江南水乡村镇生活污水处理工艺设计研究——以浙江省湖州市施家桥村为例 64页

'分类号学号１００２３３００５０曲《達疑种我夫營学位论文１：Ｉ江南水乡村镇生活污水处理工艺设计研究—Ｗ浙江省湖州市施家桥村为例作者许晓峰指导教师姓名熊家晴副教授宙请学位级别工程硕去专业名硫建筑与上木工程Ｉ论文提交日期２０１５．１２．１１论女答站日期２０１日学位授予单位巧姿連疑新技丈緣答辩委员会主席评阅人（Ｉ 声明人在导师指导下进行的研究工作及取得的研本人郑重声明我所呈交的学位论文是我个已经标明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体己经究成果．。尽我所知，除了文中发表或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他人在其它单位已申请学位或为其它用途使一中作了明确的说明用过的成果。与我同工作的同志对本研巧所做的所有贡献均己在论文并表示了致谢。Ｉ一切相关责任。申请学位论文与资料若有不实么处，本人承担／曰期：吟论文作者签名：关于学位论文使巧授权的说明；，即学校有化保留本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论文的规定；学校并向国家有关部口或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被査阅和借阅、内容，可从采用影印缩印或者其它复制手段保存学位论可｜＾＾公布学位论文的全部或部分文。应遵守此规定）（保密的论文在论文解密后＇论文作者签名：，指导教师签名：；日期；邱柩妻户＾巧盘个文本人授权中＂国学术期刊（光＂版么）杂志社、中国科学技术信息研供究所等单位将本学位论收录到有关学位论文数据库中，并通过网洛向社会公众提信息服务。一因某种特疎原因需要延退发布选学位论文电子版，同意在□年／□两年生后，在．网络上全文发布。（此声明处不勾的，默认为即时公开）＇指导教师签名：日期：论文作者签名：疫資注為妙伞：诸将此页附在论文首页。 西安建筑科技大学硕士学位论文江南水乡村镇生活污水处理工艺设计研究——以浙江省湖州市施家桥村为例专业领域：建筑与土木工程硕士生：许晓峰指导老师：熊家晴副教授摘要随着当今社会经济的飞速发展，农村生活水平的日益提高以及畜禽、水产养殖业的增长，农村生活污水大量排放，使得水体污染，河道、水塘富营养化等问题越来越严重，再加上农村地形复杂，排放点分散，水量不稳定等特点，城市污水厂的处理工艺与运行条件不适合在农村地方使用。本文通过对湖州市道场乡施家桥村的实地调查，对本地区的生活污水特征进行了研究，并且根据当地的经济情况、运行管理条件，设计出一套适合当地生活污水处理工程的方案，解决当前急需的工程急需问题，提供示范参考，指导本地区村镇农村污水处理工程实践。本文的主要研究内容及取得的成果如下：（1）该地区的生活污水主要来自农家的厕所冲洗水、厨房洗涤水、洗衣机排水、淋浴排水及其他排水等。这样的生活污水含纤维素、淀粉、糖类、脂肪、蛋白质等有机类物质，还含有氮、磷等无机盐类，其BOD5浓度约为：100～250mg／L之间。生活污水中含有多种微生物，新鲜生活污水中细菌总数在5×105～5×106个／L之间，并含有多种病原体。生活污水中悬浮固体物质含量一般在200～400mg／L之间。由于生活污水中污染物以有机物为主，同时生活污水中还含有许多微生物，对有机污染物进行分解，因而生活污水是不稳定的、生物可降解的和易腐烂的，如果不经处理直接排放到环境中去会引起环境的污染。（2）由于施家桥村自然条件的限制和人口分布分散的原因，处理模式主要包括单户处理、多户处理、区域处理；污水处理工艺主要包括地埋式沉淀+厌氧+人工湿地、地埋式组合型微动力A/O+人工湿地、地埋式微动力一体化A/O+人工湿地、地埋式钢砼型微动力A/O+人工湿地。（3）研究表明，经过对施家桥村农村生活污水处理工程的实地考察，所选用 西安建筑科技大学硕士学位论文的处理工艺高效节能、维护管理简单、处理效果好、出水水质清澈、没有臭味。适合广泛用于农村生活污水处理。关键词：施家桥村；农村生活污水；处理工艺；人工湿地 西安建筑科技大学硕士学位论文ResearchontheprocessdesignofthewatertreatmentprocessofthevillageandtownlivinginJiangnanWaterVillageInZhejiangProvince——HuzhoushijiaqiaovillageasanexampleSpecialty:ArchitectureandcivilengineeringMaster:XuXiaofengInstructor:ProfessorXiongJiaqingAbstractWiththerapiddevelopmentofsocialeconomy,thelevelofrurallifeisincreasingdaybyday,andthegrowthoflivestockandpoultry,aquaculture,alotofruraldomesticsewagedischarge,makesthewaterpollutionandeutrophicationofriversandpondsproblemssuchasmoreandmoreserious,plusthecomplexterrainofrural,dischargepointdispersion,unsteadywater,municipalsewageplantprocessandoperatingconditionsarenotsuitableforuseintheruralareas.,huzhoucity,thisarticlethroughtothedojotownshiphomebridgevillageoffieldinvestigations,sewagecharacteristicsofthisareaarestudied,andaccordingtothelocaleconomicsituation,theconditionsofoperationandmanagement,designasetofsuitableforlocalsewagetreatmentengineeringsolutions,solvetheproblemofcurrentmuch-neededengineeringneed,providereferenceanddemonstrationvillageruralsewagetreatmentengineeringpracticethisarea.Inthispaper,themainresearchcontentsandachievementsareasfollows:(1)Theregionsewagemainlycomesfromthefarmhousetoiletflushingwater,washingwater,washingmachine,showerdrainageandotherdrainage,etc.Thesewagecontainingcellulose,starch,sugar,organicmaterialsuchasfat,protein,also 西安建筑科技大学硕士学位论文containnitrogen,phosphorusandothernutrients,theBOD5concentrationisabout:between100and250mg/L.Domesticsewagecontainsavarietyofmicroorganisms,thetotalnumberofbacteriainfreshdomesticsewagein5x105~5x106/L,andcontainavarietyofpathogens.Suspendedsolidscontentinsewageisincommonly200~400mg/L.Duetogiveprioritytowithorganicpollutantsinsewage,sewagealsocontainsmanymicrobesatthesametime,thedecompositionoforganicpollutantsandsewageisunstable,biodegradableandeasyrotten,ifnottreateddirectlydischargeintotheenvironmenttocausepollutionoftheenvironment.(2)Togivehomeabridgevillagescatteredthelimitationofnaturalconditionsandpopulationdistribution,processingpatternmainlyincludessingledoorhandle,doorhandle,regionalprocessing;Sewagetreatmenttechnologymainlyincludestheburiedprecipitation+anaerobic+artificialwetland,buriedcombinationmicropowerA/O+artificialwetland,buriedweakpowerintegrationA/O+artificialwetlandtype,buriedsteelconcretemicropowerA/O+artificialwetland.(3)Researchshowsthat,afterthehouseofshibridgevillageon-the-spotinvestigationofruraldomesticsewagetreatmentengineering,choosestreatmentprocessofhighefficiencyandenergysaving,simplemaintenanceandmanagement,goodtreatmenteffectandeffluentwaterqualityisclearandnosmell.Suitableforsewagetreatmentiswidelyusedinrurallife.Keywords:thebridgevillage;Ruralsewage;Treatmentprocess;Artificialwetland 西安建筑科技大学硕士学位论文目录1绪论............................................................................................................................11.1研究背景..............................................................................................................11.2我国村镇生活污水概括......................................................................................11.2.1我国村镇农村污水的特征.........................................................................11.2.2我国村镇生活污水治理现状.....................................................................21.3国内外研究现状..................................................................................................31.3.1国内研究现状.............................................................................................31.3.2国外研究现状.............................................................................................51.4课题来源及研究目的和意义..............................................................................71.4.1课题来源.....................................................................................................71.4.2研究目的和意义.........................................................................................71.5研究内容和方法..................................................................................................81.5.1研究内容.....................................................................................................81.5.2研究方法.....................................................................................................82研究区域概况............................................................................................................92.1自然环境条件......................................................................................................92.1.1地理位置.....................................................................................................92.1.2地形地貌特征.............................................................................................92.1.3气候气象特征.............................................................................................92.1.4水文特征.....................................................................................................92.2社会经济概况....................................................................................................102.2.1行政区划概况...........................................................................................102.2.2人口概况...................................................................................................102.2.3经济概况...................................................................................................103研究区域村镇生活污水特征..................................................................................113.1前言....................................................................................................................113.2研究方法......................................................................................................113.2.1入户调查...................................................................................................113.2.2数据分析处理方法...................................................................................123.3生活污水水质特征调查....................................................................................12I 西安建筑科技大学硕士学位论文4研究区域生活污水处理技术选择...........................................................................154.1施家桥村排污系统存在的问题.........................................................................154.2施家桥村生活污水治理目标.............................................................................164.2.1主要控制指标............................................................................................164.2.2主要污染因子去除机理............................................................................164.3施家桥村生活污水处理模式研究.....................................................................184.3.1主要原则....................................................................................................184.3.2主要处理模式............................................................................................184.4施家桥村生活污水处理技术研究.....................................................................194.4.1主要原则....................................................................................................194.4.2处理工艺比较............................................................................................204.4.3处理工艺筛选............................................................................................284.4.4处理工艺路线及可行性分析....................................................................294.5本章小结.............................................................................................................335施家桥村生活污水处理工程示范...........................................................................345.1前言.....................................................................................................................345.2示范工程概括...............................................................................................355.2.1地埋式沉淀+厌氧+人工湿地...................................................................355.2.2工程运行效果研究....................................................................................395.2.3地埋式组合型微动力A/O+人工湿地......................................................425.2.4地埋式微动力一体化A/O+人工湿地......................................................435.2.5地埋式钢砼型微动力A/O+人工湿地......................................................455.3本章小结.............................................................................................................476结论与建议...............................................................................................................486.1结论.....................................................................................................................486.2建议.....................................................................................................................48致谢.................................................................................................................................50参考文献.........................................................................................................................51II 西安建筑科技大学硕士学位论文1绪论1.1研究背景近几年来，随着我国经济的飞速发展，农村水环境问题日益突出。由于受长期以来的生活习惯的影响，农村地区的生活污水随意排放，使得水渠、池塘等水体的水质恶化，蚊虫滋生，已经严重影响农村居民的身体健康，同时，也会对地下水、湖泊、水库等自然水体造成污染。湖州地区河流众多，多数村镇都是沿河、沿江而建，大量的生活污水未经处理直接排放，不仅仅导致农村地区的环境恶化，还会给周边地区的生态系统带来巨大的压力。由于村镇污水具有排水量小而分散、水质波动比较大等特点，与城市相比村镇在社会、经济和技术等条件上存在明显差异，急需有针对性的先进适用污水处理技术。在村镇污水处理上不宜采用较为成熟的城市污水工艺，而一些所谓的生态型工艺往往不能满足处理要求，或缺乏实施的条件（如土地资源）。而应采用一些工艺简洁、处理效果好，占地省、能耗低、运行管理简便、二次污染少的先进适用技术已成为解决江南村镇水污染问题的关键。因此，改善农村生活环境已迫在眉睫，而当前我国在农村生活污水处理方面尚未取得理想成效，因此，积极探讨农村生活污水治理，设计一套合理的农村生活污水处理方案，解决农村生活污水污染问题已成为当务之急。1.2我国村镇生活污水概括1.2.1我国村镇农村污水的特征（1）排放点分散，水量小但总量大。我国农村地区地形复杂，村民的房屋基本上是自建房，因此在选址上缺乏合理的总体布局规划。例如有些是沿河、有些是沿湖，这部分的农户都是直接将生活废水直接排放到就近的水体中，还有一些农户是将粪便、尿液收集起来用于灌溉。另外因为农村地方自来水设施简陋，普及率远远低于城市，因此村民人均用水量也低于城市人均用水量，但由于我国是农业大国，故形成了农村生活污水总量比较大的特征。（2）污水浓度较低、成分复杂。由于受生活习惯和经济发展水平的影响，我国农村的生活水平较低，因此排1 西安建筑科技大学硕士学位论文放的生活污水浓度也相对较低。而这些生活污水主要来源于厨房用水、洗涤用水、厕所污水、家禽粪便等，这些污水不仅仅含有人畜的排泄物、食品和蔬菜的残渣，还含有大量的动植物脂肪。还有部分农村地区垃圾收集设施不健全，导致居民随地堆放垃圾进而产生了渗滤废水，因此收集齐了的污水水质成分复杂。（3）污水水质、水量随时间变化波动较大。在我国大部分农村地区，生活方式直接决定了污水的排放规律。每天不同时段，水质水量变化都比较大，特别是集中在早晨、中午和晚上，在这段时间里，污水量是平时的2~3倍，居民主要是在做饭、洗衣服等活动。而到了凌晨，农村居民用水量基本为零。此外，农村污水排水系统不完善，使得雨污混流，特别是受雨季影响的季节，水量变化系数较大。1.2.2我国村镇生活污水治理现状（1）村民防污意识薄弱，污水直排现象普遍存在。目前我国农村地区因为经济条件的限制，大部分地区都缺少完善的生活污水收集系统，导致农村污水直接排放到河道或者经过化粪池的简单处理后渗入地下，严重污染河道水体和地下水，使得农村居民的居住环境恶化。再加上农村居民保护环境和防污意识薄弱，随意堆放垃圾、排放生活污水、焚烧落叶、过度使用化肥、农药等行为处处可见，这些行为严重破坏了农村生态系统的平衡，导致原有水体丧失了自净的能力，大大增加了农村生活污水治理的难度，也给当地环境带来严重的危害。（2）村镇居民分布缺乏合理规划，实施难度大。我国村镇的大部分地区不像城市那样具有合理的规划，一般都是随意分布，在一些农村居民比较聚集的地方，道路狭窄，管网分布复杂，施工难度大，开挖的水泥路面也有所增加，而且涉及的户数较多，更有部分村民不配合，因此村干部要做的工作量大了，难免会有些阻挠。同时大部分农村居民使用的化粪池都是不符合要求的，必须整改，但是改造难度比较大，还有一部分农村居民的化粪池是直接埋在房子地下，根本无法改造。（3）污水处理设备后期运行维护困难，无法长效运行。随着村镇地区的发展，村镇污水的排水量必将大大增加，而现阶段我国的村镇地区生活污水处理率很低，很大部分生活污水都是未经处理就直接排放到附近水体。村镇生活污水治理是一个民生工程，一座村庄的污水处理投入的费用就有2 西安建筑科技大学硕士学位论文上百万元，大部分村镇的财政能力不足，而后期设备运行还需要资金来源。另外，由于污水处理设施后期的运行管理需要专业的环保人员，农村地区缺少环境保护机构，因此设备缺乏管理和维护，很多地区污水处理设备不能正常运行，出水水质也缺乏专业人员定期进行取样检测，容易造成二次污染。1.3国内外研究现状1.3.1国内研究现状我国是农业人口大国，农村地域辽阔，人口达7亿多人，每天产生生活污水数千万吨，而且各村庄皆缺乏专门的污水收集处理设施，仅部分住户建有化粪池或沼气池系统对生活污水进行简单的发酵处理，大部分居民习惯于将生活污水随意排放。污水不经处理，直接流入附近的河道，加剧水体污染，对周边环境构成不利影响，并威胁周边群众的身体健康。我国农村生活污水处理技术使用较多的[1~7]主要可分为五大类：土壤渗滤技术、厌氧沼气池处理技术、稳定塘处理技术、人工湿地处理技术、一体化成套设备处理技术。（1）土壤渗滤技术土壤渗滤技术是指运用生态学理论、采用工程学方法对污水进行治理与水资源利用相结合的手段。具体的来说，就是把污水有控制地排入到土地，利用土壤动物-植物-土壤微生物整个系统的物理、化学、生物学和生物化学特性对污水中的水、肥资源回收再循环利用，把污水中可降解污染物进行净化的污水工艺技术。污水生态处理技术是以土地的合理使用为基础，是污水土地净化系统的进一步发展。以土壤介质的净化能力为核心，在不使用化学药剂和不产生有害副作用的前提下，达到污水处理系统的处理程度。此工艺运行费用低，投资费用少，无能耗，处理效果理想，后期维护管理方便，可适用于资金短缺，土地面积相对多的农村地区。其缺点是，占地面积大，设计不当容易造成堵塞，污染负荷低，且很容易污染到地下水。综合来说，土地渗滤技术把治理环境与农业用水相结合，不仅可以解决农村的生活污水污染问题，还可以美化环境，节约水资源。（2）厌氧沼气池处理技术在我国农村生活污水处理的实践中，厌氧沼气处理是最通用、节俭、能够体现环境与社会效益两者相结合的生活污水处理方式。它将污水处理与沼气池的合3 西安建筑科技大学硕士学位论文理利用有机结合，实现了污水的再利用。生活污水中含有的大量有机物经厌氧发酵处理后产生出沼气，此阶段的污水中，原本含有的大部分有机物已经被除去，从而达到净化污水的目的；厌氧发酵处理后产生的沼气可以用于浴室和家庭用沼气灶的使用；厌氧发酵处理后的污水和残渣还可以作为农田的肥料。而且在农村有大量农作物秸秆和人畜粪便等，均可用于厌氧发酵。厌氧沼气处理技术工艺简单，成本低，而且不需要后期运行费用，使用寿命长，适合用于农村地区的每家每户。其缺点是，由于是经过厌氧发酵处理，其产生的气体是有毒的，而且处理能力有限，出水水质一般不能直接排放，需进一步处理，而且产气的效率与厌氧沼气池里的生活污水的浓度有直接联系，当生活污水浓度过低时，其产气效率也会随之降低。另外，该厌氧沼气处理技术在气温较低的季节里，对于生活污水的处理能力会降低。（3）稳定塘处理技术稳定塘是以太阳能为动力，充分利用水生动植物、藻类、细菌之间的生态系统，把生活污水中的有机污染物进行分解和转化，将污水处理和合理利用结合在一起，实现污水的资源化。现阶段的稳定塘处理技术主要可以分为四类，分别是：好氧塘、兼氧塘、厌氧塘、曝气塘。稳定塘污水处理技术具有建设费用低，运行维护简单，美化环境，适应能力强，处理效果好，产泥量少等优点。其缺点主要是占地面积大，容易受气温、光照、降雨、季节等自然因素的影响，其周边还容易滋生蚊虫、产生臭气，如果设计或运行不当，就容易造成该区域水体的二次污染。（4）人工湿地处理技术[17~20]人工湿地污水处理技术是指在不存在湿地的自然条件下，人为的设计和建立一个湿地生态系统。这个湿地系统一定要建立在面积较大的低洼地区，由土壤、砾石、碎砖块、碎瓦片、和砂子为填料，并在上面种植大量水生植物，这样就可以通过土壤、植物、微生物的物理、化学、生物的协同作用，对生活污水进行处理。人工湿地处理技术建造和运行费用都比较低，工艺简单，缓冲容量大，而且后期维护方便，处理污水的能力比较强。同时，人工湿地处理技术也具有占地面积大，容易受季节、病虫灾害等因素影响，设计运行参数不明确，而且需在建成几年后才能完全稳定运行等缺点。总的来说，人工湿地处理技术是一种较好的生活污水处理技术，特别是适合于处理水量较大而管理水平不高的村镇生活污水的4 西安建筑科技大学硕士学位论文处理。（5）一体化成套设备处理技术[10]一体化污水处理设备是指将初沉池、一级接触氧化池、二级接触氧化池、二沉池、污泥池集中在一体的污水处理设施。它将活性污泥处理技术和接触氧化的技术结合在一体，具有物理过滤、生物降解和垃圾截留等工艺，在有效去除有机污染物的同时通过水生植物跟微生物的相互作用，把污水中的N和P除去，是在国内农村使用较为广泛的污水处理方式。污水处理一体化设备是目前我国集中处理污水的主要方式之一，该处理设备的占地面积小，耐腐蚀性强，使用寿命一般在50年以上，而且设备操作容易，施工简单，还具有脱氮除磷的能力，出水水质稳定，达到城市生活污水处理的标准。其主要的缺点就是设备为一体化的处理设施，要是出现故障，维修较为困难，而且只能处理污水水量较小的项目。1.3.2国外研究现状针对村镇生活污水污染面大而分散的特点，国外的很多发达国家进行了大量[32~35]的研究与实践，而且各自都有特点。如澳大利亚利用污水直接灌溉农作物，利用种植的农作物来去除污水中的污染物质和水，有效实现了消除污染物和减少污水量的目的，降低了污水中的氮、磷、钾的含量,避免了水体富营养化的发生。在以色列、俄罗斯和西欧等国，他们把污水排放在土壤表面具有一定构造的渗滤沟中,水中的污染物通过物理、化学和生物的降解后再被植物的吸收利用，最后达到处理和净化的目的。该技术对于去除污水中的悬浮物、有机物、氨氮、总磷和[36]大肠杆菌的成效显著。在欧洲、北美、澳大利亚和新西兰等国家，广泛使用人工湿地处理技术，该系统由人工组合的过滤材料和水生植物组成，是一种独特的“土壤—植物—微生物”生态系统，利用各种植物、动物、微生物和土壤的共同作用，逐级过滤和吸收，最后可以把污水中的污染物处理和净化。韩国由于农村居民分布较为分散，因此采用的污水处理设备均为小型、简易的，大部分是以人[37]工湿地为主的处理技术。在德国、法国等国家是以氧化塘处理技术为核心来处理农村生活污水，该技术投资少、运转费用低、维护运行简单，可实现污水的资源化，既节省了水资源，又获得了经济效益，因此，氧化塘技术的应用前景较为广泛。（1）韩国湿地污水处理技术5 西安建筑科技大学硕士学位论文鉴于韩国农村居民不集中而湿地系统又具有能耗低、运行成本便宜、维护费用少等特点，湿地处理系统在韩国已经广泛用于农村污水的处理。该系统主要是利用土壤和植物的去除污染物的能力，对农村生活污水进行处理。目前，湿地系统在我国也开始应用，其主要的水生植物包括芦苇、水葫芦、美人蕉等。但湿地系统也存在占地面积过大，容易受季节、病虫灾害等因素影响的缺点。相对而言，湿地系统处理过后的污水，只要再经过普通水生植物的吸收，就能达到叫为满意的处理效果。（2）美国高效藻类塘技术高效藻类塘是通过改造传统的稳定塘，将藻类产生的氧气尽可能的利用起来，使得塘内的一级降解动力学常数值大幅度的提高。高效藻类塘主要的特点是施工简单、投资费用少、运行费用低、后期维护管理简单，不足之处就是容易受到光照、温度等环境因素的影响。目前的研究表明，高效藻类塘对于污水中的COD、BOD5、总氮、总磷以及病原体等污染物的去除效果较为理想，对于技术落后而土地充足的农村地区来说，具有广泛的应用前景。（3）澳大利亚菲尔托污水处理技术菲尔托的污水处理系统主要是以土地处理为基础，通过将污水灌溉农作物，使得污水经过土地和农作物的处理后，最后由暗管排出的原理，该系统通过农作物的吸收分解，最终降低了污水中污染物的浓度，使得出水水质达到污水的排放标准。菲尔托系统的建设成本低，处理后的出水效果好，是近几年在澳大利亚使用较为广泛的一种农村污水处理技术。（4）日本农村生活污水处理技术众说周知，日本是一个岛国，土地资源贫瘠，因此，污水处理在日本具有非常重要的地位，尤其是经历了“水吴病”的事件之后，他们开始意识到保护环境的重要性。在日本，经过农村污水处理协会的研究，设计了十多套适合用于村镇污水处理的设施，其处理工艺主要是生物膜法、浮游生物法等，对于一般的农村生活污水具有较好的处理效果。而且这些设备普遍都具有占地面积小，建设和运行费用低，后期运行管理简单等特点，适用于绝大部分的农村地区。（5）法国蚯蚓床生态滤池处理技术蚯蚓床生态滤池主要是根据蚯蚓、土壤、土壤微生物的相互作用，提高土壤的透气性和系统的负荷能力，以促进有机物分解。蚯蚓床生态滤池处理技术不但去污能力强，而且剩余污泥量少，是近几年在法国、智利发展起来的污水处理系6 西安建筑科技大学硕士学位论文统。蚯蚓床生态滤池是将污水处理的整个流程都集中在土壤基质里，极大限度的简化了污水处理的流程，但是由于受蚯蚓的生活习性的影响，在温度过高或者过低的情况下，蚯蚓会处于夏眠和冬眠的状态，此时的滤池还容易堵塞，因此此时的处理效果并不理想。1.4课题来源及研究目的和意义1.4.1课题来源从当地社会、环境、经济、文化方面综合考虑以及国家新农村建设政策和浙江省“五水共治”及农村创建精品村要求。为了改善村庄生态环境，提高村民生活水平，开展施家桥村污水处理项目。为此道场乡邀请我单位参与该项目的污水管网及污水处理工程的设计工作。1.4.2研究目的和意义随着我国经济社会的快速发展和人民水平、质量的不断提高，特别是城镇化进程的不断加快，农村的水环境污染问题日益突出。受生活习惯、地理环境及经济水平等多方面的因素影响，村镇生活污水处理问题越来越受到广泛关注，已成为当前提高农民生活水平、改善农民生活环境的首要任务。由于农村的特殊性，一般都没有固定的排污口，都是比较分散，而且水量、污水水质、排放方式各有不同，很多地方雨水跟生活污水并没有分开排放，因此，要因地制宜，在人口较为密集的地方使用集中式处理，其余的使用分散式处理，找到适合本地区建设的低负荷、低成本的污水处理设施，从而解决农村经济发展过程中存在的污染问题。目前，国内农村污水处理工艺种类繁多，如土壤渗滤技术、厌氧沼气池处理技术、稳定塘处理技术、人工湿地处理技术、一体化成套设备处理技术，并且都有各自的优缺点，比如稳定塘处理技术优点是运行维护费低，系统基本不耗能;可充分利用地形，节省投资；无需污泥处理；可实现污水资源化。缺点是处理效果受气候条件影响大；有机负荷低，占地面积大等，一体化处理设备虽然使用寿命长、承载能力大、效率高、能耗低、出水水质好，可是也存在维修空间小、水流停滞时间短，运行要求高、污泥不易外排等缺点。本次研究主要是通过对农村地区的实地考察，考虑当地社会经济发展水平，设计出一套适合当地的生活污水处理工程的方案，解决当前急需的工程应用问题，提供示范参考，7 西安建筑科技大学硕士学位论文指导本地区村镇污水处理工程实践。1.5研究内容和方法1.5.1研究内容本研究以湖州市道场乡施家桥村为研究对象，对施家桥村的生活污水特征及处理的工艺和效果进行研究，探讨该地区农村生活污水的特征，设计出适合当地的农村生活污水处理方案，为本地区生活污水的治理提供科学依据。此次研究主要有以下几个方面：（1）施家桥村地区的生活污水特征研究。对该地区的农村居民进行入户调查，了解该地区的生活污水排放规律、水质特点及周围环境的污染状况，通过上述的调查及数据分析研究该地区的生活污水特征及影响因素。（2）施家桥村生活污水处理工艺和技术优选。污水的水质和水量是选择处理工艺的重要依据，通过仔细的实地考察之后，结合该地区的经济水平、社会状况、地理条件等因素，提出适合本地区的生活污水处理模式，并对相应的处理工艺进行筛选和适宜性分析。（3）示范工程研究。基于理论知识，结合实际情况，选择合适的污水处理技术，并对相应的污水处理设施的处理效果进行研究。1.5.2研究方法（1）查阅相关的文献资料，研究农村生活污水处理技术的适用性。仔细阅读近几年国内外关于村镇生活污水处理现状的文献，学习国内外处理村镇生活污水的案例，了解国内外关于村镇生活污水处理的进展。同时对施家桥村地区的农村生活污水的现状、污水特征、污染源等进行详细调查，以便本研究的设计工作。（2）对施家桥村的自然条件、社会环境及水环境进行现状调研分析。本次调研的目的是为了给下一步的设计工作和处理工艺的确定提供依据，因此，必须以严谨的科学态度对待，不得有丝毫马虎。（3）开展具体的处理工艺的设计，根据该地区生活污水的特征，结合当地的经济发展情况、自然条件等因素，设计出适合该地区的农村生活污水处理工艺，并对处理工艺加以说明。（4）实际运行效果分析。建成后，定期对污水处理设备的出水水质进行取样分析。8 西安建筑科技大学硕士学位论文2研究区域概况2.1自然环境条件2.1.1地理位置施家桥村位于吴兴区道场乡，吴兴区总面积871.9平方公里，地处东经119°14′-120°28′之间，北纬30°22′-31°11′，东距上海150千米，南接杭州86千米，西连南京230千米，北隔太湖与苏州、无锡相望。其中，施家桥村村域形态呈梭形，村域面积2.3平方公里。2.1.2地形地貌特征施家桥村位于南浔区善琏镇北侧，紧邻善琏镇区，具有典型的江南水乡特色。村内河港密如蛛网，星罗棋布，有着得天独厚的自然生产条件。已规划的“三新公路”、“湖嘉乍铁路”将穿村而过，地理位置优越。施家桥村为典型的江南村落，各村民小组分布成分散式，村内河道分布较多，村民多临河而居，房屋沿河而建，呈带状，且池塘分布较多。2.1.3气候气象特征施家桥村呈典型的亚热带季风气候，温暖湿润，四季分明，雨热同期。年平均气温15.2℃，年平均降雨量120毫米以上，降雨以梅雨型和台风型为主。由于季风气候不稳定性，易受夏秋台风洪涝、冬春低温寒潮、盛夏干旱等灾害性天气影响。全年无霜期200天左右，终年积温5000度以上，全年主导风向为东南风。2.1.4水文特征施家桥村水网纵横，荡漾密布，其中頔塘、南横塘和北横塘被列入太湖流域杭嘉湖平原北排通道工程，罗溇被列入杭嘉湖平原入湖溇港整治工程。頔塘西起三里桥港，现为四级航道，是湖州市主要的水上运输通道，也是湖州市区北部主要的排水河道。9 西安建筑科技大学硕士学位论文2.2社会经济概况2.2.1行政区划概况施家桥村位于浙江省湖州市吴兴区内，吴兴区区域总面积871.9平方公里，施家桥村区域总面积2.3平方公里，占吴兴区总面积的0.26%。2.2.2人口概况施家桥村辖有7个自然村，19个村民小组，农户363户。全村共有1335人，党员52名。其中中心村农户265户，人口928人，占全村总人口的69.51%。2.2.3经济概况施家桥村共有个体工业企业33家，初步形成以轻纺为主，机械、建材、注塑等行业并存的格局，并向“精”“高”“新”层次提升；效益农业户66户，呈现“龟鳖”“獭兔”“观赏鱼”三大产业特色。2010年实现全村经济总收入2.8亿元，人均村级集体可支配资金收入295元，农民人均纯收入13012元。10 西安建筑科技大学硕士学位论文3研究区域村镇生活污水特征3.1前言生活污水即为人们日常生活所产生污废水，其主要来源为人们日常生活中的饮食、洗刷、排泄、生活垃圾随意丢放、家禽养殖粪便排放、雨水冲刷等。目前国内及国外对生活污水特征的研究的重点在于城市生活污水的处理处置，而忽略了农村生活污水特征的研究，其研究存在局限性。道场乡施家桥村居民区排污系统的排放方式主要采用雨污合流的方式，村落附件均有河道和水塘，通过村内的排污渠旱季时收集污水，雨季时同时收集雨水，然后排至溪流或灌溉渠，灌溉渠水位高时，自然溢流至溪流。部分靠近溪流和灌溉渠的居民生活污水直接排入河塘。因此必须尽快加以整治，将污水收集从沟渠明流改为管道暗流，引至污水处理池进行集中处理；将雨水通过原有沟渠收集后排至溪流或农业灌溉渠，从根本上解决污水横流、恶臭扑鼻、污染严重的现状。准确掌握施家桥村生活污水的特征对制定治理技术具有深远的意义。3.2研究方法3.2.1入户调查（1）调查对象调查16个自然村，选取3个典型自然村，每村随机抽取6户农户作为调查对象。宋家墩1#位于朱巧英东角约13m河塘边，共有52户。农民主要收入来源为农业及渔业。舍头浜1#位于施春林西南角约20m水田处，共有33户。沈家湾位于沈向阳西北角约20m河塘处，共有39户。（2）调查工具尺子，水桶（下直径36.5cm，母线50cm，上直径43.5cm），胶布，水性笔等。（3）调查方法11 西安建筑科技大学硕士学位论文调查时采用随机抽样、分层抽样、重复调查，具体方法如下：每个典型村按经济水平差异和人口数量不同随即抽取6户农户作为连续取样和跟踪调查的基准。在调查前期，将准备好的调查工具分配给调查户，其中每户塑料桶3个，用于收集各类除冲厕废水以外的生活污水，收集时间是每天早上8时至第二天早上8时，收集完毕后，由调查小组到所选农户家测量水量并记录。与此同时，将每户的水样混合均匀，取1L于准备好的水桶中，再次将混合水样混合均匀，取600ml待测。工作调查连续五天，每天调查后将水样待会实验室进行测定分析。由于要更好的研究施家桥村生活污水各个产生时段具有的规律性，特委托调查户在调查期间内对水桶水位的观测并进行记录，一般晚间农户没有作业，污水产量较低，不做记录，故记录从早上6点到晚上23点各个时段每2小时为一个时段所产量的平均值。（4）调查时间调查时间按季节划分：其中春季的调查时间为3月5日-3月9日；夏季的调查时间为6月23日-5月27日；秋季的调查时间为9月23日-27日。3.2.2数据分析处理方法研究人员将施家桥村3个典型自然村中6个典型户每天的各类生活污水的样本数据进行汇总，每个典型自然村90个样本，3个典型自然村的样本调查数据共计270个，进行统计汇总和处理。3.3生活污水水质特征调查（1）生活用水来源道场乡施家桥村的生活用水主要来源于自来水和地下水。在施家桥村，大部分村民的生活用水都以自来水为主地下水为辅，村民之所以会形成这种用水习惯，主要是因为地下水的水质已经受到污染，水质得不到保障。（2）生活污水排放时间规律经过调查发现，道场乡施家桥村生活污水排放量较大的时间都集中在早上六点到八点之间，此段时间内居民用水量较大，主要是厨余废水和洗漱废水。到了中午十一点到十三点会出现用水高峰，其污水类型主要是厨余废水和洗衣废水。之后到了十七点到十九点，这段为晚上用餐时间，所以产生的主要是厨余废水。二十一点到二十三点这段时间内居民的洗浴活动较为频繁，因此会产生大量的洗12 西安建筑科技大学硕士学位论文浴废水。图表如下：污水排放量变化规律40353025201510502点4点6点8点10点12点14点16点18点20点22点24点污水量m³/（d×人）图3.1污水排放量随时间变化规律图（3）生活污水构成和比例施家桥村生活污水主要可以分为三大类：厨余及其他废水、洗衣废水和洗浴废水。其中，洗浴废水占的比例最大，厨余及其他废水水量占的比例最少。另外，因为施家桥村河流较多，有一部分居民会在河边洗衣，因此，洗衣废水的产量会相对较小。厨余及其他废水、洗衣废水、和洗浴废水所占的比例分别为24%，20%，56%。另外，季节对生活污水也会产生影响，在夏季，农村居民的洗浴废水会明显增加；而在冬季，洗浴废水会相对较小。这是因为夏季温度高，居民活动较多，洗澡的次数也相对较多。（4）生活污水排放系数将三个季节的生活污水作为总样本，其污水排放系数为77.5L/人·日，约4户住宅1吨。具体水质指标和成分见下表：13 西安建筑科技大学硕士学位论文表3.1生活污水水质指标浓度种类（mg/L）CODBOD氮磷固体悬浮物高10004008515350中400200408220低250100204100表3.2住户污水成分来源厕所洗浴间项目单位总量厨房总量尿液/洗衣房（包括尿液）污水量L/(人·日)25.31521.515.777.5BODkg/a10.32.8131.127.2CODkg/a19.66.4205.151.1氮kg/a6.35.10.71.113.2磷kg/a0.90.60.090.11.69SSkg/a10.30.320.31.932.814 西安建筑科技大学硕士学位论文4研究区域生活污水处理技术选择4.1施家桥村排污系统存在的问题道场乡施家桥村居民区排污系统的排放方式主要采用雨污合流的方式，村落附件均有河道和水塘，通过村内的排污渠旱季时收集污水，雨季时同时收集雨水，然后排至溪流或灌溉渠，灌溉渠水位高时，自然溢流至溪流。部分靠近溪流和灌溉渠的居民生活污水直接排入河塘。另外，村内大小河塘有不同程度的淤积，卫生条件较差，村中污水排至溪流或灌溉渠，加上村内小巷比较狭窄，给管道施工带来一定难度。其生活污水的主要来源为农民日常生活中的饮食、洗刷、排泄、生活垃圾随意丢放、家禽养殖粪便排放、雨水冲刷等。经对施家桥村排污现状现场勘察，其排污系统存在一些问题，主要有以下几点：（1）部分新建房屋和旧房屋卫生设施在改造过程中，虽然建有化粪池，但却没有排放设施，造成蚊蝇滋生，污水四溢，臭气逸散，导致周边环境恶化。（2）居民区排污系统的排放方式主要采用雨污合流的方式，由于施家桥村是水乡，通过村内的排污渠旱季收集污水，雨季时同时收集雨水，然后排至溪流或农业灌溉渠内，灌溉渠水位高时，自然溢流至溪流。一到晴天气味难闻，严重污染生活环境。（3）污水未经处理排入农业灌溉渠，对农业灌溉渠造成了污染。（4）村内大小河塘无数，有不同程度的淤积，卫生条件差，村中污水排至溪流或农业灌溉渠，对溪流或农业灌溉渠严重污染。因此必须尽快加以整治，将污水收集从沟渠明流改为管道暗流，引至污水处理池进行集中处理；将雨水通过原有沟渠收集后排至溪流或农业灌溉渠，从根本上解决污水横流、恶臭扑鼻、污染严重的现状。15 西安建筑科技大学硕士学位论文4.2施家桥村生活污水治理目标4.2.1主要控制指标表4.1各项污染物控制指标项目CODcrBOD5SSNH3-NTP污水进水浓度（mg/L）≤350≤150≤200≤30≤4厌氧池浓度（mg/L）15060100304出水去除率（%）576050//电能曝气池浓度（mg/L）≤50≤10≤10≤5≤0.5出水去除率（%）6783908387[9]4.2.2主要污染因子去除机理（1）CODcr：化学需氧量是用化学氧化剂氧化水中有机污染物时所消耗的氧化剂量，用氧量（mg/L）表示。化学需氧量越高，也表示水中有机污染物越多。COD降解可分为物理法、化学法和生物法。废水的可生化性弱的话，可以通过物理沉淀、浮选去除水体中的悬浮物以降低水体的COD，或者通过化学法加入氧化剂将有机物氧化掉以降低水体的COD；当废水的可生化性较强时一般采用生物处理工艺，主要通过微生物的增殖过程来降解COD（微生物吸附-增殖-排泥），去除的COD一部分通过微生物降解成了CO2，另一部分变成了新生成的微生物自身（活性污泥），通过排泥去除。（2）BOD5：生化需氧量是水中有机污染物被好氧微生物分解时所需的氧量为生化需氧量（以mg/L为单位）。生活污水中BOD5的去除是靠微生物的吸附作用和代谢作用，然后对污泥与水进行分离来完成的。活性污泥中的微生物在有氧的条件下将污水中的一部分有机物用于合成新的细胞，将另一部分有机物进行分解代谢以便获得细胞合成所需的能量，其最终产物是CO2和H2O等稳定物质。（3）NH3-N：一般选用生物法去除氨氮。生物法去除氨氮生物法去除氨氮是在指废水中的氨氮在各种微生物的作用下，通过硝化和反硝化等一系列反应，最终形成氮气，从而达到去除氨氮的目的。生物法脱氮的工艺有很多种，但是机理基本相同。都需要经过硝化和反硝化两个阶段。硝化反应是在好氧条件下通过16 西安建筑科技大学硕士学位论文好氧硝化菌的作用将废水中的氨氮氧化为亚硝酸盐或硝酸盐，包括两个基本反应步骤：由亚硝酸菌参与的将氨氮转化为亚硝酸盐的反应。由硝酸菌参与的将亚硝酸盐转化为硝酸盐的反应。亚硝酸菌和硝酸菌都是自养菌，它们利用废水中的碳源，通过与NH3-N的氧化还原反应获得能量。反应方程式如下：+-+亚硝化：2NH4+3O2→2NO2+2H2O+4H--硝化:2NO2+O2→2NO3硝化菌的适宜pH值为8.0～8.4，最佳温度为35℃，温度对硝化菌的影响很大，温度下降10℃，硝化速度下降一半；DO浓度：2～3mg/L；BOD5负荷：0.06-0.1kgBOD5/(kgMLSS•d)；泥龄在3～5天以上。在缺氧条件下，利用反硝化菌（脱氮菌）将亚硝酸盐和硝酸盐还原为氮气而从废水中逸出由于兼性脱氮菌（反硝化菌）的作用，将硝化过程中产生的硝酸盐或亚硝酸盐还原成N2的过程，称为反硝化。反硝化过程中的电子供体是各种各样的有机底物（碳源）。以甲醇为碳源为例，其反应式为：--6NO3+2CH3OH→6NO2+2CO2+4H2O--6NO2+3CH3OH→3N2+3CO2+3H2O+6OH（4）SS：即水质中的悬浮物。水质中悬浮物指水样通过孔径为0.45μm的滤膜截留在滤膜上并于103～105℃烘干至恒重的固体物质，是衡量水体水质污染程度的重要指标之一，计量单位是mg/L。SS的去除，主要运用物理法，利用格栅的过滤，活性污泥的吸附作用，沉淀池的沉淀效果等去除污水中的SS。（5）TN：总氮，废水中的氮以有机氮、氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮四种形式存在。在农村生活污水中，主要含有有机氮和氨态氮，它们均来源于人们食物中的蛋白质。新鲜生活污水含氮中有机氮占总氮的60%，氨氮约占40%。当污水中的有机物被生物降解氧化时，其中的有机氮被转化为氨氮。经活性污泥法处理的污水有相当数量的氨氮排入水体，可导致水体富营养化。水体若为水源，将增加给水处理的难度和成本。因此一级B处理的出水有时需进行脱氮处理。去除机理与氨氮类似，即运用生物脱氮机理，在微生物的作用下，将有机氮和氨态氮转化为N2和NxO气体的过程。其中包括硝化和反硝化两个反应过程。（6）TP：总磷，农村生活污水中的磷来源主要是粪便和洗涤废水。现在一般广泛运用的是生物法除磷，它是利用微生物在好氧条件下对污水中溶解性磷酸盐的过量吸收作用，然后沉淀分离而除磷。生物除磷的基本类型有二种：A/O法和Phostrip工艺，本次设计将运用A/O法除磷。其流程图如下所示：17 西安建筑科技大学硕士学位论文沉淀原废水（释放磷）曝气池（BOD5池处理水去除吸收磷）回流污泥（含磷污泥）剩余污泥含磷污泥用作肥料图4.1A/O法除磷示意图4.3施家桥村生活污水处理模式研究4.3.1主要原则（1）首先要明确生活污水处理模式，主要是以分散处理为主，分散与集中处理相结合的原则，必须因地制宜，实现收益最大化。（2）其次要紧密结合当地条件，把处理后的污水回收利用，还要从源头上削减农村污水的产生，真正实现污水的资源化和减量化，减少农村污水处理的压力，降低成本。（3）充分利用地形优势，合理规划，以达到降低建设成本，处理设施尽可能少占用田地，尽量集中，减少管道的消耗。（4）对于经济水平相对落后的农村地区，处理的模式应该选用成本相对较低的处理技术，加上农村地区缺乏专业的技术人员，在处理模式上也应选择运行稳定简单，后期维护需求量少的处理技术。4.3.2主要处理模式（1）单户式处理模式单户式处理是指把处理对象设为一家一户的处理模式，这种模式的处理设备运行维护工作将直接有家庭负责，在某些居民较为分散的地区，尤其是丘陵和山区，因为自然条件极为恶劣，无法埋设管道，因此，以单户式的处理模式就地处理，既减少用地，也减少了建设成本，还能降低运行维护成本。18 西安建筑科技大学硕士学位论文（2）联户式处理模式联户式处理模式是将多户居民联合在一起处理的处理模式。主要是因为在某些地区，通常有几户或者十几户人家聚集在一起生活，这种处理模式可以采用铺设管道的方法将各级各户的生活污水收集到一起。（3）连片式处理模式连片式处理模式是指以自然村或者范围相对较广的地区为处理对象，将整个地区的污水收集处理。因此，处理污水的工程量相大于联户式处理模式，此模式的特点是管理维护方便。4.4施家桥村生活污水处理技术研究[15]4.4.1主要原则根据湖州市农村生活污水全覆盖工作方案，对于具备纳入市政管网或污水处理厂条件的地区，实行截污纳管，50户以下的应选用微动力处理加人工湿地模式；在个别人口散户区的情况下，可以选用无动力厌氧处理模式。在充分了解实际的运行水质、水量并充分参考类比村镇的处理工艺的基础上，本案认为该污水处理工艺设计应采用如下原则：（1）以该村总体规划建设为指导，结合污水处理系统工艺特点，充分考虑内外结合，使本污水处理项目成为一个完整的、统一的工程项目。（2）选择稳妥可靠、技术先进、投资省、运行费用低、管理简便、运行灵活的污水处理设备和仪器，为本污水处理系统的建设和运行创造良好的条件。（3）按照环保政策的要求进行设计，出水达到一级B排放标准。（4）以设计规范、标准为依据，结合公司专家组合理化建议，通过设计进行总体优化，在不影响工程质量的前提下，降低工程项目投资成本与运行成本，并提高污水处理系统管理水平。（5）设计时充分考虑污水处理系统配套的减振、降噪、除臭措施，从而防止对环境的二次污染，污水处理产生的少量剩余污泥经好氧消化后，定期清除外运。（6）厕所冲洗粪便的高浓度生活污水（黑水）必须首先接入三格式化粪池，再介入管网系统。化粪池设计参照国家建筑标准设计图集02S701、03S702和CJJ124，确保不渗漏（或采用商品化的化粪池）。（7）除冲厕用水以外的厨房用水、洗衣和洗浴用水等低浓度生活污水（灰水）19 西安建筑科技大学硕士学位论文应直接接入管网系统的检查井中。（8）若收集系统涉及农家乐经营户，则污水必须首先接入隔油池，再接入管网系统。隔油池设计可参照《饮食业环境保护技术规范》（HJ554-2010）（9）畜禽养殖污水、农产品加工废水不应该接入农村生活污水处理模式。（10）农村生活污水的排水方式宜采用分流制。[4~13]4.4.2处理工艺比较[5]（1）厌氧水解处理工艺厌氧水解是利用厌氧微生物的水解和产酸作用，将污水中的固体、大分子和不易生物降解的有机物降解为易于降解的小分子有机物，使得污水在后续的处理单元以较少的能耗和较短的停留时间下得到处理。厌氧方法不仅广泛用于小型生活污水的预处理，也适用于二级处理。尤其对于地处热带和亚热带的发展中国家来说，更适于因地制宜地发展小流量生活污水处理的厌氧处理系统。它具有投资少，能耗低，操作和维修简单且效果稳定的优点。厌氧生物处理技术主要有：化粪池、水解酸化、上流式厌氧污泥床反应器（UASB）等。据调查，浙江省农村现使用的污水处理技术主要是厌氧水解技术，实际使用情况表明，该技术简单、经济，易于在农村重点推广。厌氧水解技术的优点有：1）可完全建设在地面以下，设施隐蔽，安全且不妨碍人通行；2）处理能力大，对冲击负荷有较强的适应性，污泥生成量少，不用外加能耗，基本无运行成本，投资少，效率高；3）施工简便，运行维护管理简单。缺点是：1）受到低浓度废水的限制，在处理低浓度废水时污染物去除率较低；2）不具有去氮、磷，含量还会有所增加；3）对温度和有毒物质等外界因素较敏感。（2）生态沟处理工艺生态沟是利用水生植物、微生物和沟渠沉积物组成的微观系统对污水中的氮、磷和有机物进行截流和吸收，使污水中的氮、磷和有机物沿程和随时间递减的水处理技术。（3）氧化塘处理工艺20 西安建筑科技大学硕士学位论文氧化塘是经人工改造的具有处理污、废能力的自然池塘，是一种构造简单，维护管理方便，处理效果稳定，节省能源的净化系统，其净化过程与自然水体的自净过程相似。污水在塘内经过较长时间的停留、贮存，通过微生物的代谢活动，菌藻互相作用或菌藻、水生物的综合作用使有机物和其他污染物质得到降解和去除。其优点有：1）结构简单，基建投资费用低；2）运行费用低，维护和维修简单、便于操作，能有效去除污水中的有机物和病原体，无需污泥处理；3）能承受污水量大范围的波动，其适应能力和抗冲击能力强；4）美化环境，形成生态景观。缺点是占地面积过多；处理效果受气候影响较大；若设计或运行管理不当，容易造成二次污染。【4】（4）跌水充氧处理工艺跌水充氧技术是利用污水提升泵提升污水或利用地势差，使污水分级跌落，形成水幕及水滴自然充氧，无需曝气装置，在降低有机物的同时，去除氮、磷等污染物。跌水充氧技术的优点如下：1）跌水充氧系统比鼓风曝气系统操作更加简单，设备数量少，系统简单。在跌水充氧系统中只有水泵、控制系统等设备和一些必须的构筑物。2）对于跌水充氧来说，可以因地制宜的设计，将山地丘陵的劣势化为优势，利用地势高差跌水充氧，从而减少土石方的开挖和混合液曝气所需电能的消耗。【6】（5）人工湿地处理工艺1)人工湿地简介[23~26]人工湿地种类多种多样，根据污水的流动方式的不同，可以分为三类，表面流人工湿地、水平潜流型人工湿地和垂直潜流型人工湿地。人工湿地的投资和运行费用低，加上其运行成本仅为0.05-0.10元/立方米，在处理农村污水的同时还吸收大气中的二氧化硫、二氧化碳等其他气体，是近年来国内国外使用较为广泛的污水处理技术。其中表面流人工湿地主要以地表推流为主，被处理的生活污水主要是靠湿地是的植物根茎的截留、土壤的吸附过滤和污染物的自然沉降作用以达到去除污染21 西安建筑科技大学硕士学位论文物的目的。这种人工湿地的污水处理效果虽然比水平潜流型湿地和垂直潜流型湿地差，但高于天然湿地的处理效果；水平潜流型人工湿地一般有多个模块组成，其生活污水是从一段水平流过模块里的填料然后进入到另一端。水平潜流型湿地相对于表面流湿地来说，其对化学需氧量、五日生化需氧量、固体悬浮物和重金属的去除能力较好，同时还减少了臭气的产生。这种湿地在国际上使用广泛，主要用于医疗废水、工业废水、生活废水、垃圾处理厂渗漏液和矿山废水的处理上，[27]但由于是潜流型的处理工艺，因此容易发生堵塞现象；垂直潜流型人工湿地目前主要用于处理氨氮含量较高的污水，其污水从湿地表面纵向流入湿地底部，中间通过填料的吸附处理作用，对磷的去除效率差异很大，而且体积负荷小，但由于对介质要求较高，还容易堵塞，因此难以推广使用。与表面流人工湿地和水平潜流型人工湿地相比，其具有较为明显的除氮和去除有机物的能力，且稳定性高、耐冲击符合强。国外把垂直潜流型人工湿地用于处理农业污水，发现其对BOD5、CODCr、SS和氮的去除率明显提高。设计参数具体如下图所示：表4.2小规模人工湿地设计参数进水BOD5有机负荷处理效率水力负荷水利停留时间湿地类型-1-1-13-3-1（mg.L）（kgBOD5.ha.d）（%）（m.ha.d）（d）表面流人工湿地﹤5015-50﹤40﹤10004-8水平潜流人工湿地﹤10080-12045-85150-50002-4垂直潜流人工湿地﹤10080-12040-80300-100002-4人工湿地在运行稳定运行之后，其对污水的净化是基于人工湿地植物的吸收和填料上微生物的分解作用共同的结果。在废水流经填料表面和植物根部的时候，废水原来含有的悬浮物会被截留，而废水中的有机物则通过生物膜的吸附，微生物的处理最后得以去除。在湿地床层中的植物根系对氧的传递释放作用下，其周围的环境还会出现好氧、缺氧和厌氧的状态，把那些没被植物和微生物作为营养吸收的氮和磷，经过硝化、反硝化的作用及微生物对磷的过量积累作用，从而从废水中去除，最终通过更换填料和回收处理污染物质的方法最终从系统中去除[28]。具体见图4.4。22 西安建筑科技大学硕士学位论文图4.2植物的输氧作用2)国内外人工湿地的研究动态国内研究动态由于我国对人工湿地的研究起步较晚，因此，我国第一个人工湿地是1987年6月在天津是环境保护研究所建成的芦苇人工湿地处理系统，处理规模为1400m³/d。然后到了1990年7月，由国家环保总局华南研究所在深圳白泥坑建成第二座人工湿地，该工程的人工湿地处理系统采用潜流型和兼性稳定塘相组合的设计方法，详细见图4.5、4.6。深圳市河流污染整治重点工程之一的沙田人工湿地污水厂于2001年7月建成运行，其占地两万平方米，处理规模为5000m³/d，该湿地处理后的排放指标可达到V类水标准。具体如下图表所示：表4.3白泥坑处理人工湿地效率(mg/L)项目SSCODBOD进水99.414071.21出水11.810.77.1去除率（%）887190图4.3白泥坑污水处理系统工艺流程示意图23 西安建筑科技大学硕士学位论文在“九五”期间，我国中科院水生所与德国科隆大学、奥地利维也纳农业大学等共同提出复合垂直流构建湿地，这种系统是一种下行流复合水流方式的湿地系统，其主要的优点是可以使水流充分的流过湿地里的处理基质，解决湿地处理系统经常出现的“短路”问题，同时形成了好氧与厌氧并存的复合水处理的结构，明显地提高了湿地系统脱氮的效果；清华大学吴晓磊对人工湿地进行了一系列的研究，其中，对人工湿地废水处理机制及污染物在湿地系统中的流向研究卓有成果，人工湿地中的湿地基质之所以会交替出现好氧、缺氧、厌氧的状态是由人工湿地中物理、化学及生物的协同作用和湿地植物的输氧造成的，而且这是保证对氮磷及有机物具有较强处理能力的主要原因；靖元孝等学者研究两栖榕在潜流型人工湿地的生长特性和对污水的处理效果时发现，两栖榕在人工湿地中对五日生化需氧量、化学需氧量、总氮、总磷的去除率分别为74.13%、72.14%、54.12%和40.19%，跟无植物的人工湿地系统相比，其去除率分别提高了11%、10%、17%和12%；还有一些学者用实验的方法将香蒲、美人蕉、葛蒲、芦苇等七种常见的人工湿地植物进行了比较，实验主要是对比这几种植物对生活污水的处理效果。最后得出这几种植物的人工湿地处理系统对氮、磷、还有化学需氧量等有明显的去除效果。国外研究动态早在1903年，英国就拥有世界上第一个人工湿地，自此之后，人工湿地处理技术也迅速得到广泛的使用和研究。美国是世界上拥有人工湿地处理系统最多的国家，其建造的人工湿地处理系统大部分用于处理市政、工业和农业废水。在美国，由于潜流式系统具有占地面积小、节约成本和能够除臭及病原体等优点，被广泛应用于各个领域，最常使用的湿地植物是芦苇和香蒲等。在欧洲一些国家，使用较多的则是垂直潜流式系统，主要是用于人口规模较小乡镇的污水处理。虽然人工湿地处理技术被广泛的应用，可是其运行状况也存在较多的问题，比如一些运行时间较长的污水处理设备，经常会发生堵塞、植被退化等问题。[32~37]对于人工湿地的研究，国外也进行了许多实验，投入了大量的精力去改进人工湿地技术。比如北美湿地工程公司借鉴鼓风机和污泥回流技术开发了通风强化床技术和循环湿地流湿地技术，这些技术已经被成功运用于一些环境较为恶劣的地区。UStottmeister等人经过研究发现，植物对根部的输氧活动在污染物的直接降解和微生物降解方面起到重要作用。DOhuett等人通过研究发现，植物的吸收对降低水中氮、磷含量起到关键作用。24 西安建筑科技大学硕士学位论文人工湿地是一种人工建造和监督控制的，与沼泽地类似的地面。湿地处理就是利用低洼湿地和沼泽地处理污水的方法。污水有控制地投配到种有芦苇、香蒲等耐水性、沼泽性植物的湿地上后，通过土壤的渗滤作用及其培植的水生植物和水生动物的综合生态效应，达到净化废水与改善生态环境的目的。人工湿地对废水的处理综合了物理、化学和生物的三种作用。湿地系统成熟后，填料表明和植物根系将由于大量微生物的生长而形成生物膜。废水流经生物膜时，SS被填料和根系阻挡截留。有机污染物则通过生物膜的吸收、同化及异化作用而被去除。湿地床系统中因植物根系对氧的传递释放，使其周围的环境中依次呈现好氧、缺氧和厌氧状态，保证了废水中氮、磷不仅能被植物和微生物作为营养成分而直接吸收，而且可以通过硝化、反硝化作用及微生物对磷的过量积累作用将其从废水中去除，最后湿地床填料的定期更换或栽种植物的收割而使污染物最终从系统中去除。湿地处理可用于污水的直接处理或深度处理。人工湿地技术具有以下优点：1）人工湿地系统最大的特点是基本不用能耗，具有高效率、低投资、低运行费用、低能耗，维护简单，处理量灵活，处理效果好等优点；2）人工湿地技术不仅可以有效而经济地净化水质，而且能利用废水中的营养物质和水，促进农作物繁殖，饲养水产，节省能源，绿化并改善环境，建立良好的生态环境；3）若设计合理，运行管理严格，其处理废水效果稳定；4）对于小流量污水及间歇排放的废水处理更为适宜，耐污及水力负荷强，抗冲击负荷性能好；缺点是：占用地面积较大，对恶劣气候抵御能力弱，净化能力受作物生长成熟程度的影响大。（6）活性污泥法处理工艺活性污泥法是以活性污泥为主体的废水生物处理技术。废水中的有机物等被活性污泥中的微生物用作自身繁殖的营养，代谢转化为微生物细胞或氧化为二氧化碳和水等最终产物，废水由此得到净化处理。活性污泥法包括普通活性污泥法、阶段曝气活性污泥法、延时曝气活性污泥法、AB两阶段活性污泥法、序批式活性污泥法（SBR）、氧化沟、厌氧-好氧活性污泥法、好氧-缺氧-好氧活性污泥法、厌氧-缺氧-好氧活性污泥法等技术，目前这些技术都已成为城市生活污水的主要处理方法。25 西安建筑科技大学硕士学位论文影响活性污泥系统运行的因素很多，包括混合液污泥浓度、空气量、污水量、误事的水质、营养情况、温度等。活性污泥法要求在曝气池内保持适宜的营养物与微生物的比值，供给所需要的氧，使微生物很好地和有机物想接触，并保持适当的接触时间。在运行过程中应通过运行情况不断调整供气、污泥浓度等因素，确定合适的供气量、污泥浓度和沉淀、排水、排泥及闲置时间关系，确定最佳的运行模式，以达到最佳的出水水质、最经济的运行方式，重点要注意启动和运行调整以及防止污泥膨胀等问题。活性污泥法在管理上技术要求高，设备投资高，运行维护成本高，自动化程度要求高，处理效率高，占地较少，适用于经济条件好，处理水量大，用地紧张的地区。【13】（7）生物接触氧化法处理工艺生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物滤池之间的生物膜法污水处理工艺。其特点是在池内设置填料，池底曝气对污水进行充氧，利用吸附在填料上的生物膜和充分供应的氧气，通过氧化作用，将污水中的有机物氧化分解，达到净化目的。池体内污水处于流动状态，以保证污水与污水中的填料充分接触，避免生物接触氧化池中存在污水与填料接触不均的缺陷。该法中微生物所需氧由鼓风曝气供给，生物膜生长至一定厚度后，填料壁的微生物会因缺氧而进行厌氧代谢，产生的气体及曝气形成的冲刷作用会造成生物膜的脱落，并促进新生物膜的生长，此时，脱落的生物膜将随出水流出池外。生物接触氧化法具有以下特点：1）净化效率高，处理所需时间短；2）由于填料比表面积大，池内充氧条件良好，池内单位容积的生物固体量较高，因此，生物接触氧化池具有较高的容积负荷；3）由于生物接触氧化池内生物固体量多，水流完全混合，故对水质水量的骤变有较强的适应能力；4）剩余污泥量少，不必进行污泥回流，不存在污泥膨胀问题，运行管理简便。【12】（8）厌氧水解-好氧处理工艺厌氧水解酸化+好氧处理工艺兼有厌氧水解和好氧处理的特点，其工艺特点与单独的厌氧水解或好氧工艺相比，具有以下优越性：1）由于在厌氧阶段可大幅度地去除水中悬浮物或有机物，其后续好氧处理工艺的污泥量可得到有效减少，设备容积也可缩小；26 西安建筑科技大学硕士学位论文2）厌氧工艺的产泥量远低于好氧工艺（仅为好氧工艺的1/10-1/6），并已高度矿化，易于处理。同时其后续的好氧处理所产生的剩余污泥必要时可回流至厌氧段，以增加厌氧段的污泥浓度，同时减少污泥的处理量；3）厌氧工艺可对进水负荷的变化起缓冲作用，从而为好氧处理创造较为稳定的进水条件；4）厌氧处理运行费用低，且其对废水中有机物的去除可节省好氧段的需氧量，从而节省整体工艺的运行费用。5）重要的是当厌氧控制在水解酸化阶段时，可为好氧工艺提供优良的进水水质条件，提高废水的可生化性，从而提高好氧处理的效能，而且可利用产酸菌种类多、生长快及对环境条件适应性强的特点，以利于运行条件的控制和缩小处理设施的容积。【13】（9）蒸馏膜处理工艺膜蒸馏是一种融合蒸馏过程和膜过程的高新技术，其水处理机理不同于一般过滤技术，膜蒸馏中仅可挥发物通过膜（通常水处理为水蒸气），任何非挥发性物质均不能透过。一方面透过膜的水蒸气冷凝为蒸馏水，另一方面废水被高度浓缩以便于可用物质的回收。在膜蒸馏处理废水过程中结合了低位热能利用技术和热能回收技术，一方面利用低位热能（如果太阳能、地热等）给膜蒸馏系统补充热量，另一方面有机结合热能回收技术进行膜蒸馏过程中的热量循环利用，使废水处理过程中达到最低热耗。低位热能膜蒸馏技术的特点：1）膜系统耐腐蚀抗污染性能好，原料液预处理简单，应用范围广；2）膜蒸馏的产品为蒸馏水（很高脱盐率和COD脱除率）和高度浓缩液，且两者均能重新利用；3）环保型技术：废水处理过程中不产生二次污染；4）节能型技术：耗电量低且能够利用低位热源（如：太阳能、地热等），并且能够实现同工业系统的衔接和热量的循环利用。5）废水处理过程在接近常压和低温下进行，设备成本和操作成本低于相应其它工艺技术（如多效蒸发）。6）组件式的膜系统使设备规模容易根据需求灵活调整。7）膜块化和高度集成化。27 西安建筑科技大学硕士学位论文【13~17】4.4.3处理工艺筛选（1）施家桥村地区人口分布较为分散，生活污水的水质水量会有较大的波动，而且经济状况相对薄弱，也缺少污水处理专业人员。因此，此次研究选择的处理工艺不是指选择某种单一的处理工艺，而是指根据实际的情况结合多种工艺，组合出一套可以满足实际需求的处理工艺。由于施家桥村排放的生活污水含有机质多、浓度较高且悬浮物含量较大，污水B/C=0.30～0.50,可生化性较好，同时在本工程中出水水质要求较高。考虑到以上因素，工艺宜选用运行稳定、效果显著的生化处理工艺。因此，我们从投资规模适度、处理效果稳定可靠、管理维护方便、运行费用合理等角度出发，结合在该类污水处理工程方面的实践经验，决定采用如下处理工艺方案，见下图；图4.4电微动力玻璃钢一体化污水处理系统工艺流程示意图（2）该工艺的主要优势有占地面积小，符合村委的要求、工艺简单，运行管理方便、还可以充分利用处理设施周围的景观、构筑物顶部绿化来美化村容村貌。（3）工艺流程说明首先，生活污水集中收集后首先进入初沉池，去除可沉物和漂浮物，减轻后续处理设施的负荷，同时起到调节水质的作用。进入厌氧池，在此利用厌氧微生物降解污水中的有机物，使大分子复合链的有机物氧化为小分子单链的有机物。污水和从沉淀池回流的含磷污泥，在厌氧状态下释放出磷，在电能好氧池内可吸收大量的磷，从而通过排放污泥进行去磷。污水中的部分氨氮，在电能好氧池内被转化为NH3-N。经过回流泵污水进入缺氧池，反硝化菌利用污水中的有机物作碳28 西安建筑科技大学硕士学位论文源，将回流混合液中带入的大量NO3-N和NO2-N还原为N2释放至空气，从而去除氨氮。在经过电能好氧反应后，污水中的污染有机物已经被微生物基本消解，混合液流入沉淀池进行沉淀处理。为保证生化池的污泥浓度，将沉淀池的污泥回流到前池中。经沉淀池处理后的水已是合格的水，为保证处理出水的稳定性及提高出水水质，设计出水经过多介质滤池进行吸附过滤后再进行排放。湿地滤池后出水后即可稳定的达到《城镇污水处理厂污染物排版标准》（GB18918－2002）一级B标准，达标排放。4.4.4处理工艺路线及可行性分析（1）地埋式沉淀+厌氧+人工湿地处理工艺（处理3-10户的生活污水）。具体如流程下图所示：进水（格栅）沉淀消化池厌氧处理池生活污水出水井人工湿地图4.5地埋式沉淀+厌氧+人工湿地处理工艺流程示意图工艺特点：1）污水处理能力强，效率高。2）运行成本低，动力消耗少。3）操作运行稳定，系统维护较为方便。4）出水水质稳定达标排放等优点。处理效果：出水中的COD、SS和总磷指标可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B排放标准。适用范围：本工艺适合于无可利用空闲地、处理程度要求较高的小型分散村落，以及农村宾馆、别墅区的生活污水日常处理，适用于出水水质要求高，可用土地面积小，29 西安建筑科技大学硕士学位论文日处理水量较大的场合。当出水水质要求达到GB18918-2002中一级B排放标准时，宜采用这一处理工艺。执行标准：处理效果可以达到城镇污水处理厂一级B排放标准。管理与维护：需定期清除污泥，周期为每年清除1~3次。成本分析：1）投资成本：主要设备等均采用模块化组合，成本节省，安装快捷方便，防漏防渗效果突出。投资成本一般约为1500-2500元/户，占地面积为1-2平方米/户。2）运行维护成本：主要包括动力费、检修维护费和清掏费，每天的运行维护成本约0.15-0.2元/立方米。（2）地埋式微动力一体化A/O+人工湿地处理工艺（处理10-100户的生活污水）。具体如流程下图所示：消化回流液生活污水人工格栅初沉调节池厌氧（A）好氧（O）沉淀过滤池一体化装置达标排放人工湿地图4.6地埋式微动力一体化A/O+人工湿地处理工艺流程示意图工艺特点：1）污水处理能力强，效率高。2）运行成本低，动力消耗少。3）操作运行稳定，系统维护较为方便。4）一体化装置，施工方便，工期短。处理效果：出水中的COD、SS和总磷指标可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》30 西安建筑科技大学硕士学位论文（GB18918-2002）的一级A标准。适用范围：本工艺适合于无可利用空闲地、处理程度要求较高的小型分散村落，以及农村宾馆、别墅区的生活污水处理，适用于出水水质要求高，可用土地面积小，日处理水量较大的场合。当出水水质要求达到GB18918-2002中一级A标准时，宜采用这一处理工艺。执行标准：处理效果可以达到城镇污水处理厂一级A排放标准。管理与维护：需定期清除污泥，周期为每年清除1~3次。成本分析：1）投资成本：主要设备等均采用一体化装置，安装快捷方便，防漏防渗效果突出。投资成本一般约为1600-3300元/户，提升型1800-3600元/户，占地面积为1-2平方米/户。2）运行维护成本：主要包括动力费、检修维护费和清掏费，每天的运行维护成本约0.2-0.3元/立方米。（3）地埋式组合型微动力A/O+人工湿地处理工艺（处理10-100户的生活污水）。具体如流程下图所示：提升泵生活污调节池（进厌氧消化缺氧接水水井）池触池污泥回流出水井人工湿地沉淀池接触氧化池图4.7地埋式组合型微动力A/O+人工湿地处理工艺流程示意图工艺特点：1）污水处理能力强，效率高。2）运行成本低，动力消耗少。3）操作运行稳定，系统维护较为方便。31 西安建筑科技大学硕士学位论文4）组装灵活，可根据地势采用散装和整装的形式。处理效果：出水中的COD、SS和总磷指标可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级A标准。适用范围：本工艺适合于无可利用空闲地、处理程度要求较高的小型分散村落，以及农村宾馆、别墅区的生活污水日常处理，适用于出水水质要求高，可用土地面积小，日处理水量较大的场合。当出水水质要求达到GB18918-2002中一级A标准时，宜采用这一处理工艺。执行标准：处理效果可以达到城镇污水处理厂一级A排放标准。管理与维护：需定期清除污泥，周期为每年清除1~3次。成本分析：1）投资成本：主要设备等均采用模块化组合，成本节省，安装快捷方便，防漏防渗效果突出。投资成本一般约为1500-3200元/户，提升型1600-3200元/户，占地面积为1-2平方米/户。2）运行维护成本：主要包括动力费、检修维护费和清掏费，每天的运行维护成本约0.2-0.3元/立方米。（4）地埋式钢砼型微动力A/O+人工湿地处理工艺（处理10-100户的生活污水）。具体如流程下图所示：提升泵生活污调节池（进厌氧消化缺氧接水水井）池触池污泥回流出水井人工湿地沉淀、过滤接触氧化池池图4.8地埋式钢砼型微动力A/O+人工湿地处理工艺流程示意图32 西安建筑科技大学硕士学位论文工艺特点：1）污水处理能力强，效率高。2）运行成本低，动力消耗少。3）操作运行稳定，系统维护较为方便。处理效果：出水中的COD、SS和总磷指标可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级B标准。适用范围：本工艺适用于出水水质要求高，可用土地面积大，日处理水量较大的场合。当出水水质要求达到GB18918-2002中一级B标准时，宜采用这一处理工艺。执行标准：处理效果可以达到城镇污水处理厂一级B排放标准。管理与维护：需定期清除污泥，周期为每年清除1~3次。成本分析：1）投资成本：主要设备等均采用全钢砼现浇结构，成本较高，防漏防渗效果突出。投资成本一般约为1800-3500元/户，提升型2000-3500元/户，占地面积为1-2平方米/户。2）运行维护成本：主要包括动力费、检修维护费和清掏费，每天的运行维护成本约0.3-0.5元/立方米。4.5本章小结经过实地调查，结合施家桥村的地理环境、社会经济状况等因素，对施家桥村的生活污水处理模式和处理技术进行了研究。其中，处理模式主要分为单户式处理模式、联户式处理模式、连片式处理模式三种。处理技术主要是一体化处理设备加人工湿地，并对各种处理工艺的路线和可行性进行了分析。其中，还详细的介绍了人工湿地处理技术。施家桥村生活污水处理方案主要包括地埋式沉淀+厌氧+人工湿地处理、地埋式微动力一体化A/O+人工湿地处理、地埋式组合型微动力A/O+人工湿地处理、地埋式钢砼型微动力A/O+人工湿地处理四种方案。33 西安建筑科技大学硕士学位论文5施家桥村生活污水处理工程示范5.1前言本次设计新建污水处理设施主要为施家桥村32个污水集中处理池，覆盖面为施家桥村19个自然村，全村农户数为965户，污水收集率达到82%。施家桥村共建32座污水处理池，纳管户数为550户，共计日处理水量为179.0吨，其中DN75管道为12646m，DN110管道为4813m，DN160管道为3127m，DN225管道为7m，占地约1980平方米。地埋式沉淀+厌氧+人工湿地3座，地埋式微动力A/O+人工湿地17座，地埋式组合型微动力A/O+人工湿地9座，地埋式钢砼型微动力A/O+人工湿地3座。具体示意图如下：图5.1各地区污水管道走向示意图（a）34 西安建筑科技大学硕士学位论文图5.2各地区污水管道走向示意图（b）5.2示范工程概括5.2.1地埋式沉淀+厌氧+人工湿地（1）工艺流程根据村民的生活习惯及生活污水的排放量，其污水浓度相对较低，因此选择运转费用不高，管理简单的一体化设备，再加上人工湿地的处理，以达到污水水质的排放标准。本次处理设施的选址充分利用价值不高的荒地，其处理点具体位于严金方南角约125m河边（路边），既保护了环境又充分而有效的利用了土地资源。其主要工艺流程示意图见5.3。35 西安建筑科技大学硕士学位论文进水（格栅）沉淀消化池厌氧处理池生活污水出水井人工湿地图5.3工艺流程示意图（2）人工湿地简述本次工程采用的是水平潜流型人工湿地，其主要是由池体、基质、湿地植物、进水管、出水管组成，当污水经过进水管，在填料缝隙之间流过，利用植物根系和池体填料上面的微生物的作用处理污水，与表面流人工湿地相比，该湿地系统的水力负荷大，对生化需氧量、五日化学需氧量、氮、磷还有固体悬浮物的去除效果明显。本次人工湿地按照每天每吨处理量1.3平方米设计,深度0.8米以上。池内铺设过滤材料，从底部到上面依次是大石子30cm高、小石子25cm高、瓜子片10cm高、黄沙10cm高。黄沙下面须铺上土工布，确保根须能穿入，沙子不渗入。要求不得渗漏，并且出水通畅。图5.4水平潜流型人工湿地处理系统示意图经过对该区域的湿地植物进行实地调研，结合已有的工程实例，对于本工程人工湿地植被的选择和配置进行了一下安排：在湿地基质系统上种满四季常青的36 西安建筑科技大学硕士学位论文根系发达的植物，如美人蕉、芭蕉、芦苇等水生植物品种3种以上，每个平方米8株以上，株高20厘米以上，并套种大叶麦冬、丝带草等四季长青植物，一个平方不得少于200株。该工程的建设位置处于主干道旁，工程主体应以美人蕉、芭蕉为主，在达到高效净化效果的前提下，还具有一定的景观性和观赏价值，美化村容村貌。图5.5黄花美人蕉图5.6红花美人蕉37 西安建筑科技大学硕士学位论文图5.7芭蕉图5.8芦苇（3）工艺主要参数设计1）本设计处理量为10.0t/d。根据本地的生活污水排放特点，平时只有老年人和小孩子在家，年轻人都出外打工去了，因此生活污水的水量并不多，该设备采用间歇式运行方式。在春节、国庆节等污水排放量较大的时候可以不间歇运行来满足需要。该设备的水力停留时间为38个小时，其中进水格栅池为2个小时、沉淀消化池停留时间各为11小时，厌氧处理池停留时间为18小时，人工湿地停留时间为7个小时。2）生活污水经过前端格栅的时候，污水中原有的大颗粒垃圾会被拦截，拦污后的污水进入一体化设备，经过处理后通过污水管流入人工湿地系统中，最后处38 西安建筑科技大学硕士学位论文理达标排放。人工湿地的有效水深不超过0.8m，管道均采用PVC-U进行布水，整个处理池的占地面积约为35平方米。5.2.2工程运行效果研究（1）进水水质参数见下表：表5.1系统进水水质（单位：mg/L）CODCrBOD5NH3-N污染因子SS（mg/L）pH（mg/L）（mg/L）（mg/L）进水水质≤300100～250200～400≤306~9*注：括号外数值为水温>12℃时的控制指标，括号内数值为水温≤12℃时的控制指标（2）采样分析实验中各种数据主要依据国家环保局颁布的《水和废水监测分析方法》中规定的标准测试方法进行测试，其主要的分析项目、分析方法和分析仪器具体见表5.7所示。表5.2实验主要分析项目、分析方法及测试仪器分析项目分析方法测试仪器CODCr重络酸钾法NH3-N纳氏试剂分光光度法7200TN紫外分光光度法UV-2100TP紫外分光光度法UV-2100SS称重法（3）污水处理设备对污染物去除效果研究本工程从2015年九月初开始运行至今设备基本稳定，此次研究的采样时间分39 西安建筑科技大学硕士学位论文别为9.7、9.28、10.07、10.28、11.7和11.20，并对采集到的数据进行详细分析，该设备对污水中的COD、总磷、氨氮及固体物质的处理效果可见图5.9、图5.10、图5.11、图5.12。实验数据表明，九月七号、九月二十八号、十月七号这段时期COD、总磷、氨氮的处理效果明显提高的原因主要是设备运行初期，系统尚未而稳定，填料上的微生物活性较低和人工湿地的水生植物还处于适应阶段，因此对污水的处理能力较低，随着设备的运行和时间的推移，附着在填料上的微生物活性增强，水生植物不断生长，对氧的运输能力大大提高，设备对污水的处理能力也相对提高。而在十一月七号和十一月二十号这段时期设备的进出水的浓度和污染物的去除效率大幅降低主要是因为这段时期的降雨量较大，直接导致生活污水的污染物浓度大幅降低；降雨伴随着降温，气温降低了，水生植物的光合作用减弱，运输氧的能力大幅度减少；微生物的活性降低，最后导致对污染物的处理能力也随之降低。具体见下图：140120100）80mg/L值（60COD402009.079.281007102811071120进水COD出水COD图5.9处理设备进出水COD值40 西安建筑科技大学硕士学位论文21.81.61.41.2）1mg/L0.80.6值（TP0.40.209.079.281007102811071120进水TP出水TP图5.10处理设备进出水TP值1210）8mg/L64氨氮值（209.079.281007102811071120进水氨氮出水氨氮图5.11处理设备进出水氨氮值41 西安建筑科技大学硕士学位论文403530）25mg/L20值（15SS10509.079.281007102811071120进水SS出水SS图5.12处理设备进出水SS值5.2.3地埋式组合型微动力A/O+人工湿地（1）工艺流程本方案制定了在舍头浜附近建造一个日处理10.0t的集中式污水处理站，占地面2积约35m，服务家庭30户，总人口约90人，设计污水处理量10.0t/d，采用―地埋式组合型微动力A/O+人工湿地‖污水处理工艺。根据舍头浜村民的生活习惯及生活污水的排放量，其污水浓度相对较低，因此选择运转费用不高，管理简单的一体化设备，再加上人工湿地的处理，以达到污水水质的排放标准。本次处理设施的选址充分利用价值不高的荒地，其处理点具体位于施春林西南角约20m水田处，既保护了环境又充分而有效的利用了土地资源。其主要工艺流程示意图如下所示：提升泵生活污水调节池（进厌氧消化缺氧接水井）池触池污泥回流出水井人工湿地沉淀池接触氧化池图5.13工艺流程示意图42 西安建筑科技大学硕士学位论文（2）人工湿地简述本次工程采用的是水平潜流型人工湿地，其主要是由池体、基质、湿地植物、进水管、出水管组成，当污水经过进水管，在填料缝隙之间流过，利用植物根系和池体填料上面的微生物的作用处理污水，与表面流人工湿地相比，该湿地系统的水力负荷大，对生化需氧量、五日化学需氧量、氮、磷还有固体悬浮物的去除效果明显。本次人工湿地按照每天每吨处理量1.3平方米设计,深度0.8米以上。池内铺设过滤材料，从底部到上面依次是大石子30cm高、小石子25cm高、瓜子片10cm高、黄沙10cm高。黄沙下面须铺上土工布，确保根须能穿入，沙子不渗入。要求不得渗漏，并且出水通畅。经过对该区域的湿地植物进行实地调研，结合已有的工程实例，对于本工程人工湿地植被的选择和配置进行了一下安排：在湿地基质系统上种满四季常青的根系发达的植物，如美人蕉、芭蕉、芦苇等水生植物品种3种以上，每个平方米8株以上，株高20厘米以上，并套种大叶麦冬、丝带草等四季长青植物，一个平方不得少于200株。该工程的建设位置处于主干道旁，工程主体应以美人蕉、芭蕉为主，在达到高效净化效果的前提下，还具有一定的景观性和观赏价值，美化村容村貌。（3）工艺主要参数设计本设计处理量为10.0t/d。根据本地的生活污水排放特点，平时只有老年人和小孩子在家，年轻人都出外打工去了，因此生活污水的水量并不多，该设备采用间歇式运行方式。在春节、国庆节等污水排放量较大的时候可以不间歇运行来满足需要。该设备的水力停留时间为38个小时，其中进水格栅池为2个小时、厌氧消化池、缺氧接触池停留时间各为7小时，接触氧化池停留时间为18小时，沉淀过滤池停留时间为4小时，人工湿地停留时间为7个小时。生活污水经过前端格栅的时候，污水中原有的大颗粒垃圾会被拦截，拦污后的污水进入一体化设备，经过处理后通过污水管流入人工湿地系统中，最后处理达标排放。人工湿地的有效水深不超过0.8m，管道均采用PVC-U进行布水，整个处理池的占地面积约为35平方米。5.2.4地埋式微动力一体化A/O+人工湿地（1）工艺流程本方案制定了在新田圩建造一个日处理6.0t的集中式污水处理站，占地面积43 西安建筑科技大学硕士学位论文2约20m，服务家庭18户，总人口约54人，设计污水处理量6.0t/d，采用―地埋式微动力一体化A/O+人工湿地‖污水处理工艺。根据新田圩村民的生活习惯及生活污水的排放量，其污水浓度相对较低，因此选择运转费用不高，管理简单的一体化设备，再加上人工湿地的处理，以达到污水水质的排放标准。本次处理设施的选址充分利用价值不高的荒地，其处理点具体位于翟林财东北角约18m河塘处，既保护了环境又充分而有效的利用了土地资源。其主要工艺流程示意图如下：消化回流液生活污水人工格栅初沉调节池厌氧（A）好氧（O）沉淀过滤池一体化装置达标排放人工湿地图5.14工艺流程示意图（2）人工湿地简述本次工程采用的是水平潜流型人工湿地，其主要是由池体、基质、湿地植物、进水管、出水管组成，当污水经过进水管，在填料缝隙之间流过，利用植物根系和池体填料上面的微生物的作用处理污水，与表面流人工湿地相比，该湿地系统的水力负荷大，对生化需氧量、五日化学需氧量、氮、磷还有固体悬浮物的去除效果明显。本次人工湿地按照每天每吨处理量1.3平方米设计,深度0.8米以上。池内铺设过滤材料，从底部到上面依次是大石子30cm高、小石子25cm高、瓜子片10cm高、黄沙10cm高。黄沙下面须铺上土工布，确保根须能穿入，沙子不渗入。要求不得渗漏，并且出水通畅。经过对该区域的湿地植物进行实地调研，结合已有的工程实例，对于本工程人工湿地植被的选择和配置进行了一下安排：在湿地基质系统上种满四季常青的根系发达的植物，如美人蕉、芭蕉、芦苇等水生植物品种3种以上，每个平方米8株以上，株高20厘米以上，并套种大叶麦冬、丝带草等四季长青植物，一个平方不得少于200株。该工程的建设位置处于主干道旁，工程主体应以美人蕉、芭蕉为主，在达到高效净化效果的前提下，还具有一定的景观性和观赏价值，美化44 西安建筑科技大学硕士学位论文村容村貌。（3）工艺主要参数设计本设计处理量为6.0t/d。根据本地的生活污水排放特点，平时只有老年人和小孩子在家，年轻人都出外打工去了，因此生活污水的水量并不多，该设备采用间歇式运行方式。在春节、国庆节等污水排放量较大的时候可以不间歇运行来满足需要。该设备的水力停留时间为38个小时，其中进水格栅池为2个小时、初沉调节池、缺氧池停留时间各为7小时，接触氧化池停留时间为18小时，沉淀过滤池停留时间为4小时，人工湿地停留时间为7个小时。生活污水经过前端格栅的时候，污水中原有的大颗粒垃圾会被拦截，拦污后的污水进入一体化设备，经过处理后通过污水管流入人工湿地系统中，最后处理达标排放。人工湿地的有效水深不超过0.8m，管道均采用PVC-U进行布水，整个处理池的占地面积约为20平方米。5.2.5地埋式钢砼型微动力A/O+人工湿地（1）工艺流程本方案制定了在宋家墩建造一个日处理16.0t的集中式污水处理站，占地面积2约40m，服务家庭52户，总人口约156人，设计污水处理量16.0t/d，采用―地埋式钢砼型微动力A/O+人工湿地‖污水处理工艺。根据宋家墩村民的生活习惯及生活污水的排放量，其污水浓度相对较低，因此选择运转费用不高，管理简单的一体化设备，再加上人工湿地的处理，以达到污水水质的排放标准。本次处理设施的选址充分利用价值不高的荒地，其处理点具体位于朱巧英东角约13m河塘边，既保护了环境又充分而有效的利用了土地资源。其主要工艺流程示意图如下：45 西安建筑科技大学硕士学位论文提升泵生活污调节池（进厌氧消化缺氧接水水井）池触池污泥回流出水井人工湿地沉淀、过滤接触氧化池池图5.15工艺流程示意图（2）人工湿地简述本次工程采用的是水平潜流型人工湿地，其主要是由池体、基质、湿地植物、进水管、出水管组成，当污水经过进水管，在填料缝隙之间流过，利用植物根系和池体填料上面的微生物的作用处理污水，与表面流人工湿地相比，该湿地系统的水力负荷大，对生化需氧量、五日化学需氧量、氮、磷还有固体悬浮物的去除效果明显。本次人工湿地按照每天每吨处理量1.3平方米设计,深度0.8米以上。池内铺设过滤材料，从底部到上面依次是大石子30cm高、小石子25cm高、瓜子片10cm高、黄沙10cm高。黄沙下面须铺上土工布，确保根须能穿入，沙子不渗入。要求不得渗漏，并且出水通畅。经过对该区域的湿地植物进行实地调研，结合已有的工程实例，对于本工程人工湿地植被的选择和配置进行了一下安排：在湿地基质系统上种满四季常青的根系发达的植物，如美人蕉、芭蕉、芦苇等水生植物品种3种以上，每个平方米8株以上，株高20厘米以上，并套种大叶麦冬、丝带草等四季长青植物，一个平方不得少于200株。该工程的建设位置处于主干道旁，工程主体应以美人蕉、芭蕉为主，在达到高效净化效果的前提下，还具有一定的景观性和观赏价值，美化村容村貌。（3）工艺主要参数设计本设计处理量为16.0t/d。根据本地的生活污水排放特点，平时只有老年人和小孩子在家，年轻人都出外打工去了，因此生活污水的水量并不多，该设备采用间歇式运行方式。在春节、国庆节等污水排放量较大的时候可以不间歇运行来满足需要。该设备的水力停留时间为38个小时，其中进水格栅池为2个小时、初沉46 西安建筑科技大学硕士学位论文调节池4小时，缺氧接触池、厌氧消化池停留时间各为5小时，接触氧化池停留时间为18小时，沉淀过滤池停留时间为4小时，人工湿地停留时间为7个小时。生活污水经过前端格栅的时候，污水中原有的大颗粒垃圾会被拦截，拦污后的污水进入一体化设备，经过处理后通过污水管流入人工湿地系统中，最后处理达标排放。人工湿地的有效水深不超过0.8m，管道均采用PVC-U进行布水，整个处理池的占地面积约为40平方米。5.㌀3本章小结本章主要结合了当地的自然组的自然环境、地理位置、气象特征、人口和经济，设计出一套适合该地区的处理模式，并且对以建成的示范工程做了详细的研究，其中包括对处理工艺流程的研究和设备运行效果的研究，研究表明，该设备的实际运行稳定，池体内的填料微生物活性良好，人工湿地的植物生长茂盛，处理后的水质可达城镇污水处理厂污染物排放标准一级B标准。47 西安建筑科技大学硕士学位论文6结论与建议6.1结论本研究采用入户调查的方式对施家桥村的宋家墩、舍头浜和沈家湾三个自然组进行了详细的调查，并对调查得到的数据进行仔细分析，得出施家桥村的生活污水特征，其中包括生活污水的来源、污水的种类、排放规律、排放特征及排放系数等，并结合当地的人口、经济和地理环境，提出相应的治理模式和处理工艺，当设备运行之后，还对其进行了处理效果的研究。本次研究主要的到以下结论：（1）通过对宋家墩、舍头浜和沈家湾三个自然组的调查发现，该地区的生活污水主要来源于厨余废水、厕所洗浴废水和洗衣废水，其中洗浴废水占56%，另外，季节对污水也会产生影响，夏季由于洗浴次数较多，因此，夏季的生活污水比冬季的生活污水浓度要低。（2）本次研究将施家桥村的处理模式分为三类，其中包括单户式处理模式、联户式处理模式、连片式处理模式。其处理技术则分为地埋式沉淀+厌氧+人工湿地处理工艺、地埋式微动力A/O+人工湿地处理工艺、地埋式组合型微动力A/O+人工湿地处理工艺和地埋式钢砼型微动力A/O+人工湿地处理工艺四种，并对戈山头自然组采用的地埋式组合型微动力A/O+人工湿地处理工艺进行详细的研究，研究结果表明，该设备运行稳定，出水效果好，其出水水质能够达到城镇污水处理厂污染物排放标准一级B标准。6.2建议农村生活污水处理技术的研究涉及的方面较广，要对其处理技术进行彻底的研究需要花费大量的时间和精力，工作量是非常大的，需要更多相关的实验设备。由于本次研究的实际操作中，分析的数据较多、任务重、周期长、涉及到农村的地形地貌，经济水平和人口分布等多方面因素，加上实验室可利用的实验设备有限，因此，要对农村生活污水处理技术工艺进行深入的研究，在短时间内是比较困难，为了日后能够在此次研究的基础上继续深入的探讨，现将本次研究存在的问题及还需要深入探讨的一些方面简要的归纳如下：48 西安建筑科技大学硕士学位论文（1）在研究施家桥村农村生活污水的水质特征时，只选取了3个典型自然村，每村随机抽取6户农户作为调查对象，一共调查了三个季节，每个季节调查5天，这样的调查数据虽说能够体现出水质特征，可是缺乏全面性，要是能够调查更多的自然村，会使调查数据更具有说明性，更加全面，这是日后需要进一步完善的工作。（2）此次研究由于涉及到的自然村较多，因此只选择了戈山头自然村为示范工程作为研究对象，虽然相关技术是可以作为参考，但是不同村庄的经济水平、地理环境及其生活污水的特征实际上会有差别，因此，并不能直接应用于其他不同类型的村庄。（3）此次示范工程的运行时间较短，有些潜在的问题尚未发现，设备的运行管理也需要时间的考验，因此，还有待进行更进一步的研究。49 西安建筑科技大学硕士学位论文致谢岁月如梭，时光荏再，两年多的硕士生活马上就要画上一个句号，但对于我的人生却是一个新的开始。两年多的求学生涯，虽有挫折也有艰辛，但在师长、亲人的帮助、支持和鼓励下，排除了一切的艰难，如今顺利完成学业。在此，请允许我向一路走来关心、指导、帮助过我的同学、师长、朋友、同事表示衷心的感谢！感谢我的指导老师熊家晴教授。感谢导师对我论文的指导，无论是从论文的选题、大纲的拟定、文字的表达方式还是实验设计，通通都凝聚着导师的心血,每当我感到迷茫的时候,导师的出现就会让我觉得“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”。攻读硕士的两年多时间里,我切身的感受到导师那种求真务实的教学作风和诲人不倦的师者风范。导师不仅拥有广博的学术知识，而且工作态度兢兢业业，在科研方法上的细致深入,这些都使学生受益终身。由于工作的原因，导师知道我没有太多的时间投入到论文的编写和修改当中，因此，导师总是主动联系我，不厌其烦的指出论文当中的不当之处并给出详细的修改意见，让我真真切切的感受到导师对我的关心和帮助，使我的研究生生涯变得丰富多彩。在毕业之际，我真诚的祝福熊老师身体健康，万事如意。您的教导会是我人生成长中一笔巨大的财富，当我遇到困难时，您将是我勇往直前的动力。感谢我的妻子，长期以来对我默默奉献和支持，正是你克服生活中的各种困难，承担家庭里的大小事务，包括照顾我们的女儿，正因为你我才得以心无旁骛的写好论文。感谢所有信任我、支持我的领导和同事，是你们的支持和帮助，才让我在繁忙的工作当中还可以顺利完成本次研究工作。对此，我唯有加倍努力的工作去回报你们。感谢与我一起度过硕士生涯的全班同学，我始终相信，在未来的工作和生活上，我们会一起努力奋斗，创造更好的明天。感谢论文评阅及答辩委员会各位专家、教授百忙之中评阅论文并提出的宝贵意见。50 西安建筑科技大学硕士学位论文参考文献[1]陈青红.浙江省“美丽乡村”景观规划设计初探[D].浙江农林大学,2013.[2]袁飞.苏州市美丽乡村建设模式研究[D].苏州科技学院,2014.[3]李瑾,柴立元,向仁军,成应向.厌氧-好氧活性污泥法(A/O)一体化装置处理生活污水的中试研究[J].中南大学学报(自然科学版),2011,10:2935-2940.[4]吴杰.分段进水多段A/O法处理农村生活污水的脱氮研究[D].华东交通大学,2014.[5]于月怡.缺氧/好氧平板膜生物反应器系统优化与运行特性的试验研究[D].青岛理工大学,2014.[6]党鹏刚.人工湿地处理农村生活污水试验研究及应用[D].西安建筑科技大学,2013.[7]李玲,周北海,马方曙,袁永杰,施春红.一体式A/O接触反应器处理农村生活污水启动研究[J].水处理技术,2013,03:77-80.[8]韦宗敏,黄少斌.一体化A/O工艺处理生活污水的研究[J].工业安全与环保,2012,08:54-57.[9]井柳新,孙愿平,刘伟江,王东,吴悦颖,孙宏亮.农业源水污染物削减技术探讨[J].环境污染与防治,2015,03:45-47.[10]谢卫平,王大春.太阳能驱动的一体化设备在农村污水处理中的应用[J].环境科技,2015,02:38-41.[11]陈维坚.鲁朗国际旅游小镇污水处理厂工程设计[J].广东化工,2015,10:142-143.[12]谭水成,王现丽,殷世强,吴俊峰,郭一飞,刘盼,扶咏梅.一体化好氧-厌氧耦合工艺处理农村生活污水[J].中国给水排水,2015,06:89-92+96.[13]余晓敏.一体化生物膜技术处理农村生活污水试验分析[J].科技与创新,2015,15:87-88.[14]刘德永,杨春梅.分散式生活污水一体化处理装置的性能研究[J].中国给水排水,2015,07:69-72.[15]敖旭平,徐斌,金凡,赵佰枫,郑展望.智慧水务在农村生活污水处理中的应用研究[J].中国给水排水,2015,08:34-36.51 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