农村生活污水处理技术与示范工程研究 4页

'理论前沿CHINAWATERRESOURCES李先宁’，吕锡武1，孔海南2，罗兴章“，李向阳4(1.东南大学;2.上海交通大学;3.南京大学;4.无锡市太湖湖泊治理有限责任公司)摘要:随着水体污染的日趋严重，农村生活污水处理已经提到日程上来，为研究适合农村生活污水处理的方法，对农村生活污水的排放特征和处理技术进行了探索，建立了“生物+生态”处理结合的组合技术，并进行了示范工程研究。结果表明三种组合技术均取得良好的处理效果，具有除磷脱氮效率较高，投资和运行费用低，维护管理方便的特点。农村生活污水处理系统应根据排放特征和环境气候条件，研究开发污水处理技术和生态农业利用相结合的方法，提高处理效率并降低运行成本。关键词:农村生活污水;生物+生态;政水充氧接触氧化;塔式蛆州生态滤池;生态土壤Researchonruralsewagetreatmenttechniquesandapplicationindemonstrationprojects//LiManning,LvXiwu,KongHainan,LuoXingzhang,LiXiangyangAbstract:Alongwithdeterioratingwaterpollution,ruralsewagetreatmenthasbeenreferredtoagenda.Toinvestigatesuitablemethodforruralsewagetreatment,itsdischargecharacteristicsandtreatmenttechniqueswereexplored.Integrationtechniquesbycombining"biology"and"ecology"methodwereestablishedbydemonstrationprojectsresearch.Resultsindicatedthatthreeintegratedtechniquesattainedhighremovalratioespeciallytophosphorusandnitrogenwithlowinvestmentandrunningexpenseconveniently.Accordingtoruralsewagedischargecharacteristicandlocalclimate,combinationofsewagetreatmenttechniquesandecologicalagricultureutilizationshouldbedevelopedtoadvanceremovalefficiencyanddecreaserunningcost.Keywords:ruralsewage;"biology"and"ecology";water-droppingaeratingcontactingbioreactor;toweranglewormbiofilter;eco-soil中图分类号:X171.4+X524文献标识码:A文章编号:1000-1123(2006)17-0019-04对探索适合太湖流域乃至全国的农为25%,TP为21%0一、研究背景与目的村生活污水处理模式，推动社会主义农户污水排放现状，新、旧两类太湖流域属我国农村经济高度新农村建设具有迫切的现实意义。居住区存在较大的差异，新居住区人发达地区，农村人口密集，排污量大，均排水量为78.01J(cap"d)，是旧居住二、农村生活污水排放特征农村生活污水排放对太湖污染的贡区的2.61倍。从污水水质上看，旧居献率中氮占35.35%,磷占59.65%。在通过资料调研、问卷以及农户定住区COD浓度较高，是新居住区1.7工业和城镇污染得到控制后，量大而点连续监测等方式，对江苏省宜兴市倍，而TN,TP浓度却低于新居住区面广的农村生活污水成为加速太湖大浦镇沿太湖农村生活污水处理示1.4和1.7倍，与新居住区相比，旧居富营养化进程的主要原因。因此，研范区14个村，进行了广泛的社会、经住区具有污水排放量小、有机物浓度究和开发投资和运行费用低、具有高济、农居分布及污水排放特征等调查高、TN,TP浓度低的特点，两者差距效除磷脱氮功能的农村生活污水处研究。根据监测资料统计，在示范区较大。产生这类差异的主要原因在于理技术，进行示范工程规模的研究，由生活污水造成的污染物贡献率TN旧居住区居民经济条件相对较差，用母画收稿日期:2006-08-01铸渔作者简介:李先宁(1964-)，男，东南大学环境工程系副教授。20基金项目:科技部863宜大专项课题.‘河网区面源污染控制成套技术”(2002AA601012)08.1719 理论前沿CHINAWATERRESOURCES水时反复使用后排放，造成有机物浓氧化、折流人工湿地组合技术”“塔式合。厌氧池担负预处理，有效降低有机度较高，同时由于旧居住区农户基本蛆酬生态滤池组合技术”及“厌氧发物浓度的功能，减少后继跌水充氧接没有使用卫生洁具，造成生活污水中酵、生态土壤及蔬菜种植组合技术”3触氧化池需氧量，并具有脱氮功能;跌粪便成分较少，TN,TP浓度偏低。新、项污水处理核心技术为中心，结合7水充氧生物接触氧化池的主要功能是旧居住区的氮、磷排放当量:新居住项辅助技术，把污水处理与农村村落去除有机物和硝化;人工湿地进一步区为2.0g/(cap"d)和0.2g/(cap-d),I日微环境生态修复、生态堤岸净化、农去除氮、磷营养物质和有机物。居住区为0.9留(cap"d)和0.1留(cap"d),田灌溉回用和景观用水需求等进行主体工艺跌水充氧接触氧化池如新居住区高于旧居住区。同时无论新了有机的结合，把在示范区复杂条件图3所示，共分5级，污水由厌氧池提旧居住区粪便流出量较少，氮、磷排下研发的针对性较强的各单项技术，升进入第一级跌水充氧接触氧化池放当量低于世界银行报告的总氮根据不同实际条件进行优化组合与后，经过出水堰和出水挡板跌落于多4.0k留(cap.d)和总磷1.0k留(cap"d),系统化，形成适合河网区农村生活污孔跌水挡板跌水充氧后，进人下一级但高于我国滇池农村地区的总氮水和初期地表径流的“生物+生态”处跌水充氧接触氧化池，完成降解污水0.4kg/(cap-d)和总磷0.46kg/(cap"d),理及综合利用技术集成系统(如图1中的有机物和硝化以及磷的无机化。表明本地区处于我国农村富裕地区，所示)。污水处理核心技术装置达到吨跌水充氧技术利用微型污水提所造成的生活污染较为严重。水投资1000元以下，运行直接费低于升泵剩余扬程，一次提升污水将势能0.2兀/to转化为动能，分级跌落，形成水幕及三、农村污水处理系统的构建水滴自然充氧，无需曝气装置，大幅四、污水处理核心技术应用根据示范区基本特征和要求，确度削减了污水生物处理能耗(日处理分析立了“因地制宜、生物生态、综合利lot规模装置，电力消耗100w)，在农用、系统集成”的农村污水综合处理1.厌氧水解、跌水充氧接触氧化、村生活污水处理中是一种首创性的理念，针对低处理成本、高氮磷去除折板潜流式人工湿地组合技术研究。在工艺选择上，采用污水厌氧要求、在示范区具有明显的冬冷夏热(1)工艺流程及特点处理降低后续跌水池的负荷，减少接气候特征等条件下，采用“生物’，和本技术主要针对相对集中、污水触氧化池的需氧量，使跌水充氧技术“生态”相结合的处理方式，可达到较中有机物相对较高的农村生活污水能够适合高浓度生活污水处理。生物高的去除效果，形成具有显著优势的处理，其处理工艺流程如图2所示。技术与生态工程的结合，解决了单纯农村生活污水处理技术途径。以开发处理工艺由厌氧池、跌水充氧接触氧依靠小型污水生物处理工艺除磷脱和研究的“厌氧水解、跌水充氧接触化池、人工湿地三个单元的集成组氮工艺复杂、建设及运行成本高的弊端，通过厌氧及好氧生物处理过程完成有机物降解及部分生物脱氮，利用人工湿地等生态工程进一步去除氮、磷污染物。(2)工程处理效果示范工程A村日处理污水规模为10t,2005年6月份污水处理系统开始启动运行。试验期间进水COD浓度波动较大，在81-694mg/L之间图1农村生活污水处理系统示意图变化，经处理后出水基本稳定在20-40mg/L之间，平均去除率为75%。在培养驯化开始至8月5日，TN去除率进水为20%-30%，随着生物膜的逐渐成熟，去除率开始显著上升，8月12日达到了85.0%，之后基本维持在80%母皿左右，平均达到76%,出水水质一直补搜保持在2mg/L左右。TP去除率的变化怕只娜图2厌叙水解、跌水充叙接触奴化、折板潜流式人工湿地组合技术工艺流程图过程与TN基本相似，虽然TP进水浓﹄720 理论前沿CHINAWATERRESOURCES度相对较低，但变化幅度较大(0.2-活污水处理的重要技术。图5为组合工艺运行过程中的12.Omg/L)，挂膜成熟后TP的出水浓(2)工程处理效果污染物去除效果，可见该组合工艺去度大部分都保持在0.5mg/L以下，平蛆蜘通过消耗和同化有机氮，直除效果较为稳定。组合工艺对COD,均为0.36mg/L，平均去除率为84%.接参与氮的循环，蛆X通过分泌、排TP,NH3-N,TN的去除率分别达到COD,TN,TP均达到或低于城镇污水泄甚至死亡直接影响氮的转化，蛆绷71%,85%,96%,75%，组合工艺对气处理厂污染物排放的一级标准的A氮排泄率是278.3-326.7tLgN岁活蛆温变化适应能力较强，冬季各污染物类标准(GB18918-2002).绷-d)，经研究发现蛆躬}同化碳的效平均去除率仅降低5%左右。跌水充氧效果是提高污染物去率为2%-15%，同化氮的效率为10%3.厌氧发酵、生态土嫂及蔬菜种除效果的关键，跌水高度0.5m，跌水-30%.植组合技术板竖向开缝缝隙为3cm，间距为5cm蛆闯主要是通过消化道、挖洞洞(1)工艺流程及特点时，跌水后DO可达6mg/L以上，具有穴、酬粪等影响土壤有机物和微生物本技术可以应用在分散农户及良好的充氧效果，可维持接触氧化池的活性。食物通过蛆叫消化道时，蛆相对集中型农村生活污水处理，该技内最低DO浓度大于2.Omg/L，满足有蛇!分泌的消化勃液增加了整体微生术以生态和生物结合的原则，开发的机物去除及硝化反应的需要。研究确物的活性，从而增加了所摄人土壤中生态土壤深度处理技术属于土地处定工艺设计参数为厌氧池水力停留有机物的分解。蛆叫在土壤中产生的理技术中地下渗滤系统的一种。在人时间30h;接触氧化池总水力停留时洞穴系统都粘着蛆州分一_F间2h，有机物负荷为0.37k岁(cap-d),泌的豁液.它们对土壤中}}「硝化液回流比为4:1;人工湿地为水力水和气的交换与迁移有!}卜负荷为0.2m3/(m"-d).非常重要的影响。在洞穴﹂2.塔式蛆叫生态滤池组合技术系统中，皮肤戮液低的尝流0.呀人(1)工艺流程及特点C/N率能够增加微生物潜流本技术主要针对相对集中型农活性，增加其呼吸和氮的来式自人村生活污水处理。在生物过滤器中引矿化率。E叫洞穴系统中厌工氨化细菌、硝化细菌和反氧湿人蛆蜘后，利用蛆叫具有增加过滤层地池通透性和清除未完全分解有机物沉硝化细菌数量明显多于淀堵塞的功能，使水的物理性过滤处非洞穴系统，硝化和反硝接触氧化池理和有机物的分解处理过程得以分化活性也明显提高10倍开进行。这两个过程的分离，大大降以上。图3跌水充叙接触权化池示意图低了处理器所需要的体积和处理所出水需要的时间，极大地提高了滤池的处虹X31生态滤池潜流式人工湿地农户污水初沉池理效率，降低了成本。污水出户后进人改造好的三格图4塔式虹蜕生态滤池组合技术工艺流程式化粪池，化粪池出水流人污水收0集管道，自流进人初沉池，经泵提升进人塔式蛆ti生态滤池处理系统90享锌(图4)。迷80该技术将生物物种蛆月引人生湘70态滤池，可有效解决充氧、反硝化碳源、土壤板结等传统生态滤池不能很60好解决的关键性技术难题。该技术水50力负荷高，耐冲击负荷的能力强，与人工湿地处理技术结合，具有较强的ll2，2SrQ2S称9、91J.气1o`2I,S,jr8气12jJ`运行日期除磷脱氮能力。整套工艺投资省，运-川卜-COD-I&-TP-ANH,NSTN行成本低，稳定性高，不需专业技术0维护，管理成本低，是适合于农村生图5塔式蛆阁生态滤池组合技术处理效果1洲.目721 理论前沿CHINAWATERRESOURCES工控制下按一定的水力负荷将污水进水砂水工厌氧发酵池生态土壤处理系统生态护坡湿地工程投配到以土壤为生态填料的工程结构中，通过土壤一微生物一植物的生图s厌叙发酵、生态土坡及蔬菜种植组合技术工艺流程态作用来达到深度处理生活污水的吟18n目的。污水中的有机污染物经分解后15o80%作为作物的肥料，从而实现污水的资︺20源化和无害化处理。谕日60%享︶90哥该系统除磷是通过土壤吸附固侧40%迷澎和定与植物吸收实现的，土壤作为磷的60聋20%一个储存库，对磷具有极大的吸附固定30能力，污水中99%的磷被吸附而存储于00%土壤中。集成工艺流程如图6所示。今s"21-"r6s愁}}Is、愁气气飞、飞飞整个系统无须曝气，没有污泥产运行日期生，无动力，基本无能耗，维护管理方便，适合于农村地区普及。整个工程一(I--进水浓度-a.一护坡湿地出水浓度，‘一‘TN去除率%采用地下结构，装置上部可以进行农图7运行期间TN去除情况作物种植或正常绿化，对周围环境影6100%响小，且耐冲击负荷能力强，除磷脱4︵锰280%氮效率高。日06D.厌享(2)工程处理效果︶哥0侧0迷本工程所在地的原状土壤—40.厌径6湘自4夜潮土为重豁土，其粒径组成中小于20.叹，0.002mm的粒子占粒子总数的38.3%‘0洲口以上，且渗透率为5.37x10"cm/s，土壤颗粒较细，渗透系数较低，难以直接,r.rss}>>89r.3`r}飞飞采用。研究使用各种材料对夜潮土进运行日期行改良，在土壤中添加各种具有强磷--o-.进水浓度-.-护坡湿地出水浓度-f-TP去除率%吸附能力、强氨氮吸附能力及能够提图8运行期间下P去除情况高系统硝化强度和渗透性的材料如粉煤灰、炭化稻壳等，使得系统具有110.7,6.Omg/L的情况下，出水平均浓维护管理方便，将污水处理和农业生良好的渗透性，同时又具有良好的脱度分别5.7,23.6,0.5mg/L.TN和TP态利用结合，实施方便，处理高效，适氮除磷能力，对于地下渗滤的改进有去除情况如图7,8所示。合在太湖农村生活污水处理中推广非常重要的作用。示范工程于2004应用。.五、研究结论年4月建成。参考文献:本集成技术的生态土壤处理部通过对农村生活污水排放特征[1]盛学良，舒金华，彭补拙等.江苏省分的BODS,TN,TP的平均去除率分和处理要求分析，建立了“生物+生太湖流域总氮、总磷排放标准研究田.别为85%,66.6%,73%，厌氧发酵池处态”处理方法。在农村生活污水处理地理科学，2002.22(4).理部分的BODS,TN,TP的平均去除中开展了以“厌氧水解、跌水充氧接[2]MetcalfeCD,MiaoXS率分别为37.5%,36.4%,34.7%，护坡触氧化、折流人工湿地组合技术”“塔KoenigBG,etal.Distributionof湿地工程处理部分对TN和TP的去式蛆绷生态滤池组合技术”及“厌氧acidicandneutralsurface除率平均为40%和73%。以上三部分发酵、生态土壤及蔬菜种植组合技watersnearsewageplants组成的集成技术的示范工程总的术”为核心技术的一系列示范工程研inthelowerGreatLakes,Canada田.丹画BODS,TN和TP去除率分别为96%,究，结果表明三种工艺均能取得良好ToxieologyAnd关丝78.6%和91.9%以上，在进水BODS,的有机物降解和除磷脱氮效果。工艺Chemistry,2003.22(12).2006TN,TP的平均浓度分别为151.0,简单，能耗较低，投资和运行费用低，责任编辑李计初.一722'