多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告 61页

'宁夏回族自治区2014年科技支撑计划项目多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告宁夏回族自治区艾依河管理局二〇一六年十一月II 研究单位及研究人员研究单位：宁夏回族自治区艾依河管理局宁夏大学协作单位：日本国际协力机构（JICA）、日本岛根县主持人：孙敬祯主要研究人员：胡林山何维刚禹红红董丽徐浩王德全胡定国杜倩马耀伟刘晓龙何建东王学明黄国峰杨秀梅王宇马龙飞王婧何静严玉洁丁凯II 目录绪论11.污水生态处理技术研究综述31.1污水生态处理技术机理及沿革31.1.1污水生态处理技术的定义31.1.2污水生态处理技术的沿革31.2农村生活污水处理技术分类和适用范围41.2.1污水生态处理技术分类41.2.2污水生态处理技术的适用范围61.2.3宁夏农村生活污水处理技术61.3宁夏农村生活污水处理技术应用现状81.3.1宁夏农村生活污水处理设施建设现状81.3.2宁夏农村生活污水处理存在的问题92.项目目标和研究方法112.1项目背景112.1.1艾依河流域概况112.1.2艾依河水质现状122.1.3艾依河污染现状142.2项目目标和任务152.3研究方法和技术路线152.3.1研究方法152.3.2技术路线153.多段土层生活污水处理工艺模型实验173.1多段土层技术原理173.2模型工艺设计173.3监测方法和仪器19II 3.4基质选取实验193.4.1基质选取原则193.4.2基质选取方案193.4.3碎石比选实验203.4.4火山灰+河沙比选实验233.4.5基质比选结果253.5模型实验263.5.1水平流实验263.5.2垂直流实验303.5.3模型实验结果334.多段土层生活污水处理工程示范354.1示范点选取354.2多段土层示范工程设计364.2.1设计依据364.2.2工程概况364.2.3工程设计364.2.4工程建设394.3运行监测结果435.运行管理及维护465.1设施管理465.1.1设施管理机制465.1.2运行保障措施465.2操作与维护475.2.1系统操作规范475.2.2系统维护规范485.2.3冬季运行管理486.多段土层生活污水处理技术推广49II 6.1环境效益496.2社会效益496.3创新点496.4技术推广措施507.项目国际合作经验总结517.1国际合作项目背景517.2本项目国际合作机制517.3国际合作经验和建议528.结论548.1多段土层处理污水实验及实体工程方案结果548.2多段土层冬季的最优运行方法548.3多段土层技术治理污水示范点的建立55II 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告绪论艾依河在银川市塑造了一个特殊的干旱地区的城市水体景观，带给广大市民亲水、乐水的情怀和独特的城市感受，市民逐渐适应和习惯了有水的快乐，受到社会各界的广泛喜爱和好评。但由于艾依河本身是由农田排水沟和自然滩涂湖泊改造而成的人工水系，从水体水质角度来讲，存在着天然弱点。一是河道来水量、流量、流速、水深均较小；二是农田灌溉退水污染较重，其氮磷含量高，河流水质明显受其影响；三是水动力条件差，流动性不足，水体交换周期长，上下层水体不易混掺，降低了水体的自净能力；四是河道沿岸人类活动不断加剧，市民垂钓撒饵、村庄住户等直排污水等，使河道水质面临污染隐患。在全社会节水的大背景下，生态补水也不能大幅度增加。因此，如何综合管理、保护艾依河水环境，降低污染风险，保持水清河净，是艾依河发展与保护中所而临的重要课题。近年来，为了维护艾依河水体健康，促进生态环境资源的永续利用，做到河湖不萎缩、功能不衰退、污染不超标、生态不恶化，艾依河管理局在艾依河水质控制方面做了大量工作。根据不同污染源的性质和特征，不断探索针对艾依河污染的控制方法。先后与日本岛根大学多位水污染治理领域的专家合作，选择流域内易控污染源进行污染控制相关技术探讨，并以解决流域内生活污水污染为切入点，引进日方“多段土层生活污水处理技术”，联合宁夏大学进行了相关研究和实验示范。2013-2014年，在艾依河管理局和日方专家的共同参与指导下，宁夏大学研究团队开展了“多段土层生活污水处理技术”研究，在引进日方技术的同时进行本地适应性改进，分别进行了水平流和垂直流多段土层生活污水处理技术模型实验。实验通过基质选择、模型实验、水质分析等过程，根据研究结论确定了基质选取方法和工程建设方案。2014年，“多段土层生活污水处理技术研究与示范”55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告项目由宁夏回族自治区科技厅批准项目立项，并在之前研究的基础上进行深化。2015年，在项目研究的基础上实施工程示范，选择艾依河中段洪广营生态园为项目示范点，同年示范工程建设完成并投入运行。2016年，对示范工程的处理情况进行监测分析，并对项目数据整理、分析，整理和编写了项目研究报告及其他成果材料。本项目的实施，对艾依河流域生活污水处理起到良好的示范作用。处理技术得到推广示范后，可实现生活污水高效处理，生活污水污染艾依河的问题得到有效解决。使艾依河流域更好的地发挥其防洪、农田排水、疏导渠道积水、湿地保护、贺兰山雨洪资源利用、补充地下水资源和生态景观维护等功能作用。55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告1.污水生态处理技术研究综述1.1污水生态处理技术机理及沿革1.1.1污水生态处理技术的定义污水生态处理技术是指运用生态学原理，采用工程学手段，把污水有控制地投配到土层、草地、湿地、人工基质等生态介质上，利用生态介质的物理、化学、生物特性对污水中的有机质加以回收利用，对污水中可降解污染物进行消解、迁移、转化的工艺技术，是污水治理与水资源利用相结合的方法，是生态学基本原理在水环境保护领域的具体运用。1.1.2污水生态处理技术的沿革（1）萌芽与发展阶段原始的污水生态处理形式是污水灌溉，它主要利用污水的水肥资源以提高作物的产量，很少考虑处理系统的连续运行，用水则灌，不用则弃，其后果往往导致灌溉土地的污染。公元前，雅典及我国就己采用污水灌溉的方法，用生活污水给农田施肥，种植庄稼。有机物被土层微生物分解、转化，然后被作物吸收，是大自然借助土层和微生物对污水（有机废物）进行净化的技术雏形。16世纪，德国通过建立良性生态系统，使污水处理从单纯的“处理型”向就地处理与利用相结合的“利用型”转移。例如，污灌农场，此法亦为英国及美国广泛地应用。（2）工艺设计与应用阶段55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告为了避免灌溉土地的污染，防止污水穿透处理系统污染地下水，污水的土地处理技术得以研发，其主要特点是在设计时考虑处理系统的环境同化容量，根据环境同化容量对处理系统所承受的水力及污染负荷进行严格的限制。但该阶段的主要问题是以污水的处理为主要目标，很少兼顾水资源的利用问题。1888年美国发展了污水快速渗滤系统，澳大利亚、加拿大、俄罗斯、以色列也都重视和大力推行土地处理技术。上世纪80年代，日本学者所见正开始研究土层地下毛管浸润净化污水技术，至今已有多个株式会社从事这类工程技术推广应用。上世纪70年代，我国在北方缺水地区，进行了污水土地慢速渗滤、快速渗滤、地表漫流等技术研发，在污染物净化机理及单元优化组合、设计参数、标准、规范、系统工艺运行模式等方面，取得了突破性研究成果。（3）多样化应用阶段上世纪90年代以来，以污水处理为主要目的的土地处理技术逐渐向以处理与利用相结合为特色的污水生态处理技术发展，并逐渐开展了脱离食物链影响的经济作物利用方式研究，建立了多样性生态结构、多样性水力负荷分配的调节系统，挖掘处理系统的潜力，注重处理系统的和谐共生。1.2农村生活污水处理技术分类和适用范围1.2.1污水生态处理技术分类污水生态处理技术依据处理原理和条件，主要分为两大类：第一类是污水生物处理技术；第二类是污水自然生态处理技术。（1）生物处理技术生物处理技术是利用微生物的代谢作用，使污水中呈溶解态或胶体态的有机污染物转化为稳定的无害物质。生物处理技术的特点是维护成本低、操作简便、应用范围广。①活性污泥技术技术工艺工艺主要有氧化沟法、间歇性活性污泥法，AB法等。氧化沟是活性污泥法的主要应用类型，其曝气池呈封闭的沟渠型，是一种首尾相连的循环流曝气沟渠，好氧微生物菌团（活性污泥）在其中大量繁殖，通过消耗有机污染物使污水得到净化。间歇式活性污泥法（SBR）中，沉淀池出水进入曝气池后，按时间顺序间歇进入生化（曝气）、沉淀、出水、待机等工艺，从污水的流入开始到待机时间结束称为一个操作周期，这种操作周期周而复始反复进行，从而达到处理目的。两段活性污泥法（AB法）是在传统的初沉池+活性污泥曝气池和高负荷活性污泥法的基础上发展出的一种超高负荷活性污泥法—生物吸附氧化法，该工艺不设初沉池，由A段和B段二级活性污泥系统串联组成，并分别有独立的污泥回流系统。②生物膜技术技术工艺主要有微生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法、生物流化床等。55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告微生物滤池以蚯蚓生态滤池为代表，该工艺由滤床填料、蚯蚓及布水系统等组成。系统利用蚯蚓和微生物的协同作用对污水中含有的各种形态的污染物质进行处理和转化。污水中的生物膜污泥和微生物通过食物链最终被有效地转化为蚯蚓的增殖及其排泄物，而蚯蚓的机体及其排泄物又可成为其他微生物的分解利用对象，从而进行新一轮的生态循环。生物转盘工艺是以耐腐性人工材料制成的机械转盘为物理载体，使微生物在生物转盘填料载体上生长繁育，形成膜状生物性污泥－生物膜。污水经沉淀池初级处理后与生物膜接触，生物膜上的微生物摄取污水中的有机污染物作为营养，使污水得到净化。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工艺，其特点是在池内设置填料，池底曝气对污水进行充氧，并使池体内污水处于流动状态，以保证污水与填料充分接触。由于池内具备适于微生物栖息增殖的良好条件，因此，生物膜上物相相当丰富，食物链长，微生物浓度高，活性强，不产生污泥膨胀，污泥生成量少，且易于沉淀。生物流化床是指为提高生物膜法的处理效率，以砂（或无烟煤、活性炭等）作填料并作为生物膜载体（流化床），污水自下向上流过床体，从而在单位时间加大生物膜同污水的接触面积和充氧面积，提高处理速率。（2）自然生态处理技术①稳定塘处理技术稳定塘又称氧化塘或生态塘，通过在塘中种植水生植物，进行水产和水禽养殖，建立人工生态系统，以太阳能为初始能源，将污水中的有机污染物进行降解和转化。既是污水处理单元又是资源利用单元。按照使用功能、塘内生物种类、供氧途径进行划分，一般可分为好氧塘、兼性塘、厌氧塘、曝气塘、生态塘和控制出水塘。②土地处理技术55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告土地处理技术是指利用土层过滤、植物吸收和微生物分解的自然生态过程，对污水中的污染物进行净化并对氮、磷等资源加以利用。该技术以土层的生态净化功能为核心，强调在污水污染成分处理过程中修复植物-微生物体系与处理环境或介质的相互关系，特别注意对环境因子的优化与调控。污水土地处理技术的特点是投资省、维护成本低、能耗少、美化环境等。根据处理目标、处理对象的不同，污水土地处理系统分为慢速渗滤、快速渗滤、地表漫流、湿地处理和地下渗滤5种主要工艺类型。1.2.2污水生态处理技术的适用范围污水生态处理技术的净化机理主要是利用微生物的参与，即生物吸附和生物降解的方法，降低污水中污染物的含量，达到净化目的，因此，可生化性是衡量是否能够进行污水生态处理的重要指标。污水的可生化性，也称污水的生物可降解性，即污水中有机污染物被生物降解的难易程度，污水可生化性差异的主要原因是污水所含的有机物中，除一些易被微生物分解、利用外，还含有一些不易被微生物降解、甚至对微生物的生长产生抑制作用的污染物，这些污染物的生物降解性质以及在污水中的相对含量决定了该种污水采用生物法处理（通常指好氧生物处理）的可行性及难易程度。污水的可生化性除了体现废水中有机污染物能否可以被利用以及被利用的程度外，还反映了处理过程中微生物对有机污染物的降解速度。综上所述，污水生态处理技术具有一定的适用条件和范围。生活污水中含有大量有机物，如纤维素、淀粉、糖类和脂肪蛋白质等；也常含有病原菌、病毒和寄生虫卵；无机盐类的氯化物、硫酸盐、磷酸盐、碳酸氢盐和钠、钾、钙、镁等。总的特点是含氮、含硫和含磷高，可生化性强，适合采用生态法处理。1.2.3宁夏农村生活污水处理技术当前在宁夏建成应用的农村生活污水处理技术主要有以下几种：（1）预处理+人工湿地技术预处理+人工湿地污水处理技术的构筑物主要包括化粪池、格栅池、调节池、水解酸化池、沉淀池、人工湿地。化粪池将生活污水分格沉淀，并对污泥进行厌氧消化；格栅池隔留污水中的杂物；调节池用于污水水量、水质的调节；水解酸化池用于污水的水解酸化反应，将大分子的有机物分解为小分子的脂肪酸、挥发性脂肪酸等，便于后续处理；沉淀池用于悬浮物沉淀；人工湿地通过物理过滤吸附、生物吸收消解等过程，对污水进行进一步深度净化。出水可达到宁夏《农村生活污水排放标准（DB64/T700-2011）》中的二级标准。55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告（2）地埋式一体化（A2O）技术地埋式一体化（A²O）工艺设备主要包括格栅池、调节池、厌氧池、缺氧池、接触氧化池、沉淀池、消毒池和污泥池，出水可达到宁夏《农村生活污水排放标准（DB64/T700-2011）》中的一级标准。适用于土地资源相对紧缺、经济发展水平较高、有运行资金保障、污水产生量大的农村集中居住区，适合于500户以上、住房结构为楼房的农村住区。（3）无动力增氧滤池技术生活污水自流经格栅、调节、沉淀后，进入淋溶式增氧滤池，经上层滤池增氧过滤后的污水进入下层水平折流滤池，污水在流动路径中依次经过兼氧、厌氧过程，硝态氮通过反硝化作用得到去除，并消耗部分有机污染物。下层滤池内装填具有除磷功能的填料，利用填料含有的Ca和污水中的总磷发生物化反应除磷，出水可达到宁夏《农村生活污水排放标准（DB64/T700-2011）》中的一级标准。（4）三格厌氧化粪池技术三格厌氧化粪池工艺流程为：生活污水—三格厌氧化粪池—排放。池体为钢筋砼或玻璃钢材质。污水经调节酸化、厌氧沉淀、二次厌氧沉淀后排放，水力停留时间大于24小时后，出水可达到宁夏《农村生活污水排放标准（DB64/T700-2011）》中的三级标准。（5）膜处理技术膜处理技术包括FMBR一体化膜处理设施和平板中空纤维膜两种。污水经厌氧沉淀、好氧曝气沉淀两个阶段处理后，经膜过滤、消毒后排放，出水可达到宁夏《农村生活污水排放标准（DB64/T700-2011）》中的一级标准。（6）生态塘处理技术生态塘处理系统占地面积大，比较适合在有大面积荒地的地方推广应用；生态塘中容易出现短流现象，导致实际水力停留时间小于设计水力停留时间；在温度较高的时候，生态塘处理系统容易臭气四散，孽生的蚊虫会干扰附近居民的生活，在塘的选址方面，应使其远离居民生活区；生态塘系统虽然能有效地去除有机物质和病原体，但是对氮磷的去除效果不稳定。如果与其他工艺相结合，采用可调节的人工强化除氮磷脱氮的方法。（7）土地处理技术55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告土地处理系统占地面积较大，占地面积是传统二级生物处理法的2-3倍；污水可能会堵塞处理系统，使透水性变差；底部需要设隔水层，一旦隔水层遭到破损，污水可能会渗入自然土层中，并污染地下水体；污水可能会产生短流或在过水断面上分布不均匀；寒冷地区易受冰冻影响，热带地区易产生疟疾等病原体；国内这项技术的研究和应用尚处于起步阶段，工艺设计参数及应用实例较少，技术上有待进一步探索和完善。综上所述，宁夏农村生活污水处理技术具有以下特点：①排放分散且面广。农村占地面积大，人口分散，污水排放分散且面广。②间歇排放、波动较大。农村生活污水的排放为不均匀排放，瞬时变化较大，日变化系数一般在3.0-5.0，同时农村生活污水还具有早、中、晚不同时段相对集中排放等特点。③水质相对稳定。农村生活污水的水质比较稳定，有机物和氮、磷等营养物含量较高，一般不含有有毒物质，污水中还含有合成洗涤剂以及细菌、病毒、寄生虫卵等。④污染物浓度高。与城市相比，农村人口用水量少，生活污水总氮、总磷等各项水质指标浓度均较高。⑤农村生活污水处理设施的共同特点，是底处理成本、生态处理为主、规模小、工艺技术简单。1.3宁夏农村生活污水处理技术应用现状1.3.1宁夏农村生活污水处理设施建设现状通过农村环境连片整治项目的实施，宁夏引进和建设的主要处理技术设施有人工湿地、一体化处理设施、改良化粪池、氧化塘等，截止2016年10月，宁夏农村生活污水处理设施建设现状如下。（1）预处理+人工湿地污水处理设施：在宁夏农村共建设61处，其中银川市13处、石嘴山市3处、吴忠市15处、固原市22处、中卫市4处、农垦局4处。该技术模式55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告建设费用较低，管理维护方便，无需较高的专业技能。运行费用低，建设方式因地制宜，选择合适的地形条件后，可实现无动力运行，无需电力、药剂等投入；具有一定的景观效果，无不良环境影响；缺点是占地面积较大，不适合土地资源紧缺的地区；维护不当会造成堵塞，特别是格栅上截留的杂物和沉淀池的污泥清理不及时，容易造成堵塞；冬季处理效果稍差，宁夏冬季气温低，植物去污能力下降。（2）一体化（A2O）处理设施：本类设施在宁夏农村共建设27处，其中银川市7处、石嘴山市4处、吴忠市8处、固原市3处、中卫市3处、农垦局2处。其优点是建设费用较低，占地面积小，管理维护方便，处理效果好，正常运行可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的二级排放标准。缺点是运行费用较高，进水需达到设计水量方可正常高效运行，稳定运行需要连续进水，且进水水质需达到设计指标；冬季处理效果稍差。（3）三格厌氧化粪池处理设施：本类设施全区共建设188处，各市均有分布。适用于经济发展水平较低、居住分散的农村地区，服务户数小于100户为宜。优点是建设费用较低，占地面积小；管理维护方便，无需较高的专业技能，一般劳动力即可管理维护。缺点是单独的化粪池处理方式不能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）二级标准。（4）其它新型污水处理技术：2014年宁夏引进了新型处理设备，包括MBR中空纤维膜处理设备、MBR平板膜处理设备、微动力生物转盘、充氧滤池、生物转盘、土地渗滤等。其中，FMBR处理设施在宁夏农村共建成8处，集中分布于永宁县和利通区。其优点是占地面积小，自动化程度高，一键式操作，管理维护方便，处理效果好；不受场地条件限制。缺点是建设费用较高。1.3.2宁夏农村生活污水处理存在的问题（1）受气候条件限制人工湿地、人工快渗和土地渗滤系统等设施在春季和夏季温暖季节时，随着天气变暖和气温升高，植物生长速度加快，生物量增加，对污染物的吸收加快，系统的净化功能随之逐渐增加，生物去污作用效果明显，出水中污染物含量减少，处理污水的效果较好，而在秋冬季植物枯萎后，吸收速度放慢，死亡的植株会释放污染物到水体中，污染物去除能力明显下降，致使出水污染物含量上升，甚至高于进水，处理效果差。与一年中其它季节相比，冬季设施系统效果相对较差。（2）处理技术参差不齐55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告技术含量高的尖端产品和技术含量低的初级产品并用，到2016年10月，仅个别高端处理设施能够实现达标排放，大多数处理设施受气候条件和管理水平限制，不能实现达标排放。（3）运行管理问题宁夏农村污水处理设施在运行过程中还存在着管理上的问题，系统建好后，后期的维护管理也很重要，普遍存在“重建设轻管理”的问题，使系统在运行一段时间后处理污水能力下降或不能再继续循环使用，使系统失去了原来应有的利用价值。不良的系统循环不仅无法达到预期的净化环境的目的，还会形成对环境的二次污染，造成资源极大浪费。（4）资金投入问题作为欠发达地区，宁夏农村生活污水处理设施的运行经费普遍困难，部分设施运行能耗高，运行费用高，一旦出现资金缺口，设施就停止运行，污水处理工艺中断，处理不能达标；资金不到位导致后期设施设备难以维修维护，降低设施服务年限。（5）设计理念问题宁夏农村现有生活污水处理主要是雨污合流制的设计模式，但因宁夏干旱少雨，农村生活用水量和排水量都较低，建设成的污水处理设施和管网部分处于闲置状态。集中处理设施和管网的建设费用较高，设计理念的滞后，导致建设资金未能发挥最优效益。55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告2.项目目标和研究方法2.1项目背景2.1.1艾依河流域概况艾依河流域位于西北内陆，地处东经106°11′35″-106°47′13〃，北纬38°18′12〃-39°7′11〃之间，涵盖贺兰山东麓1200m等高线以上的山地及1200m等高线以下至唐徕渠、惠农渠的青铜峡河西灌区，地理位置南高北低，地面坡度南陡北缓，西陡东缓。属干旱与半干旱气候过渡带，大陆性气候特征明显，干旱少雨，蒸发强烈，风大沙多，年平均降雨量200mm左右，降水年际变化大，年内分配也不均匀，多集中在6-9月份。流域地下水主要为松散岩类孔隙水，分布广，埋藏浅，潜水水位埋深一般小于2m，灌水期小于1m。艾依河全长158.5km，流域面积2961.3km2，其中，承担排水除涝任务的面积1322.1km2，承担排洪任务的面积1639.2km2，（其中，永宁县西部水系的扩整控制总流域面积为61.3km2），南北长约66km，东西宽平均约25km，涉及银川市的永宁县、兴庆区、金凤区、贺兰县、石嘴山市的平罗县、惠农区共2市3县3区5个国营农场，串起华雁湖、北塔湖、七子连湖等10多个湖泊。艾依河工程是集防洪排涝、排污、生态修复、城市景观打造、中低产田改造以及湿地湖泊补水等多种功能为一体的水资源综合利用系统，是银川市及贺兰山东麓防洪体系的重要组成部分（图2-1）。图2-1艾依河流域水系图55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告艾依河建成后，即疏导了银川唐徕渠和西干渠停水后的渠道积水，有效地保护了渠道工程，又接引了贺兰山各拦洪库的洪水和沿途农田排水，实现洪水、沟水、渠水的再利用，为改善沟道水质、提高城市防洪排水标准、保障湖泊湿地的生态用水和提高水资源利用率发挥巨大作用，同时为美化人居环境、促进人水和谐创造了良好的条件。水系的分布现状为：唐徕渠、西干渠等干渠由南向北平行排列，四二干沟、第三排水干沟等干沟由西向东北走向，这种布局有利于灌溉和排水，农田排水由排水沟道汇集排入艾依河，主要干沟年排水量均比较大。因此，艾依河及其沿河湖泊湿地，补水水源众多，水资源丰富，主要有：①农田排水：农田灌溉用水流经农田后自西向东汇集，通过排水沟道最终排入黄河，主要干沟年排水量均比较大。艾依河建成后，便可以拦截一部分排水，使其实现再利用，成为湖泊湿地的主要补充水源，每年可接引沟道水量为9440万m3。②渠道退水：唐徕渠、西干渠在秋灌和冬灌停水后，渠道的渠槽内存有较多的积水，为充分利用渠道积水资源，同时减轻渠道积水冬季冻胀对渠道的损坏，通过工程措施每年可疏导唐徕渠、西干渠渠道积水400万m3进入艾依河。③雨洪水：银川防洪系统改造后，可将镇北堡拦洪库以及芦草洼滞洪区、芦花滞洪区连通，实现洪水有效调度，遇大洪水按原有体系将洪水直接排入黄河，对中小洪水，通过艾依河将其补入湖泊，如遇小洪水则直接引入艾依河。④地下水：艾依河可起到调节地下水位的作用。地下水位较高时，通过加大排水降低水位，地下水位较低时，通过蓄水补充地下水，从而使湖泊用水与调节地下水二者兼顾。2.1.2艾依河水质现状2014年4月-2015年10月对艾依河进行水质监测，每月采样一天，每天采样1次，共7个月。监测断面为1#亲水第一溢流堰，2#陶然水岸码头，3#阅海监测点，4#阅海1号闸，5#良渠沟入河口，6#沙湖闸（表2-1）。监测项目为水温、pH、电导率、透明度、叶绿素a、溶解氧、高锰酸盐指数、悬浮物、五日生化需氧量、氨氮、总磷、总氮、铜、锌、氟化物、硒、砷、汞、镉、铬（六价）、铅、氰化物、挥发酚、石油类、阴离子表面活性剂、硫化物、粪大肠菌群共27项。最终得出的水质监测结果见表2-1。表2-2为艾依河水质综合营养状态评价。表2-1艾依河水质监测结果监测时间监测断面4.285.56.97.18.69.110.8总评1#亲水第一溢流堰Ⅳ类Ⅳ类Ⅳ类Ⅴ类Ⅳ类Ⅳ类Ⅳ类Ⅴ类2#陶然水岸码头Ⅳ类***Ⅳ类*Ⅳ类Ⅳ类3#阅海监测点Ⅳ类***Ⅳ类*Ⅳ类Ⅳ类4#阅海1号闸Ⅳ类Ⅳ类Ⅳ类Ⅳ类Ⅳ类Ⅳ类Ⅳ类Ⅳ类55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告5#良渠沟入河口Ⅳ类Ⅳ类Ⅳ类Ⅳ类Ⅳ类Ⅴ类Ⅳ类Ⅳ类6#沙湖闸Ⅳ类Ⅴ类Ⅳ类Ⅴ类Ⅳ类Ⅳ类Ⅳ类Ⅴ类从表2-1可以看出，在34组不同断面不同时段的评价结果中，有4组为V类水质，占总评价数的11.8%，其余均为IV类水质，占总评价数的88.2%。从表2-2可以看出，艾依河水体呈轻度富营养化，整体呈Ⅴ类，水质以阅海1号闸为主要分界段，该段水质在不同监测时段监测均为Ⅳ类，水质明显好于上下游（其上下游段各监测断面均出现过Ⅴ类水质）。水体呈轻度污染，主要污染物为高锰酸盐指数、总磷、总氮。水体富营养程度为轻度富营养程度。55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告表2-2艾依河水质富营养化状态评价表监测时间监测断面4.285.56.97.18.69.110.8总评1#亲水第一溢流堰轻度轻度轻度轻度轻度轻度轻度轻度2#陶然水岸码头轻度***轻度*轻度轻度3#阅海监测点轻度***轻度*轻度轻度4#阅海1号闸轻度轻度轻度轻度轻度轻度轻度轻度5#良渠沟入河口轻度轻度轻度轻度轻度轻度轻度轻度6#沙湖闸轻度轻度轻度轻度轻度轻度轻度轻度2.1.3艾依河污染现状艾依河的水源主要是农田排水，其次是唐徕渠的生态补水和贺兰山的部分雨洪水，三水比例为69：23：8。艾依河连接了沿线众多湖泊湿地，一直排水到沙湖，艾依河水体环境质量，直接影响到艾依河景观、生态等多种功能的发挥。农田排水是河道的主要水源，由农田排水系统进入艾依河水体的各类面源污染物，是造成河道水质下降的主要原因。艾依河流域污染物的排放总量见表2-3。从污染物的排放来看，农村生活污水、畜禽粪便、农村垃圾是流域排放负荷的主要贡献源。表2-3艾依河流域污染物产生量总表污染物种类CODcr（t/a）TN（t/a）TP（t/a）NH3-N（t/a）面源农村面源畜禽养殖20266.415596.74732.27294.11农业面源农田面源21851.87940.8723.35416.49点源工业工业废水13248.5--2549.74生活城镇污水3792.93--2584.66农村污水1585.371186.8677.64122.38合计　60745.087724..47833.265967.38数据来源：宁夏环境统计年鉴；宁夏经济、社会发展数据计算，“-”表示为未统计。表2-4艾依河流域污染负荷入河量总表污染物种类CODcr（t/a）TN（t/a）TP（t/a）NH3-N（t/a）面源农村面源畜禽养殖203---农业面源农田面源1295244187203点源工业工业废水----生活城镇污水100.39.548.37.8农村污水15.9---合计　1614.2253.54195.3210.8数据来源：宁夏环境统计年鉴；宁夏经济、社会发展数据计算，“-”表示为未统计。流域污染负荷入河现状见表2-4。从艾依河流域污染物入河量汇总表可知，农田面源污染是艾依河污染物的主要贡献源，分别占COD入河总量的80.2%，TN入河总量的95.7%，TP入河总量的96.2%，NH3-N入河总量的96.3%。55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告2.2项目目标和任务随着社会的发展和生活水平的不断提高，艾依河流域内生活污水排放量日益增加，对艾依河的水质影响也日益严重，为控制生活污水对艾依河的污染，急需一种低投资、低能耗、操作维护简便的分散式生活污水处理技术。本项目引进日本多段土层污水处理技术，进行本地区适应性改进，研究和示范适合艾依河流域生活污水处理的技术措施，并在技术成熟后进行推广应用，最终实现控制流域内水污染的目标。根据项目目标，研究示范的主要任务有：（1）明确多段土层生活污水处理技术的适用范围和条件；（2）通过模型实验和检测，确定多段土层污水处理工艺及最优基质配比；（3）制定多段土层生活污水处理技术操作手册1套；（5）建设多段土层生活污水处理技术示范工程1座（面积309m2）；（6）以论文形式发布研究成果。2.3研究方法和技术路线2.3.1研究方法（1）文献理论研究根据项目研究内容和研究任务研究相关文献，在国内外关于生活污水处理研究著作中，选取相关生活污水处理的技术、工艺、模式进行研究分析。（2）模型实验研究按照多段土层污水处理技术工艺原理，分别制作水平流和垂直流实验模型，进行模型实验，监测进、出水水质，对系统的工艺和运行参数进行优化，研究适合艾依河流域的多段土层污水处理工程最佳设计参数。（3）工程实体示范在工程实体建设完成后，进行运行实验和示范，根据进出水取样检测，由检测数据分析处理效果，根据污水中各项指标的去除率，评价多段土层污水处理设施的性能。2.3.2技术路线55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告在文献研究和模型实验的基础上，制定了本项目研究的技术路线，研究技术路线见图2-2。图2-2项目研究技术路线图55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告3.多段土层生活污水处理工艺模型实验3.1多段土层技术原理（1）技术概况“多段土层法”是利用土层自然净化能力进行生活污水净化的技术体系，在平面上，通水层与土层层呈块状交错配置，且在深度方向布局多层，高密度集成了自然生态系统的净化机能，具有紧凑、简洁的内部结构。污水在通过这种多段结构的过程中，反复受到土层的物理化学吸附及微生物作用，污染物被去除，水质得到净化。（2）净化机理在土层中，无机物与有机物通过复杂的联系，形成极为微小的颗粒（团粒）。团粒结构中，保水、物质吸附等物理化学作用，以及多种微生物的生物分解作用等，都具有去除水中污染物的功能。但是，这种能力也有其极限和弱点，如果处理水量过度增加，那么团粒的间隙会被填塞（堵塞），进而导致污水无法继续流通。3.2模型工艺设计（1）工艺运行条件污水处理工艺路线的设计，应首先保证污水达到所要求的出水指标，其次应对其工程造价与运行费用、方案的技术先进性、建设实施的条件进行定性定量的比较，以优选经济合理的设计方案，应考虑处理规模、进水水质特性、出水水质要求、各种污染物的去除率；考虑气候等自然条件，北方地区应考虑低温条件下稳定运行。应考虑的技术经济因素：节省电耗；减小占地面积，考虑批准的占地面积，征地价格；降低基建投资和运行成本。在保证出水水质达到要求的前提下，选用处理效果稳定的适用技术，使运行管理方便，运转灵活，自动化水平高，操作容易。适应当地运行管理能力的具体情况；可积极稳妥地选用污水处理新技术。因此，根据所要求的处理程度，按便于操作，经济合理的原则确定处理方法和处理流程，并决定处理所需的处理构筑物。为保证系统的良好运行还需注意以下三方面：①55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告维持土层的团粒构造。为维持土层的团粒构造，设置运行间歇。如不能设置运行间歇，可将净化装置分成两个系列，使之交互运行。②蚯蚓等小动物或微生物的运动对维持土层的团粒构造十分有效，因此为保证这些生物的生存，需保证不流入消毒剂或毒性物质。③前处理装置的设置：为防止土层堵塞，一定要设置净化槽或沉淀分离等前处理装置。系统参考流程：污水→化粪池（前处理装置）→多段式土层净化装置→排水。（2）工艺模型设计为确保实验效果，使实验环境更接近实体工程运行环境，实验水样取经过预处理系统的生活污水，因此模型本身设计不包括预处理系统。多段土层模型设计内容包括模型框架、布水系统、排水系统、填充基质，多段土层污水处理模型工艺设计见图3-1。图3-1多段土层污水处理模型工艺设计图取化粪池末端生活污水进行实验。污水经厌氧发酵作用，其中的有机物得到部分分解，降低了污染物负荷，也提高了污水中速效养分的含量，有利于进一步净化和利用。在实际操作中，将预处理后的污水存储于水桶中，并将其置于高处使其通过管道自流输送至渗滤装置。污水经过土层的物理、化学和微生物的生化作用后得到处理和净化。由于渗滤装置特殊配制的土层具有理想的有机质组成，有机质含量丰富，因此土层的团粒结构发达，渗透速率高，毛细作用强，吸附容量大，通透性较好。同时，土层中富含微生物所必须的营养和能源物质，为土层微生物提供了良好的生存发育环境。污水投配到渗滤装置后，通过土层的物理吸附、土层截留、微生物分解等一系列作用，污水中的有机物被去除。其中土层微生物的活性对有机污染物的去除起着十分重要的作用，被截留和吸附在土层中的有机污染物在微生物的作用下，经生物化学反应被分解转化成无机物，这是去除有机污染物的关键过程。选用具有一定水力渗透速率和微生物附着能力的基质，提高了土层的水力渗透速率，还有助于创造一个良好的去除有机物的微环境，有利于微生物对污染物的降解。55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告3.3监测方法和仪器本实验中各项指标检测方法均为国家标准检测方法，方法和实验仪器见表3-1。表3-1水质指标检测方法和实验仪器序号分析项目测定方法方法来源分析仪器1pH玻璃电离法GB/T6920-1986雷磁PHS-25PH计2COD重铬酸钾法GB/T11914-1989COD消解仪HACHDRB2003NH3-N纳氏试剂分光光度法HJ535-2009721可见分光光度计4TP钼酸铵分光光度法GB/T11893-1989721可见分光光度计5SS重量法GB11901-1989AR1140分析天平3.4基质选取实验3.4.1基质选取原则基质是多段土层污水处理系统的载体，其自身的理化特性会影响到它对污水的处理效果，因此在设计时要根据目标污染物的不同来选择合适的基质。在基质选定时一般遵循以下设计原则：（1）氮磷吸附性能高根据氮素和磷素去除机理，系统基质对氮磷的吸附和沉淀作用在污水净化时发挥着重要作用，尤其是磷的去除，当系统的除磷能力要求高时，应该选择磷吸附性能高的基质作为系统的主要载体。（2）取材成本低为控制系统的建设成本，基质一般需要考虑取材方便、运输便利、成本较低等因素。（3）渗透性好在系统长期运行过程中，会出现堵塞现象，为尽量延长系统的使用寿命，缓解堵塞严重的现象，应该选用水力渗透性能好的基质作为系统填料。基质渗透性能与系统的除污效能具有正相关的联系，当基质渗透性较好、孔隙率较高时，污水总磷、氨氮、以及化学需氧量去除率较高。3.4.2基质选取方案55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告基质一般由土层、细沙、粗沙、砾石、碎瓦片或灰渣等构成。基质在为植物和微生物提供生长介质的同时，也能够通过沉淀、过滤和吸附等作用直接去除污染物。基质的种类、级配等因素会直接影响沉淀、过滤和吸附等作用的效果。特别是吸附作用，分为物理吸附和化学吸附，受到不同的基质所含的不同成分的影响最大。选用通透性好、比表面积大、具有吸附能力的多孔介质（如沸石、砾石、陶粒、粉煤灰等）作为填料，可有效提高污染物，特别是氮、磷的去除效果。从同基质的综合处理效果比较来看，对COD和BOD5的处理效果最佳，对TP和TN的处理效果也较好；火山灰和高炉渣基质对TP和TN的处理效果最佳，对BOD5和COD的处理效果一般；河沙基质除水力负荷较高外，其对COD、TP处理效果较好。综上所述，实验基质的初步选取方案为：碎石、炉渣、火山灰和河沙。这些基质有着普遍易得、处理效果较好的特点。3.4.3碎石比选实验多段土层法污水处理技术之碎石比选实验路线图如图4-1所示。为查明不同厚度碎石层与处理污水能力之间的关系，本实验分为20cm厚碎石层、40cm厚碎石层、60cm厚碎石层三个阶段。将各粒径碎石放入马氏瓶中，先用清水浸泡5分钟，再冲洗5分钟，此阶段的主要作用是清洗碎石表面污染物，防止实验误差过大。各阶段实验方法相同，污水流量、水质、作用水头、环境温度均相同。进水方式采用变水头自流，污水流经碎石层后流出，对进出水各项参数进行测定。实验结果列于表3-2至表3-10。图3-2至图3-5为碎石比选过程。55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告图3-2基质选择实验流程图第一阶段：不同粒径碎石20cm厚度实验结果。表3-2d=1.5cm碎石20cm厚实验参数表参数CODCr（mg/L）SS（mg/L）NH3-N（mg/L）TP（mg/L）T（℃）Q（ml/s)v（m/s）进水91.772234.7661.862120.960.0080出水86.951054.661.22表3-3d=0.5cm碎石20cm厚实验参数表参数CODCr（mg/L）SS（mg/L）NH3-N（mg/L）TP（mg/L）T（℃）Q（ml/s)v（m/s）进水91.772234.7661.862122.920.0076出水85.79984.591.34表3-4d=0.2cm碎石20cm厚实验参数表参数CODCr（mg/L）SS（mg/L）NH3-N（mg/L）TP（mg/L）T（℃）Q（ml/s)v（m/s）进水91.772234.7661.86218.120.0027出水78.63582.751.36第二阶段：不同粒径碎石40cm厚度实验。表3-5d=1.5cm碎石40cm厚实验参数表参数CODCr（mg/L）SS（mg/L）NH3-N（mg/L）TP（mg/L）T（℃）Q（ml/s)v（m/s）进水91.772234.7661.862120.250.0077出水84.81774.621.64表3-6d=0.5cm碎石40cm厚实验参数表参数CODCr（mg/L）SS（mg/L）NH3-N（mg/L）TP（mg/L）T（℃）Q（ml/s)v（m/s）55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告进水91.772234.7661.862120.800.0069出水82.02633.181.26表3-7d=0.2cm碎石40cm厚实验参数表参数CODCr（mg/L）SS（mg/L）NH3-N（mg/L）TP（mg/L）T（℃）Q（ml/s)v（m/s）进水91.772234.7661.86215.860.0020出水81.38162.241.45第三阶段：不同粒径碎石60cm厚度实验结果。表3-8d=1.5cm碎石60cm厚实验参数表参数CODCr（mg/L）SS（mg/L）NH3-N（mg/L）TP（mg/L）T（℃）Q（ml/s)v（m/s）进水91.772234.7661.862232.270.0068出水83.6774.002.181.28表3-9d=0.5cm碎石60cm厚实验参数表参数CODCr（mg/L）SS（mg/L）NH3-N（mg/L）TP（mg/L）T（℃）Q（ml/s)v（m/s）进水91.772234.7661.862227.700.0052出水80.7851.002.161.17表3-10d=0.2cm碎石60cm厚实验参数表参数CODCr（mg/L）SS（mg/L）NH3-N（mg/L）TP（mg/L）T（℃）Q（ml/s)v（m/s）进水91.772234.7661.86227.020.0043出水78.376.002.131.11图3-3碎石比选实验过程（1）55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告图3-4碎石比选实验过程（2）图3-5碎石比选实验过程（3）3.4.4火山灰+河沙比选实验多段土层法污水处理技术之火山灰+河沙比选实验路线图如图3-6所示。比选过程见图3-7。为查明不同厚度火山灰和河沙层与处理污水能力之间的关系，本实验分为20cm厚碎石层、40cm厚碎石层、60cm厚火山灰和河沙层三个阶段。将火山灰和河沙分别放入马氏瓶中，先各用清水浸泡5分钟，再冲洗5分钟，此阶段的主要作用是清洗火山灰和河沙层表面污染物，防止实验误差过大。各阶段实验方法相同，污水流量、水质、作用水头、环境温度均相同。进水方式采用变水头自流，污水流经火山灰和河沙层后流出，对进出水各项参数进行测定。实验结果列于表3-11至表3-16。55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告图3-6土种选择实验技术路线图图3-7火山石+河沙比选实验过程第一阶段：火山灰+河沙20cm厚度实验结果。表3-11火山灰20cm厚实验参数表参数CODCr（mg/L）SS（mg/L）NH3-N（mg/L）TP（mg/L）T（℃）Q（ml/s)v（m/s）进水91.772234.7661.862014.410.0048出水83.14157.003.251.7155 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告表3-12河沙20cm厚实验参数表参数CODCr（mg/L）SS（mg/L）NH3-N（mg/L）TP（mg/L）T（℃）Q（ml/s)v（m/s）进水91.772234.7661.86206.120.0017出水86.21593.231.76第二阶段：火山灰+河沙40cm厚度实验结果。表3-13火山灰40cm厚实验参数表参数CODCr（mg/L）SS（mg/L）NH3-N（mg/L）TP（mg/L）T（℃）Q（ml/s)v（m/s）进水91.772234.7661.862012.410.0041出水82.98206.003.911.62表3-14河沙40cm厚实验参数表参数CODCr（mg/L）SS（mg/L）NH3-N（mg/L）TP（mg/L）T（℃）Q（ml/s)v（m/s）进水91.772234.7661.86205.100.0014出水85.63583.951.74第三阶段：火山灰+河沙60cm厚度实验结果。表3-15火山灰60cm厚实验参数表参数CODCr（mg/L）SS（mg/L）NH3-N（mg/L）TP（mg/L）T（℃）Q（ml/s)v（m/s）进水91.772234.7661.862011.850.0040出水72.05217.002.321.69表3-16河沙60cm厚实验参数表参数CODCr（mg/L）SS（mg/L）NH3-N（mg/L）TP（mg/L）T（℃）Q（ml/s)v（m/s）进水91.772234.7661.86203.980.0011出水78.63583.501.78需注意的是：整个实验过程都应尽可能的保持实验步骤一致，不可对需要比较的不同实验进行多种与基本原理不一致的操作；要保证数据的客观性和可靠性，不仅要对每次的处理后的污水水质进行实验监测，还要对不同时间不同地点所取用的生活污水进行进水水质监测。3.4.5基质比选结果根据两组土层比选实验得出以下结论：①碎石的粒径越小对污染物的吸附能力越强，但随着碎石粒径的减小其透水性减弱。②随着厚度的增加，火山灰和河沙的污染物吸附能力都有所增加；火山灰对污染物的吸附能力明显优于河沙，但对悬浮物的去除能力明显比河沙弱；火山灰的透水性优于河沙，且随着厚度增加，两者的透水性都有减弱。55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告③碎石的透水性明显优于火山灰和河沙，但其污染物吸附能力比火山灰弱，但与河沙相比没有明显差别；碎石和河沙的悬浮物吸附能力没有明显差别。碎石有着透水性最强的优势，但污染物吸附能力略差；火山灰有着吸附污染物能力最强的优势，但悬浮物吸附能力差；河沙有着吸附悬浮物最强的优势，但透水性最差。而对与多段土层系统而言，污染物去除能力和透水性是至关重要的因素，而降低悬浮物的任务主要由前段预处理系统完成，因此排除河沙。火山灰因为其表面有细微的空隙使其吸附污染物的能力大大增加，但火山灰略优的污染物吸附能力掩盖不了其价格昂贵的劣势。碎石和火山灰相比较其最大的优势是廉价，且随处可以取得。根据基质必选结果本实验中最终选择碎石和火山灰为模型实验的填充基质。3.5模型实验3.5.1水平流实验（1）实验模型水平流实验模型由1cm厚度的的石英玻璃粘结而成，模型尺寸为：200cm×40cm×（5×21cm），实验模型共分为5格，前端设置进水口，末端设置出水口。（2）土层配比方法在实验装填的过程中，先用小容器取碎石轻轻将其置于玻璃槽底层，后将大量的碎石直接倒入模型中。模型玻璃槽中间一格装填不同粒径的碎石，至下而上的具体布置方式是：3cm厚0.8碎石层，2cm厚0.2碎石层，3cm厚1.5碎石层，3cm厚0.5碎石层，2cm厚0.8碎石层，5cm厚0.2碎石层，6cm厚1.5碎石层，6cm厚0.5碎石层，同时每层碎石之间铺垫少量火山灰。与中间一格相邻的格子中装填火山灰，两边的两格填装1.5-2cm碎石。图3-8至图3-10为基质装填后效果图。55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告图3-8基质填装过程（1）图3-9基质填装过程（2）图3-10基质填装过程（3）（3）检测指标及检测方法水平流多段土层模型实验中，以CODCr、悬浮物、氨氮、总磷的去除率为主要考察指标，探索水平流多段土层渗滤组合工艺的去除效果。水平流多段土层实验模型的主要研究对象为生活污水，实验用水取自于宁夏大学A区学生宿舍生活污水，进水水质参数列于表3-17。表3-17进水水质参数表水质指标（ml/L）CODcrSSNH3-NTPpH实验测值240.77956.7663.867.47（4）模型实验工艺流程按照实验采取的工艺流程为：进水—预处理—多段土层—出水。55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告此阶段主要分析多段土层处理村镇生活污水的效果，出水的水质状况。进水时间为1小时。（5）模型实验过程模型实验灌水清洗过程共计8个小时，以减少由于基质本身所含的污浊物对实验数据的影响，保证实验所得结论更具客观性。实验中每日进水量为200L，平均每小时进水约8.3L。在此过程中分别记录三个时间段的流水量，测出模型装置的水的渗滤速率。随后停止清水的通入并让实验模型装置搁置一晚上，以使装置中的清水经一晚的搁置能较好的渗滤干净装置中的清水成分。48小时对装置预通入实验用的生活污水，使模型基质充满污水，二者充分接触。随后继续通入实验生活污水样品2小时，设置水力停留时间分别为6小时、10小时和18小时，观察模型装置中的实验现象和实验过程中可能存在的问题。此时研究人员便用试样品取样并记录取样时间，最终将样品送至水质分析员进行水质监测。（6）模型实验结果分析根据实验数据和已掌握资料知，碎石对悬浮物和氨氮的处理效果较佳，且不同的碎石比对悬浮物和氨氮的处理效率不同。而炉灰则对CODCr和总磷处理效果良好。本模型得到的CODCr、悬浮物、总磷、氨氮平均去除率分别为：43.35%、30.48%、98.94%、69.87%。实验数据见表3-18。分析结果见图3-11。表3-18多段土层污水处理模型实验参数表日期参数CODCr（mg/L）TP（mg/L）NH3-N（mg/L）SS（mg/L）T（℃）Q（ml/s)v（cm/s）1月15号进水259.29.2010.154120187.60.011月15号出水109.70.071.03256197.90.011月16号进水251.39.9210.405126197.60.011月16号出水93.890.021.12765227.80.011月17号进水222.012.836.135141217.50.011月17号出水158.80.760.46160197.70.011月18号进水226.812.126.951145217.60.011月18号出水221.30.100.59271217.40.011月19号进水206.85.966.37169187.80.011月19号出水145.60.083.37747227.60.011月20号进水211.25.316.81063207.60.011月20号出水118.50.014.10851217.50.011月21号进水204.45.316.71172197.60.011月21号出水114.00.043.77042207.60.011月22号进水209.95.126.01066207.60.011月22号出水163.40.022.74358197.40.011月23号进水216.36.345.89064217.30.011月23号出水123.00.042.80857187.30.011月24号进水226.44.828.41155187.60.0155 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告1月24号出水132.740.0473.114131207.40.011月25号进水216.324.1788.11052197.60.011月25号出水135.890.0992.88643207.60.011月26号进水218.344.2188.891109207.60.011月26号出水119.610.0413.60834197.40.011月27号进水232.205.2108.990105217.30.011月27号出水139.050.0043.34656187.30.011月28号进水324.068.58550.87771187.60.011月28号出水139.640.0045.65416197.60.011月29号进水321.168.10650.22074207.60.011月29号出水99.450.0766.67041207.60.011月30号进水313.268.97951.32076197.40.011月30号出水95.7450.0553.77854217.30.01图3-11进出水CODCr、悬浮物、总磷、氨氮含量对比及去除率去除率分析图从检测数据可以看出1月18日系统进出水CODcr含量变化不大，分别为226.84mg/L和221.26mg/L，分析原因是当日系统出水水样悬浮物较高（71mg/L），明显高于其他出水水样的指标，致使出水CODcr的含量异常。悬浮物增高的原因是多方面的，主要是系统刚开始运行对悬浮物的大量吸附并达到饱和后排放所致，18日对系统进行冲洗后继续实验，效果明显好转。根据实验结果分析图中可以看出，水平流实验模型模型对CODCr、悬浮物、总磷、氨氮平均去除率分别为：43.35%、30.48%、98.94%、69.87%。其中CODcr55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告和SS的去除率较低，TP的去除率最高，氨氮的去除率正常，原因分析如下：①多段土层对CODcr的去除途径主要是微生物降解、土层吸附和植物吸收，本实验时间较短，系统中微生物没有培养完全（正常培养周期为30天以上），所以微生物对CODcr的去除量有限，由于受到实验条件限制，本实验中没有种植表面去污植物，因此缺少了植物对CODcr的去除作用，表现为整个实验过程中CODcr的去除率较低，但在长期运行的实体处理系统中，上述问题都可以得到解决。②SS的去除率主要由前段预处理系统完成，多段土层对SS的去除过程主要是吸附，去除率不高。③TP的去除率最高，是由于多段土层基质对磷的吸附能力强所致，但随着吸附的饱和及基质降解能力的限制（缺乏植物吸收），系统对TP的去除效果会逐步下降。磷在系统吸附后主要的去除途径是被植物吸收，如果植物的吸收速度低于系统中磷的积累速度，系统对磷的去除率就会逐渐下降。④氨氮的去除率较好，是因为本系统中有良好的去除氨氮的环境，表层基质接触空气，有足够的氧气，是良好的好氧微生物生存环境，中层基质因为表层溶解氧的传递含有少量氧气，是良好的兼性厌氧菌生存环境，底层基质接触不到氧气，是完全的厌氧环境，三种环境交替能让硝化反应和反硝化反应顺利进行，从而去除氨氮。3.5.2垂直流实验根据实验对比的要求，基于基质选取原则，在水平流多段土层实验的工艺基础上，增加垂直流多段土层模型实验作为对照，以分析不同渗透方式、不同基质组合配比状态下，多段土层工艺模型最佳处理方案。（1）实验模型垂直流多段土层模型（图3-12、图3-13）是利用了土层自然净化能力的污水处理方式，对生活污水先进行预处理，进水管表面为一排布水管，进水均匀地分布到系统表面。能充分利用垂直流系统的渗透界面，使水流与基质接触更加充分，显著提高污染物的净化效率。最底层为排水管，用来收集出水。55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告图3-12垂直流工艺流程模型图3-13垂直流多段土层模型（2）土层配比对已选定的基质种类进行优化配比。优化配比结果见图3-14。将炉灰筛分，粒径2-2.5cm的碎石与粒径2-2.5cm的炉渣按5：1比例均匀混合作为最上层基质，将粒径1-1.5cm的碎石与粒径1-1.5cm的炉渣按5：1比例均匀混合作为第二层基质，将粒径0.5-1cm的碎石作为第三层基质，将0.2-0.5cm的碎石作为最底层基质，基质与出水导流管之间用滤网或海绵隔离，各层基质的厚度比为1：1：1：1，其中上部2层为好氧反应区，底部2层为兼性厌氧反应区。图3-14垂直流多段土层基质（3）实验方法及过程55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告实验前对垂直流多段土层中的填充基质进行6小时连续冲洗，冲洗用水为自来水，冲洗至出水SS低于30mg/L。实验过程中每日向系统输入污水100L，平均每小时水量约为4.2mg/L，采用自流供水，每6小时输水1次，连续输水时间0.5小时，落干时间5.5小时。实验期持续16天，前10天为系统菌种培养阶段，第11天开始取样检测，每日检测2次，实验数据取2次检测平均值。（4）水质检测及结果分析通过实验过程和对比分析，土层基质随着处理污水时间的持续，其化学成分变化甚微。实验结果见表3-20、图3-15、图3-16。表3-20垂直流多段土层污水处理模型监测数据日期取样点CODSSpHTNTPNH3-N7月7日进水260.31207.12295.0213.5197.623出水63.20307.3640.130.103.5177月8日进水293.0987.18298.0814.22110.285出水52.70217.3949.340.125.4487月9日进水289.11157.23325.5113.64103.025出水45.7357.4373.710.1614.4467月10日进水279.01087.09289.2815.8496.592出水57.20317.2860.810.454.5247月11日进水310.21407.12298.3418.23104.549出水65.21417.3472.481.185.1287月12日进水299.11327.15279.5917.36111.369出水48347.4262.270.237.482图3-15COD、TN的处理效果55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告图3-16TP、NH3-N、SS的处理效果根据实验结果，垂直流模型对CODCr、SS、TN、TP、NH3-N平均去除率分别为：80.73%、73.23%、79.96%、97.75%、93.51%。从各项指标的去除率来看，垂直流模型实验的去除率都较高，处理效果明显优于水平流实验模型，分析机理如下：①与水平流多段土层模型实验不同，垂直流模型实验分行水期和落干期，污水是从表层逐步流向底层，这为微生物分解污水中的有机质提供了良好的环境，污水从表层到底层分别经历了好氧阶段、兼氧阶段和厌氧阶段，达到了良好的去除效果，尤其是氨氮去除率得到了明显提高。②本实验中CODcr和SS的去除率高，两者存在重要联系。由于污水在基质中的流向的垂直方向，受重力影响，基质对SS的吸附和过滤作用得到了极大增强，从实验数据可以看出SS的去除率达到73.23%，这使得处理系统中SS附带的CODcr含量大大降低，从而降低了出水中的CODcr总量。③由于垂直流多段土层系统对SS的吸附能力较强，导致其堵塞的时间与水平流多段土层相比大大缩短，且垂直流多段土层反冲洗的难度远高于水平流，垂直流实现反冲洗的唯一途径是使用大功率的水泵，而其反冲洗管网的布置和反冲洗管网的防堵措施更为复杂。要实现多段土层进水中的SS维持在较低水平，需要在预处理系统中加入动力装置。3.5.3模型实验结果55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告水平流模型实验与垂直流模型实验相比，对生活污水中各项指标的去除能力较弱，但其在实体工程运行时有明显的优势。首先水平流多段土层操作简易，维护方便，稳定运行时间长；其次，水平流多段土层表面可种植密集的去污植物以增强其处理效果，而垂直多段土层因表面有布水管网的影响，种植植物数量有限，且表面管网给表面植物的收割和覆盖带来极大不便；第三，水平流多段土层可实现上下2层布水，以避免冬季表面冻结影响运行，而垂直流多段土层在冬季因冻土层结冰而运行不畅，垂直流多段土层要实现双层布水难度较大；第四，水平流多段土层造价低，运行费用低，类维护方便，而垂直流多段土层因为表面和底部布满密集的管网，其造价是水平流多段土层的2倍以上，反冲洗操作极其复杂，且反冲洗效果不佳；第五，水平流多段土层在无动力的情况下可实现长期稳定运行，而垂直流多段土层容易堵塞，想要实现长期稳定运行需要增加反冲洗水泵、汽浮机、加药装置等多项动力装置，使运行费用大大增加，与分散式、低耗能、操作维护方便的要求不相符。垂直流多段土层虽然有诸多劣势，但其具有去除能力高的优点，如能有效解决易堵塞和冬季运行困难的问题，仍有很好的实用前景。综合两种模型实验和其优缺点，鉴于垂直流多段土层存在运行方面暂时没有克服的困难，本项目中工程实体的建设方案采取水平流。55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告4.多段土层生活污水处理工程示范4.1示范点选取（1）示范点选址选择艾依河中段的贺兰县洪广镇洪广营生态园（见图4-1）生活污水为处理对象，并在此建设多段土层生活污水处理示范工程。艾依河中游河道起于阅海闸，止于沙湖南运河，长27.5km，为新开沟道，河道建有调节水位的溢流堰4座，其它水工建筑物62座，机电设备28台套。同时考虑通航要求，河段布置阅海、于祥、洪广营水位控制建筑物3座船闸，闸首、闸室挡水建筑物的级别为4级，其他建筑物为5级。镇北堡拦洪库洪水经西干渠、芦花退水闸、芦花排洪沟、芦花滞洪区、良渠沟、良渠沟倒虹入四二干沟；金山拦洪库洪水经西干渠、沙井子排洪沟、沙井子滞洪区、胜利排洪沟入艾依河中游。中游河段主要支流有高家闸沟、良渠沟、洪广排水沟。中游日常排水流量8.3m3/s，排洪流量10m3/s。图4-1艾依河流域示范点洪广营位置（2）示范点选取理由由于进入艾依河的主要排水沟自净能力有限，尤其在无来水补给的情况下，原为农田退水职能的沟道已成为泄洪、排水、排污的通道，各排水沟污染物已成为艾依河水体污染隐患。沿河点状分布的农村生活污水排放，对艾依河流域的水环境和水生态影响日益增强。艾依河作为承担银川市“生态河”55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告的河流水系，对银川市的生态环境保障作用显而易见。洪广营生态园位于艾依河流域中段，未建设生活污水处理设施，其生活污水排放量设计值为50m3/d，生活污水直排艾依河。本示范点的选取，在艾依河流域具有典型性和代表性。（3）示范点主要功能①探索多点源水污染防治的技术手段和方法艾依河流域点源污水排放对艾依河水质构成污染威胁，本工程示范点可以作为多点源水污染防治技术有益探索，在治理艾依河流域生活污水污染的同时为其他同类流域污染的防治提供借鉴。②推广应用通过本项目工程示范，总结运行管理成功经验，为控制艾依河流域生活污水污染、多段土层污水处理技术推广应用起到积极作用。4.2多段土层示范工程设计4.2.1设计依据（1）《农村生活污水处理技术规范（DB64/T699-2011）》；（2）《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB189182002）》；（3）多段土层处理技术模型实验结果。（4）《混凝土结构施工规范》(GB50666-2011)；（5）《混凝土质量控制标准》(GB50164-92)。4.2.2工程概况根据前期多段土层生活污水处理实验模型，对照垂直流多段土层模型实验结果，选取5格水平流多段土层进行实体工程建设。建设点位于艾依河中段洪广营生态园，旺季游客200人/d，淡季20人/d。根据调查统计，人均生活污水量为60L/d，高峰期水量一般为15-25m3/d，设计处理量为20m3/d，远期处理量50m3/d，最终受纳水体为艾依河流域。示范点生活污水水质指标见表4-1。表4-1生活污水水质指标单位（mg/L）名称BOD5CODCrSSNH3-NTP进水水质150-200300-40048-6745-616.5-7.54.2.3工程设计（1）进水条件和水质要求55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告①SS含量要控制在较低水平，因为悬浮物是土层堵塞的主要原因。（有机悬浮物有生物分解功能，淤泥等无机性浮游物质滞留到土层内将导致堵塞。）②前处理中需重点除去油分，因为油分也是土层堵塞的原因。（油分中如含有低浓度的动植物油脂类，若能同时保证足够长的运行间歇，这些油脂是可以除掉的）。③为维持生物处理能力，不能加入有毒物质。（2）出水指标设计本项目建设点位于农村地区，多段土层生活污水处理实体工程的出水条件应该严格执行《宁夏回族自治区农村生活污水排放标准》（DB64/T700—2013）。农村生活污水经过处理后出水排入地表水IV、V类功能水域时，执行二级标准。示范建设点属艾依河流域，其水质标准为地表水IV类水体。本项目中经过水泵提升和管道输送，处理后的水最终排入高荣退水沟，根据相关排水标准出水执行二级标准，最终确定工程设计进出水指标见表4-2。表4-2设计进出水指标单位（mg/L）项目BOD5CODCrSSNH3-NTP进水指标≦100≦300≦60≦25≦5出水指标≦20≦60≦20≦15≦1（3）工艺流程设计根据地区污水特性、环境特征、出水水质要求进行水平流多段土层污水处理设计，系统工艺流程见图4-2。图4-2多段土层污水处理工艺流程图水平流多段土层污水处理系统主要包括预处理系统和多段土层系统两大单元，其中预处理系统主要分为格栅篦子、集水沉砂池、化粪池。多段土层法渗滤池由四部分组成：填料床、池壁、布水系统和排水系统。（4）预处理系统设计55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告预处理系统包括格栅篦子、集水沉砂池和化粪池。格栅篦子位于污水集水池的进口处，主要作用是去除污水中较大的悬浮或漂浮物，以减轻后续水处理工艺的处理负荷。集水沉砂池集中无大直径漂浮物的污水，污水中的可沉淀固体在重力作用下下沉，与污水分离。化粪池贮存并水解酸化污水，需根据使用人数选用相关规格成品化粪池。采用化粪池预处理时，应符合下列要求：①化粪池外壁距建筑物外墙≥20m，距离地下水取水构筑物≥30m；②化粪池可作污水一级处理构筑物时，BOD去除率可按20%计算；③污水在池中停留时间应根据污水量确定，宜采用18-24h；污泥清掏周期宜采用6-12个月。（5）土层填料结构设计根据实验结果选取不同级配碎石组合做为工程实体的基质材料，选用不同粒径的碎石颗粒进行铺设。示范工程选用粒径自上而下依次为4.5-5cm、1-2cm、0.5cm、1-2cm和4.5-5cm的碎石进行填充（图4-3）。图4-3基质填充方案图（6）水力负荷选择55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告水力负荷选择也即对水力负荷周期的设计，水力负荷周期的概念源自传统污水土地处理技术中的快速渗滤工艺，即RI系统。由于RI系统采用干湿交替的工作方式，因此为保证连续稳定地处理污水，系统必须由多个快渗池组成，以便轮番配水。一次配水和一次落干所构成的循环称为系统的水力负荷周期。一个周期内配水时间与落干时间之间称为湿干比。多段土层渗滤系统与RI系统的差别主要在于多段土层渗滤系统改变了RI系统采用天然场地碎石和含水层作为渗滤池渗滤基质的设计方法，系统采用人工建造，渗滤介质采用人工筛选介质回填，水力负荷大大提高。多段土层渗滤系统水力负荷周期的设计，应确保配水期污染物不穿透、确保落干期NH3-N硝化反应充分、确保系统水力负荷满足去污要求，系统最终选取的表面水力负荷为0.065m3/（m2∙d）。（7）工艺参数设计除了以上几个参数，实体工程中还要注意系统的面积负荷与填料的基质的孔隙率。面积负荷：1m2的面积1天流入的污水量的设计基准，系统最终设计的面积负荷为50L/m2·d。基质孔隙率宜控制在35%-40%，实际采用为孔隙率为35%，滤料层厚度应根据系统的运行方式和滤料层滤料的渗透系数确定，滤料层厚度宜为1.2m-1.4m。多段土层污水处理系统工程的工艺设计参数见表4-3。表4-3工艺设计参数设计水量系统面积表面水力负荷水力坡度基质孔隙率设计水深表面有机负荷水力停留时间50m3/d309.5m20.065m3/（m2∙d）0.5%35%1.6m51L(m2∙d)3d（7）布水系统和排水系统设计布水系统必须保证能够均匀布水，布水系统投配的均匀度影响渗滤池的运行效果。本工程将渗滤池设计成五格，可有效均匀布水。排水系统兼有排水和反冲洗功能，管道材料选用PVC管。4.2.4工程建设艾依河多段土层污水处理实体工程包括预处理工程和多段土层主体工程，其中预处理系统包括格栅沉砂池、集水池、化粪池。主体工程由四部分组成：填料池、布水管道、排水管道、配水控制系统。（1）工程平面布置工程平面设计（图4-4）包括预处理系统和多段土层系统。预处理系统占地面积100m2。其中，容量为17m3的化粪池1座，敷设Ф200PVC布水、排水管共计160m。多段土层渗滤系统200m2可满足处理要求。实际多段土层渗滤池为23.1m×13.4m×2m，占地面积为309.5m2，处理容量为619m3。多段土层渗滤池分为五道处理池。55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告图4-4示范工程总平面布局图（2）集水沉砂池设置于系统进水口之前，利用2.5cm×2.5cm的方块网格作为过滤装置，隔除洗菜、洗碗、冲厕以及洗浴娱乐污水中的大颗粒物质，在系统进水前对大颗粒污染物质作简单分离。（3）化粪池建设化粪池1座，长6.48m，宽2.33m，有效容积为17m3。荷载条件按不行车考虑，去荷载200kg/m。化粪池见图4-5。（4）防堵塞措施预设反冲洗系统，当系统堵塞是进行反冲操作。反冲洗方式为系统末端进水，进水端池底设排空管，冲洗时进行重复的反流向操作，清除系统内长期运行残留的污染物，防止系统阻塞，直至冲洗完成。反冲洗时，进水端底部放置水泵，将反冲洗水提升到集水沉砂池，经沉淀去除水中污泥后再经过化粪池及多段土层处理系统处理。55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告图4-5化粪池平面布设图（5）多段土层池体多段土层渗滤池1座，采用钢筋砼结构，占地面积309.5m2，土层渗滤池共分五段，每段间隔2.4m，侧壁与底部厚均为50cm，顶部厚30cm，深度1.7m，长宽比参数设为3：1。水力停留时间为3d，水力坡度为0.5%。土层渗滤系统布设见图4-6。图4-6多段土层污水渗滤处理设施示意图（6）去污水生植物设计55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告宁夏常用去污植物有芦苇、水葱、茭白、菖蒲、荷花等本土优势挺水植物，共同的特点是耐污能力强、根系发达、去污效果好、具有抗冻及抗病虫害能力、管理维护方便，各去污植物参考种植密度见表4-4。根据就近获取和小区域适应性原则，本项目选择工程建设点附近优势植物芦苇和菖蒲为多段土层的去污植物。表4-4宁夏多段土层植物系统参数表植物种类种植密度（株、芽、丛/m2）香蒲20-25千屈菜16-25芦苇16-20茭白9-10千屈菜16-25荷花2-3菖蒲20-25水葱8-12（7）布水系统设计布水总管采用Ф200mmPVC管，布水口Ф100mm，布水口间距400mm，布水口总计12个。布水系统采用上下双层水管，水管布设间隔为400mm，上层水管设在土层下0.1m，春夏秋季使用上层进水，下层水管设在土层下0.9m，冬季关闭上层进水阀，使用下层进水，并使水位保持在表面1.05m以下，该技术措施避免表面结冰带来的系统堵塞及其它不利影响，从而保证冬季系统正常运行。布水管大样见图4-7。（1）池外（2）池内图4-7双层布水管大样图4.3运行监测结果示范点多段土层污水处理工程建成后，经过调试运行，于2015年7月—55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告10月对其运行处理后的水样进行送检监测，检测结果见表4-5。表4-5艾依河多段土层污水处理系统水样监测数据　监测日期监测位置pH值SSCODcrNH3-NTPTN7月20日入水8.47227234.533.8563.1798.32出水8.428754.3110.2490.8752.477月28日入水8.19248210.731.2351.0387.40出水8.157254.8212.8820.3448.308月03日入水7.98277221.830.6032.3289.70出水7.827053.5012.1011.0248.208月10日入水8.02269217.431.5032.0283.70出水7.987052.4110.0950.8743.808月19日入水7.88288237.732.6122.1182.54出水7.857055.3314.8570.2547.188月23日入水7.31267230.230.3492.8589.22出水7.436349.509.8030.5648.208月28日入水7.52288222.431.2012.3485.50出水7.675751.4010.4040.7845.309月2日入水7.43273214.133.8722.5686.40出水7.296341.809.1990.6343.209月7日入水7.82252225.631.4632.5885.28出水7.245743.449.4680.4145.219月12日入水7.69234229.534.1482.4382.40出水7.515742.829.6270.7348.539月17日入水7.78264231.631.5462.5781.38出水7.685946.419.1630.8748.859月20日入水7.92262232.830.4412.6482.17出水7.495545.529.7370.6346.459月24日入水7.72241214.332.2452.2183.12出水7.225448.1410.0950.5146.699月28日入水7.48224217.432.7442.0180.77出水7.314847.269.5610.5248.4510月03日入水7.69239225.531.7751.7881.08出水7.295243.159.2530.4244.4610月07日入水7.31242233.630.8961.6780.61出水7.015244.479.3260.5643.2210月14日入水7.31271221.430.2411.5680.93出水7.465141.499.0850.4242.3610月20日入水7.81253215.331.4531.7481.54出水7.425243.249.3980.443.5655 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告图4-8SS进出水浓度及去除率图4-9CODcr进出水浓度及去除率图4-10NH3-N进出水浓度及去除率图4-11TP进出水浓度及去除率55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告图4-12TN进出水浓度及去除率运行监测结果分析：从表4-5以及图4-8至图4-12，可以看出，SS、CODcr、NH3-N、TP的出水效果良好，CODcr、NH3-N、TP达到《宁夏回族自治区农村生活污水排放标准》（DB64/T700—2013）二级标准。SS去除率平均值为61.4%-75.72%，CODcr去除率平均值为74%-76.84%，NH3-N去除率平均值为54.3%-69.91%，TP去除率平均值为67%-88.15%，TN平均去除率约在45.68%。出水中除（SS）其他指标都达到了设计标准，主要原因是生活污水主要为厨房排水，污水中的悬浮物较高，在预处理各单元中不能完全消纳，而多段土层中的植物种植时间较短，植物吸收能力较差，对SS的吸附和吸收能力较弱，从而导致排水中悬浮物较高。同时出对TN的去除效果较低，主要原因是生物菌种培养时间较短，微生物的TP去除能力受到限制，去污植物根系未发育，植物对TP的去除率较低。与水平流模型实验相比较实体工程的COD处理效果略好，但悬浮物、总磷和氨氮的去除效果较差，结合基质选取实验，经对比分析，发现：一是因为实验模型中碎石配比较实体工程粒径较小，碎石层更容易截留悬浮物，同时吸附氮、磷的功能略好；二是实验模型中基质配比中有火山灰，通过基质比选实验可知，火山灰对氮、磷的吸附能力极强，而实体工程考虑到建设成本的原因，基质填充时仅用到了碎石而没有火山灰，从而大大降低了多段土层对氮磷的吸附能力，导致总磷、总氮和氨氮的去除效果不佳；三是实体工程中去除氮磷的主要措施是表面挺水植物吸收，而本工程中因为时间原因，表面植物种植时间较短，根系较短，分布面积较小，同时因表面植物较小，对污染物的吸附能力弱，含氮、磷的污染物去除能力差，造成出水含总磷、总氮和氨氮含量高。55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告5.运行管理及维护5.1设施管理5.1.1设施管理机制由于多段土层污水处理系统是利用模拟天然的生态系统净化机理建造而成，因此在管理上除了要考虑系统结构的维护及运行条件的控制外，还需要考虑到这个生态系统中其它要素的管理和控制，如气温、植物、微生物等。（1）水位的控制水位控制和流量调整是影响多段土层污水处理系统处理性能的最重要的因素。水位的改变不仅会影响多段土层污水处理系统的水力停留时间，还会对大气中的氧向水体渗透造成影响。①当水位发生重大变化时，要立即对处理系统进行详细的检查，因为这可能是渗漏、出水管的堵塞或护堤损坏等情况造成的。②在多段土层污水建立初期，当植物成活后，可以通过降低水位来刺激其根系的伸展发育。在植物生长季节每个月将系统排干一次，然后马上升高水位，可以将氧气带入系统。这不仅有助于氧化沉淀系统里的有机碳化物、硫化铁和其它缺氧化合物，并且抑制微生物活性。（2）植物的管理①在环境条件合适的情况下，植物根系会自然蔓延；②冬季收割后将植物就地覆盖，可起到系统保温作用；③保持系统中的水体流动利于减少蚊蝇数量。5.1.2运行保障措施（1）基本要求①多段土层污水处理设施建成后交由用户管理并按照规范维护；②依据操作规范制定的管理制度、操作规程、设施维护保及故障处理措施进行运行维护；③岗位作业人员应熟知处理工艺和工作质量要求；④设施、设备维修前，应先检查，制定维修方案及安全保障措施。55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告（2）管理保障①配置管理人员1人；②定期巡视，巡视中观察预处理池前段的检查井是否有杂物堵塞，观察预处理段各池中水流是否正常，是否有杂物进入，有杂物时及时清理，防治进入系统后发生堵塞；③观察多段土层污水处理系统水位是否正常，观察系统出口水流是否正常，如有异常发现问题及时检修；④观察处理设施围栏是否完好，如有破损及时修复，防止无关人员及家禽家畜进入，发生危险或造成破坏；⑤每日清理格栅池内的杂物，需要清理时及时清理。5.2操作与维护5.2.1系统操作规范（1）格栅污水通过格栅前后水位差应小于0.3m，需及时清除水篦子上的杂物并及时处理或处置，进水量增加时，应增加清理次数。（2）沉砂池定期清掏沉砂池的沉淀物，定期巡查处理系统的进、出水管件，出现故障时，及时排除故障。（3）化粪池定期检查进、出水口，保证通畅，定期检查池体的密封性，要注意检修盖是否盖好，避免池内恶臭气体溢出污染空气。（4）多段土层污水处理系统55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告系统进水前，应检查确保系统所有配水阀门处于开启状态（检修关闭情况除外），系统进水后，定期检查配水管道、阀门工作状况，防止植物残体及其它漂浮物引起堵塞，保证各系统单元布水均匀。定期检查配水效果，保证配水均匀，避免出现短流现象。出现短流或堵塞时，应及时排除故障，适时重新布土。系统运行过程中，需要根据季节以及植物生长特征调整内部水位。系统缺水时，应及时补水，保证植物的生长。11月份上旬以后，打开下层进水及进水阀门，保持系统低水位运行。把芦苇等水生植物收割，敷设在系统表层，春季再清除覆盖的植物。5.2.2系统维护规范（1）日常运行维护①运行管理人员应定期检查设施、设备的运转状况并做好记录。②监督检查：管理人员负责设备运行管护，定期对设施运行状况进行检查。（2）系统装置的维护定期去除容易堵塞进出水管道的残渣，各种阀门井应保持无积水，寒冷季节应对外露管道、阀门等设备采取防冻措施。对系统的结构及各种阀门、护栏、爬梯、管道、盖板、照明、防雷等设施定期进行检查、维修及防腐处理，保持完好。（3）防堵塞维护系统可进行反冲洗操作，系统进水端布设有反冲洗排空管，可以从出水端接入水管，逆向进水，反冲洗水用水泵提升到集水沉砂池，经沉淀后再经过系统处理。反冲洗操作1-2年一次为宜，可根据实际运行情况自行调整。5.2.3冬季运行管理项目示范点在艾依河中段洪广营生态园，示范工程处理农家乐生活污水。由于冬季气温低，生活污水量相应减小，系统在冬季主要需要人员定期进行运行维护管理，按照相应越冬技术操作，保证来年系统能够安全、高效运行。55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告6.多段土层生活污水处理技术推广6.1环境效益依照前期实验的研究成果，在宁夏艾依河流域中段洪广营生态园建立工程示范，经过为期两个月的调试运行，最终系统出水水质良好，监测结果达到预期目标，可有效控制艾依河水体污染，提高艾依河流域的水质质量，为艾依河流域水环境保护作出贡献。实践证明，多段土层污水处理系统处理农村生活污水具有优势，适用于艾依河流域点源分布的生活污水的处理，可推广到全流域水污染控制工程中建设运行。6.2社会效益污水处理工程是一项保护环境、为子孙后代造福的公用事业工程。该工程实施后，可为解决艾依河流域点源污染的水污染问题，为城市服务，为社会服务，可改善城市市容，提高卫生水平，保护人民身体健康，保护自然风景，促进城市旅游事业的发展。改善艾依河水质，是实现水资源合理配置、科学保护、循环利用的重要手段，对建设资源节约型、环境友好型社会意义重大。农村生活污水处理既可提高水资源的重复利用率、缓解水资源供需矛盾、促进农业生产的发展。6.3创新点（1）探索构建了多点源污染的污水处理技术体系平原地区污染源复杂，本项目以生活污水处理技术为切入点，探索了灌区河流多点源的污水处理技术体系。（2）引进集成了多段土层生活污水处理技术引进日本多段土层技术，并在引进技术的基础上进行了多项技术的集成。在系统前端集成化粪池预处理，保证系统处理效率，使出水水质达标。增加双流向设计，加大水力停留时间，防止长时间运行造成系统堵塞，增加了反冲洗设施，反冲洗水提升至沉砂池再经过系统处理。在系统表面布置去污植物，既增加系统生活污水处理效果，又可作为景观。系统填料为碎石，原料就地取材，建设成本低，系统属于无动力运行，操作简便，易于维护。55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告6.4技术推广措施随着社会、经济的发展，我国对整治环境污染问题，尤其对水环境污染的治理越来越重视。整治面源污染已经成为重中之重。经济社会的迅速发展，使农村地区生活污水排放量逐年增加。多段土层污水处理技术在农村点源污染治理方面有诸多优势：造价、运营成本低廉、建设周期短；系统组合具有多样性、针对性，能够灵活地进行选择；针对不同水质，可选择不同材料填充工艺组合；就地取材，无需添加杀菌药物,采用自流模式，无动力运行，运行成本低廉且能保证污水高效处理；系统有独特的绿化景观功能，出水还可实现水资源回用。本项目的成功实施为宁夏艾依河及同类区域环境中的污水治理技术的推广应用起到良好的示范作用，艾依河流域尚有诸多同类农家乐、生态农庄等生活污水排放源，都需要建设污水处理设施。该技术可通过运行示范，在艾依河流域进行进一步推广应用。55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告7.项目国际合作经验总结7.1国际合作项目背景近年来，宁夏回族自治区着眼解决科技资源不足的问题，不断深化对外科技合作，实现借力发展，开创了对外科技合作的新局面。与国家科技部建立了部区会商机制，举行了四次会商会议，实施了44项议题，获得国家科研经费支持10多亿元，有力提升了全区科技创新能力；与北京、陕西等科技强省，与中科院、中国工程院等大院大所签订了科技合作协议，实施了200多个合作项目，吸引了300多名专家学者来宁开展技术指导、合作研究和人才培养，吸引中科院银川产业育成中心、首都科技条件平台银川合作站、北京技术市场银川服务台和部分知名高校研发机构进驻银川科技园，中关村科技产业园落户中卫。与发达国家开展合作取得重要进展。与40多个国家和地区建立了科技合作关系，引进60多项国外先进适用技术，有50多家企业、科研院所、高校正在实施50多项国际科技合作项目。日本国际协力机构JICA、日本岛根县相关机构在河道流域管理、生态治理方面的研究和实践成果处于世界领先水平，其政府在环境保护方面形成了一套完整的做法，立法科学、执法严格，监督有力，注重信用，制度健全、措施有效。投入大量资金几十年专注改善水质和水污染环境，讲求社会、生态和环保效益，真正做到了“山绿、水清、河净”，促成了让世代受益的良好环境。2014年，宁夏回族自治区科技厅自治区下达对外科技合作项目“多段土层污水处理技术研究与示范”，引进日本多段土层污水处理应用技术，结合宁夏艾依河及其周边农村生活污水排放情况，开展多段土层处理污水技术研究。摸索适合宁夏的多段土层处理污水的土壤最佳组合配比及多段土层在冬季的最优运行方法。建设多段土层污水处理示范点1处，有效解决艾依河周边农村生活污水的处理难题，提升艾依河的生态服务功能。7.2本项目国际合作机制（1）以科研项目为依托55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告本次科研项目为依托，吸收并采纳国际合作的经验和建议，结合自身的特点，去糙取精，在指导完善本项目同时，也作为国际合作项目的案例，对其他同类项目作出一定指导和示范。（2）严格执行研究、示范工作程序按照日本专家指导，严格做好基础数据调研、实验模型构建、实体工程设计建造各环节工作，在各环节工作中，充分汲取国外先进科学技术，取长补短、为我所用。（3）分工协作、职责明确宁夏艾依河管理局：项目总体设计、实施、管理，示范工程建设、试运行、运行维护、监测、技术推广。赴日交流组织、组织日方专家考察，总结国际合作经验，按科技厅项目要求，规范管理和使用项目经费。日本国际协力机构JICA、日本岛根县土木部：组织中方专家在日交流考察，提供多段土层污水处理技术指导，落实国际合作技术交流的内容，对中方技术落实情况给予评价。宁夏大学：按照项目主持单位的设计方案，开展多段土层污水处理技术实验研究，协助主持单位编制项目研究成果资料。7.3国际合作经验和建议（1）国际合作经验①借鉴了日本的生态治理经验日本在河道流域管理、生态治理方面高度重视，科学化管理、各类环保治理技术可行。一是政府在环境保护方面有一套完整的做法、立法科学、执法严格，监督有力，注重信用，制度健全、措施有效，使违法者代价惨重。二是政府投入大量资金几十年专注改善水质和水污染环境，讲求社会、生态和环保效益，不计利润或微利，用于保护生态环境和水环境治理。真正做到了“山绿、水清、河净”，促成了让世代受益的良好环境。②为学习先进的环保理念提供了平台55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告在项目研究过程中，中日双方互有往来，在研究的技术细节上充分交流沟通，保证了研究示范质量，真正起到了国家合作项目的作用。日方人员能结合宁夏实际有针对性的讲解，提出合理化的建议；课题组以此次国际合作项目为契机，拓展了眼界、开阔了视野，为学习日本先进的环境保护理念提供了平台。从理念上注重污染从源头上治理，实际中技术学习改进，融合国际先进技术和经验，互相取长补短，促进实际技术应用与推广，是探索国际科研合作新机制的切入点。本次项目国际交流合作，从技术、理念、经验、机遇、和发展潜力等方面，都成为国际化视野人才综合培养的契机，也是为全面发展国际化视野人才的有效途径。（2）国际合作建议①扩大国际科研合作规模基于本次国际合作项目的经验，为了整合并发扬国际合作双方的优势，对于日后其他类似的项目，都可以借鉴本次国际合作的成功经验与成果，以本项目为模板，开拓国际合作的视野，追求国际科研合作的科学性、真实性、适用性，应该加大在国际科研合作项目的资金投资力度，从而增加国际科研合作项目的机会，扩大国际科研合作的规模，形成国际科研合作双方乃至多方的利益共同体，实现国际科研多方合作利益最大化。②通过改进实现技术推广本项目在国际科研合作的基础上取得了一定的成效，在艾依河流域生活污水治理示范点的实体工程，一定程度上减少了生活污水对流入艾依河流域污染。下一步工作中可对该技术进行进一步研究改进，提升处理效果并实现技术推广应用。55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告8.结论8.1多段土层处理污水实验及实体工程方案结果依据宁夏本土资源（砂土、碎石等）条件，结合实验方案选择原则，摸索出一套适合宁夏地区的最优化多段土层污水处理组合配比模型。（1）基质选择时遵循以下原则：①氮磷吸附性能高；②取材方便、成本低；③渗透性好、强度高。按照基质选取原则和常用的基质填料，筛选了碎石、炉渣、火山灰、河沙、卵石和河沙等普遍易得，处理效果较好的基质作为实验对象。（2）在土层组合实验中，主要进行两个实验：①碎石比选实验；②火山灰+河沙比选实验。实验最终结果为：碎石厚度在60cm时处理效果最佳；碎石对悬浮物和氨氮的处理效果大大优于卵石、炉灰和火山灰等土层，且不同的碎石比对悬浮物和氨氮的处理效率不同；火山灰则对CODCr和总磷处理效果更好。（3）基质组合配比最终方案为至下而上的具体布置方式是：3cm厚0.8碎石层，2cm厚0.2碎石层，3cm厚1.5碎石层，3cm厚0.5碎石层，2cm厚0.8碎石层，5cm厚0.2碎石层，6cm厚1.5碎石层，6cm厚0.5碎石层。（4）对比垂直流模型实验结果表明：垂直流模型和水平流模型对生活污水的处理效果都较好，垂直流模型对CODCr去除率稍好于水平流模型，考虑到宁夏地区土层性质、基质组合配比方案、实际操作流程和实体工程建设费用，实体工程最终选用水平流多段土层工艺建设。8.2多段土层冬季的最优运行方法根据宁夏地区原有的污水处理系统冬季运行方式和存在的问题，对多段土层生活污水处理系统的冬季运行作出以下改善：①为方便冬季运行，系统进水口分为上下两层，下层为冬季入水口，上层为夏季入水口。每年12月15日前后，打开下层入水口阀门，污水从系统下层进入处理系统，维持恒定低水位运行，防止在冬季结冻；第二年4月15日前后，关闭下层阀门，污水从上层进入系统。②55 多段土层污水处理技术研究与示范技术研究报告每年12月15日前后，割掉系统表层干草，就地铺设于系统表层，或在多段土层污水处理系统表面覆盖树叶、树枝或农用塑料薄膜进行隔离，并用土或砖石等物体压牢，防止被风吹起，减少多段土层污水处理系统热量散失，起到保温作用的同时有利于来年植物生产。第二年4月15日前后，清除上层覆盖的干草。③实现向处理系统的不间断进水，减少日均进入系统的COD总量，有机污染物在系统内达到充分消解；保持表面保温层的保温效果的同时增加了空气进入表层土层渗透层的量，增强了系统处理效果，保证了在冬季运行效果良好。8.3多段土层技术治理污水示范点的建立示范点选址在艾依河中段贺兰县洪广镇洪广营生态园，由于艾依河流域所处的地理位置和承担的“生命河”的职能，具有很高的典型性和代表性。示范点选址原因主要是艾依河流域污染程度加剧，主要由于附近农家乐污水不经处理的排放，排放污水主要来自于餐饮废水和厕所冲洗水等，有机物含量大，生化性很高。根据前期多段土层生活污水处理实验模型，对照垂直流多段土层模型实验结果，选取5格水平流多段土层进行实体工程建设，设计处理量为20m3/d。工程设计主要按照多段土层系统流程布设，主要分为：①处理系统设计；②土层填料结构设计；③工艺参数选择；④布水系统和排水系统设计。艾依河多段土层污水处理系统已经建成，经过调试运行，于2015年10月-11月对其运行处理后的水样进行送检监测，监测结果如下：SS、CODmn、NH3-N、TP的出水效果良好，SS去除率在66.6~71.43%，CODmn去除率在31.17~59.43%，NH3-N去除率在36.39~64.18%，TP去除率稳定在66.32~70.89%，TN去除率约在38.77%，可以看出工程系统实际运行效果良好，对TN的去除效果较低，可在日后运行过程中改进工艺。55'