 有关村庄整治及新农村建设的政策为主要依据,根据各地村庄的具体情况和要求,综合考虑经济发展与环境保护、排放与利用等关系,充分利用现有条件和设施。
  2. 农村污水处理工艺组合需兼顾进水水质特点和出水水质要求,在保证出水达标的前提下,结合东南地区可利用的土地资源、经济承载力等实际情况筛选适宜的技术进行优化组合。
  3. 农村污水处理按规模可分为单户(0.2~1.0 m3/d)、几户(1.0~10.0 m3/d)和村落(10.0 m3/d 以上)污水处理,可根据村民宅基地的分布、农村地形特点、自留地的位置等合理选择处理规模;
  4. 污水处理工程不仅要满足村民对水质改善的需求,而且还要注重景观美化、不产生二次污染、与村落周围环境相一致。
    1. 以去除有机污染物为主要目的的污水处理设施或污水站
适用于东南地区以新农村建设、村容村貌整治或出水用于农用的生活污水处理设施或污水站的工艺选择。污水处理以去除COD为主要目的。
  1. 散户污水处理工艺
  1. 化粪池和沼气池处理工艺
适用范围:农村生活污水的预处理,对粪便或沼气能有利用需求的农户。
工艺流程如图4-1所示:
 
 
图4-1污水初级处理工艺流程
该模式在我国农村厕所改造过程中使用较多,经过化粪池或沼气池处理后的污水可用来农用。化粪池或沼气池出水中污染物浓度高,因此不宜直接排入村落周边水系。
采用本模式处理污水时,应防止雨水进入化粪池或沼气池造成池体内的污水溢出。
  1. 厌氧—生态组合工艺
适用范围:适合年平均温度高于10℃,有可供利用土地的农户。
经过化粪池或沼气池处理过的生活污水,如果不被农用或农用量较少时,必然有污水外排,宜在化粪池后接生态净水单元。由于化粪池或沼气池出水浓度较高,宜在生态单元前增设厌氧生物处理单元,如厌氧生物膜池,以降低生态处理单元的负荷;生态处理单元技术宜采用人工湿地、生态滤池或土地渗滤等。工艺流程如图4-2所示。
 
 
 
4-2 厌氧+生态组合工艺流程
  1. 生物处理工艺
适用范围:没有可利用土地或可用土地极少的散户且对排水水质要求较高的地区。运行中需要能耗,要求农户有一定经济承受能力。
针对没有可利用土地的散户或对排水水质要求较高的地区,可采用生物处理单元处理污水。生物处理单元可采用生物接触氧化池设备。在丘陵或山地,宜利用地形高差,采用跌水曝气,节省部分运行能耗。其工艺流程如下图4-3所示。
其中,生物接触氧化技术可以与分段进水技术结合,强化脱氮效果,处理后的污水可直接排放或进一步生态处理后排放。
该工艺的特点是处理效果好,占地面积小,但需要定期维护管理。
 
 

4-3 生物处理工艺流程
  1. 村落污水处理工艺
  1. 生物处理技术为主的处理工艺
适用范围:该工艺投资省,占地面积小,处理效果好,缺点是需专门人员维护。
可采用设备或工程。生物处理单元技术应采用好氧技术,如生物接触氧化池、氧化沟等。在处理规模较小低于200m3/d,宜采用生物接触氧化法;处理规模较大于200m3/d时,宜采用生物接触氧化池和氧化沟。
为保证处理效果,应好氧处理,好氧池溶解氧宜保持在2.0mg/L以上。
工艺流程如图4-4所示。
 
 
4-4生物处理技术为主的村落污水处理工艺流程
  1. 生态技术为主体的处理工艺
适用范围:该工艺投资省、维护简单,缺点是占地面积大。
工艺流程如下图4-5所示。
 
 
 
4-5生态处理技术为主的村落污水处理工艺流程
调节池可与厌氧生物膜单元合建。生态处理单元技术宜采用人工湿地、生态滤池、土地渗滤或其它技术。
 
  1. 以去除氮、磷为主要目的的污水处理设施或污水站
适用范围:饮用水水源地保护区、风景或人文旅游区、自然保护区、重点流域等环境敏感区,污水处理不仅需要去除COD和悬浮物,还需要对氮、磷等营养元素进行控制,防止区域内水体富营养化,出水直接排放到附近水体或回用。主要在处理村落污水时采用。
以去除COD、TN和TP为目的的地区,污水处理工艺可以采用生物与生态技术相结合的组合工艺。
生物处理单元中的缺氧/厌氧处理单元宜采用厌氧生物膜单元;好氧生物处理单元宜采用生物接触氧化池、氧化沟或其它技术。在处理规模低于100m3/d,宜采用生物接触氧化法;处理规模大于100m3/d时,宜采用生物接触氧化池和氧化沟。
生态处理单元宜采用人工湿地、生态滤池和土地渗滤等,以除磷和优化水质为主。
调节池可与厌氧生物膜单元合建。工艺流程如下图4-6所示。
 
 
 
 
4-6生物—生态处理技术为主的村落污水处理工艺流程
 
驱使村民去做污水处理设施的动力
1.对附近河湖等水体的净化起到明显有效的作用。
2.可减少农药、化肥在生产之外的毒害与影响。
3.水体净化有利于农作物的有效增产,促进渔业、养殖业等的发展。
4.重金属、抗生素等添加剂对家禽家畜、村民的身体危害减少。
5.污水处理设施建造后,房内例如厨房、卫生间等地上可有效减少或防止积水,非常干净。
6.如果生活污水集中处理条件不允许,或者地理环境不允许,则可选择每户人家做一个单独污水净化池,不需要铺设长长的管道。
7.房前屋后均可就地建设,而且造价低廉。
8.处理池等类似设施完全成全封闭状态,大部分都埋在地下,上面的泥土层照样可以栽树种花,美化环境。
9.整个处理过程几乎不用药、不用电,只需要定期疏通污水渠。经过处理的污水对农村的环境不会造成污染。污水经过处理后流入旁边的渠道里,被处理过的生活污水清澈透亮,没有任何异味。
10.污水处理厂无需人为操作的,只需要定期检查设备,且没有噪音。
11.污水处理厂是对居民的废水进行处理,不会对水进行二次污染,处理后的水都是可以直接排放江河湖泊。
12.水体异味主要是污泥。但是经过压缩处理,都运输出去。不会影响到附近居民。
 

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