摘要：介绍了“厌氧预处理+潜流式人工湿地”工艺原理及在处理农村生活污水工程中的应用。运行结果表明，该工艺投资少、处理效果好、操作简单、维护成本低。系统对COD、BOD5、SS、NH4+-N的平均去除率分别达到67.2%、87.0%、90.4%和80.2%，出水水质达到《污水综合排放标准》(-1996)一级标准。

关键词：潜流式人工湿地；厌氧预处理；农村生活污水；节能

前言

人工湿地作为一种生态水处理技术，目前已在各种污水处理场合发挥重要作用[1]。人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，将污水、污泥有控制的投配到经人工建造的湿地上，污水与污泥在沿一定方向流动的过程中，主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理的一种技术。其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物的作用。

人工湿地自然条件下的生物处理法不但费用低廉、运用管理简便，而且对难生化降解有机物、氮磷营养物和细菌的去除率略高于常规二级处理，达到部分三级处理的效果，而其基建费用和处理成本分别只为二级处理厂的1/5至1/3和1/20至1/10。此外，在一定条件下，自然处理法还可获得除害兴利、一举两得的效果。所以，近十多年来，这类古老的废水处理技术又恢复了生机，并在国内外得到迅速发展。

1工程概况

丹江口市西部某村 ，辖6个村民小组、16个自然村落、355户、1436人。目前，该村基础设施建设严重滞后，污水、垃圾基本上是随意排放，未得到有效处理，严重影响村庄环境及人民群众身体健康，也直接影响了丹江口水库水环境质量。

1.1设计水量

该村污水主要来源为村民的生活污水，生活污水由各家各户排出，雨污分流，经排水管收集后汇入污水处理站。目前，该村污水管网不完善，且居民居住相对分散，本次先行实施建设2km污水管网，配套建设污水处理站处理能力按100 m3/d。

1.2设计进、出水水质

按照国家和地方环保部门的规定，本工程设计外排出水适用的标准为《污水综合排放标准》(-1996)一级标准，排放水的水污染物基本控制项目最高允许排放浓度中部分主要指标标准见表1：

表1 进、出水水质设计指标(mg/L)

2 人工湿地去除机理及工艺流程

2.1 人工湿地去除机理

2.1.1人工湿地对SS的去除

污水中可沉降的SS主要依靠湿地系统中物理沉降作用去除。由于湿地中水的流动极其缓慢，水浅，加上植物茎杆的阻挡作用，SS在进水口几米内能有效地去除。工程实际表明，所有的固体物在系统最初的20%面积处得到去除。胶体状的SS主要依靠微生物的作用、填料渗滤作用去除。

2.1.2人工湿地对有机物的去除

人工湿地对有机物有着较强的降解能力，污水中的不溶有机物通过湿地的沉淀、过滤作用，可以很快地被截留而被微生物利用，而污水中的可溶有机物则可通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程被分解去除，因此湿地床对有机物的去除作用是物理的截留沉淀和生物的吸收降解共同作用的结果。反应过程中主要氧源来自水面复氧和植物向根区的过量氧传导。湿地系统对BOD5的去除可达80%以上[2]。

2.1.3人工湿地对氮的去除

氮是植物生长不可缺少的一种元素，污水中的无机氮通常包括NH3－N和NO3－N，它们均可以被湿地中植物吸收。合成植物蛋白质，最终通过植物的收割从湿地中得到去除。另外，人工湿地中的填料也可通过一些物理和化学的途径如吸收、吸附、过滤、离子交换等去除一部分污水中的氮[3、4] 。

但是，湿地系统中氮的去除是主要的还是通过湿地中微生物的硝化和反硝化作用。人工湿地中种植的水生物植物的重要功能之一就是将氧气从上部输送至植物根部，从而在植物根区附近形成一个好氧环境，而随着离根系距离的逐渐增大，湿地中依次出现缺氧、厌氧状态。这样的条件有利于硝化菌和反硝化菌的生长。为硝化反应和反硝化反应的进行提供了条件[3、4]。

2.1.4人工湿地对磷的去除

污水中磷的存在形态取决于污水中磷的类型。最常见的有磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷酸盐等。人工湿地对磷的却除是通过植物的吸收、微生物的去除作用和填料的吸收过滤等几方面的作用共同完成的。

磷和氮一样，都是植物的必需元素，污水中的无机磷在植物的吸收和同化作用下被合成ATP等有机成分，通过收割而从系统中去除。微生物对磷的去除作用包括微生物对磷的正常吸收和过量积累，湿地中某些细菌种类因从污水中吸收超过其生长所需的磷，而微生物细胞的内含物储存过量积累，可通过对湿地床的定期更换而将其从系统中去除。

2.2 工艺流程

村庄内的生活污水经管网收集进入经格栅后进入污水调节池，由水泵提升进入预处理厌氧池，污水经预处理厌氧池处理后，经出水池排出清液进入潜流式湿地，潜流式湿地出水就近达标排放或用于村庄的农田灌溉，处理系统的格栅将产生少量栅渣，栅渣定期清理，由业主人工运送至垃圾处理池。污水处理工艺流程见图1

图1 污水处理工艺流程

3主要构筑物

3.1.1 格栅池

格栅是用来去除可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗大悬浮物，并保证后续处理设施能正常运行。

设计数量：1座；

设计尺寸：L×W×H=1.0m×1.2m×1.0m；

3.1.2 调节池

为了使管渠和构筑物正常工作，不受废水高峰流量或浓度变化的影响，根据室外排水设计规范需在废水处理设施之前设置调节池。

设计数量：1座；

设计尺寸：L×W×H=4.0m×4.0m×4.0m,有效水深为3.5m；超高为0.5m。

3.1.3 预处理厌氧池

为确保人工湿地生态系统的稳定性，增加湿地处理的寿命及处理能力，一般都要增加预处理及后处理设施。预处理可以防止污水在贮存、输送过程中发生臭气，防止未处理的污水污染土壤及地下水或污染植物。这些预处理设施与人工湿地可以有不同的组合以达到不同的去除目的。

在本工程中针对污水的水质特点，选择厌氧工艺来处理污水。在此工序中污水中的部分有机污染物将被除去，为后序工艺，即人工湿地的高效处理作好准备。厌氧系统停留时间为18小时，设计其有效容积为75立方。且为增加预处理系统的处理效果，采用封闭式池体。

设计数量：1座。

设计尺寸：L×W×H=10.0m×3.0m×3.0m；有效水深为2.5m；超高为0.5m。

3.1.4 出水池

为保证后续人工湿地的正常、有效的运行，并实现水质水量的调节再分配，实现系统的均匀的配水，因此在预处理系统后设置出水池真人百家家乐app，以提高系统的可靠性的运行效率。

设计数量：1座；

设计尺寸：L×W×H=1.2m×1.0m×1.2m；有效水深为0.8m；超高为0.4m。

3.1.12 潜流式人工湿地

功能：利用人工湿地对有机污染物的去除机理，进一步去除污水中的污染物。

设计参数：

面积：400m2。

长宽比：（1～5）：1；

深度： 1.0m

尺寸：L×B×H=20m×20m×1m

湿地植物:香蒲、美人蕉、灯心草等

基质为砾石均匀级配，粒径约为30-50mm；水力负荷：≥50cm/d

4 工程

造价

该工程总占地面积425m2,工程总投资费用=.00元。其中土建费用为.00元，工艺设备安装投资约.00元。污水处理站总安装功率0.55kW，当地电费按0.7元/度，则电费为：6.34元/日。

5 运行效果

该工程运行初期，因预处理工段效果尚不明显，为减少潜流式人工湿地的负荷，采用对预处理池出水进行回流，以加大预处理工序的进水，增加对池中填料及污泥的扰动，并3次投加化粪池污泥，以缩短预处理工序的生化培养时间、增强系统的抗冲击能力。经过25天的培养驯化调试，预处理池填料上附着生物膜，出水池中出水有成熟的生物膜脱落，系统进入稳定运行阶段，出水水质达到设计要求，对COD、BOD5、SS、NH4+-N的平均去除率分别达到67.2%、87.0%、90.4%和80.2%。该工程于2010年4月通过环保局验收，并一直稳定运行至今，5月23日-5月25日的实际运行数据见表2。

表2 实际运行结果

6 结论

采用“厌氧预处理+潜流式人工湿地”工艺处理农村生活污水，系统对COD、BOD5、SS、NH4+-N的平均去除率分别达到67.2%、87.0%、90.4%和80.2%，出水水质达到《污水综合排放标准》(-1996)一级标准。

该工艺因地制宜，采用“厌氧预处理+潜流式人工湿地”工艺处理农村生活污水，使投资成本大幅下降，运行费用低廉，对农村周边环境有较大改善，对新农村建设农村生活污水治理过程中有较好的参考意义。

参考文献：

[1]李涛，周律，武红功，陈志文，韩哲，姜萍.水平垂直流湿地处理生活污水示范工程研究[J].中国给水排水，2010，26（11）：88-91.

[2] 叶建锋，徐祖信，李怀正.垂直潜流人工湿地中有机物去除动态规律研究 [J]. 环境科学，2008，29（8）：2166 - 2171.

[3] 王世和.人工湿地污水处理理论与技术 [M]. 科学出版社，2007.

[4] 尹军，崔玉波.人工湿地污水处理技术 [M]. 北京：化学工业出版社，2006. (作者: 施昌平 肖磊 张兴尔 何晓晶)

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水平潜流人工湿地处理农村生活污水课程设计

水平潜流人工湿地处理农村生活污水设计方案

1.前言

1.1我国农村生活污水环境污染现状

我国是农业大国、人口大国，根据2009年统计资料显示，到2009年底我国城镇人口为62186万人，而乡村人口数为71288万人，随着我国经济快速发展及十二五规划的实施，农村地区生活水平不断提高，但与城市相比，人口多，底子薄、基础差，环境安全隐患与问题将更为突出，尤其是农村生活污水引起的环境污染问题也将日益严重。农村生活污水主要为冲厕污水和洗衣、洗米、洗菜、洗澡废水。污水中主要是生活废料和人的排泄物，因其含有大量的营养盐及细菌、病毒，容易造成地表水及地下水的污染⋯。随着农村生活水平的不断提高，新农村建设的推进，农村生活污水的排放量逐渐增加。若污水不经任何处理就直接排放，极易导致一些流行性疾病的发生与传播，影响村民居住环境和农民的身体健康，并势必对农村水源和环境造成严重污染，引起包括水华现象在内的水质恶化等诸多环境问题。据估算，农村环境问题每年造成的经济(​http:​\/​​\/​.​\/​​\/​​)损失已超过千亿元。因此，改善农村生活污水未经处理直接排放的现状已迫在眉睫。

1.2我国农村生活污水基本特征

农村人口居住分散，水量相对较少，相应地产生的生活污水量也较小。居民生活规律相近，导致农村生活污水排放量早晚比白天大，夜问排水量小，甚至可能断流，水量变化明显，即无水排放呈不连续状态，具有变化幅度大的特点。大部分农村生活污水的性质相差不大，水中基本上不含有重金属和有毒有害物质，含一定量的氮、磷，水质波动大，可生化性强。

由于大部分村庄分散的地理分布特征造成污水分散，需大量投资铺设管道集中收集，针对农村财力状况薄弱和农民实际承受能力低的情况，可以选择投资少、简便易行、运行稳定和维护管理方便的人工湿地处理技术。

1.3人工湿地的净化机理

对SS：湿地系统成熟后，填料表面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，大量的SS被填料和植物根系阻挡截留。

对有机物：有机污染物通过生物膜的吸收、同化及异化作用而被除去。

对N、P：湿地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出现好氧、缺氧、厌氧状态，保证了废水中的氮磷不仅能通过植物和微生物作为营养吸收，而且还可以通过硝化、反硝化作用将其除去，最后湿地系统更换填料或收割栽种植物将污染物最终除去。

1.4水平潜流人工湿地

2.出水设计

本设计方案以福建某农村生活污水作为治理对象，根据福建省住房和城乡建设厅发布的《福建省农村生活污水处理技术指南》可得：

福建农村居民生活污水水质参考值（单位：）

6.5-8.0150--45050-30010-502.0-6.5

本设计方案的进水水质为：（单位：）

6.5-8.02.5

居民总用水量根据《福建省农村生活污水处理技术指南》本设计方案取90，排水量按总用水量60%-90%算，按总用水量的80%算即70。本设计方案处理的是十户型的农村生活污水，故该该工艺的进水流量Q为3.6。

3.处理工艺

本设计方案采取的处理工艺厌氧——水平潜流人工湿地进行污水处理，污水处理工艺流程图如图1。

图1工艺流程

4.设计出水

根据洪荷芳，胡奕等人研究的《人工湿地系统处理生活污水工艺的改进》的这一论文得出采取厌氧——水平潜流人工湿地这一处理工艺处理水质相差不大的农村生活污水出水水质可达-2002一级B标准。故该设计方案的取得出水水质为：

6.5-8.0≤20≤60≤20≤15≤1.5

5.水平潜流工湿地系统进水

由于本设计方案只详细设计人工湿地，故前处理设备的参数设计不做详细设计，只要求前处理工艺处理水质能达水平潜流人工湿地系统进水水质。根据《国家环保部人工湿地污水处理技术规范》可取水平潜流人工湿地系统进水水质为：

6.5-8.

6.参数设计

6.1湿地系统设计

6.1.1湿地面积

式中As——湿地表面积；

——进水BOD（mg/l）；

——出水BOD（mg/l）；

Q——平均流量（m3/d）；

——与温度相关的速率常数，＝1.014×（1.06）（T－20），T取20则；

d——介质床深度，根据《国家环保部人工湿地污水处理技术规范》可取0.7m；

——介质的孔隙率，一般从10－40％不等，本设计方案取38%。

代入数据得：

6.1.2水力坡度

根据《国家环保部人工湿地污水处理技术规范》，本设计方案的水力坡度取0.67%。

6.1.3长宽比

根据《国家环保部人工湿地污水处理技术规范》，本设计方案的长宽比取2：1。则本设计方案人工湿地的宽W为3.04m真人百家家乐app，长L为6.08m。

6.1.4水力停留时间

式中t——水力停留时间（d）；

V——池子的容积（）；

——湿地孔隙率，湿地中填料的空隙所占池子容积的比值，本设计方案取38%；

Q——平均流量（m3/d）。

代入数据得：

6.1.5水力负荷

式中HLR——水力负荷（）；

Q——平均流量（m3/d）；

As——湿地表面积。

代入数据得

6.2配水，出水系统设计

为了均匀布水、控制湿地内部的水位和收集处理后的出水，人工湿地需要进、出水控制装置。

6.2.1进水分配系统

本设计方案采取T形管来改善进水水流的均匀分配，如图3。

图3

6.2.2出水收集系统与控制结构

水平潜流湿地出水控制的有限方法是沿着整个湿地的下游宽度把狭槽带或多孔管埋在粗砾石床里。床体的水位可以很容易的通过连接在出水口管上的旋转型抬升管控制（如图4、5）。

图4

图5

7.基质的选择

7.1进出水配水区基质

进水配水区和出水集水区的填料一般采用60——100mm粒径的砾石，分布于整个床宽，进出水口应填充粒径较大的砾石防止堵塞。

7.2处理区基质

碎石粒径直接影响到床体的介质孔隙率和作物的生长条件，由（人工湿地设计中的水力学问题研究，胡康萍，1991）可知平均碎石粒径与孔隙率一般有如下关系:

本方案的孔隙率取38%，代入数据得

解得=12mm。

本方案的湿地床由三层组成表层土壤层、中层砾石、下层小豆石(碎石)，钙含量在2~2.5kg/100kg为好；土壤层0.2m，砾石层铺设厚度0.25m。下层铺设厚度0.25m，总厚度0.7m，人工湿地填料主要组成、厚度及粒径分布见表：人工湿地填料分析表1

填料层水平潜流湿地

土壤层石英砂+含钙量2.5kg/100kg的混合土，厚0.2m，粒径4—8mm

中间层砾石，厚0.25m，粒径10——12mm

底层碎石，厚0.25m，粒径10——12mm

表1

整个水平潜流湿地系统的结构大致如图6

图6

8.植物的选择

根据郭杏妹等人于《三种人工湿地植物处理农村污水的净化效果》得出菖蒲、再力花、梭鱼草3种植物在生活污水处理中都有较好的去污效果，尤其是菖蒲去污效果最为理想，具有明显的优势，可以成为生活污水处理的首选植物。将菖蒲运用到广州市荔城镇群爱村生活污水处理的实例中检验，人工湿地选择单一的菖蒲，种植密度选6，结果CODcr、TP、、SS、BOD ，动植物油6项指标全部达到广东省《水污染物排放限值》(D1344／26—2001)(第二时段)一级标准。

本方案选用福建地区存在的菖蒲和再力花两种植物交替种植，种植密度为,冬季选栽石菖蒲和麦冬这两种周年常绿的植物，以提高冬季植物的覆盖度，以增强人工湿地的净化能力，同时也增加人工湿地的景观效果。

9.出水回用

根据洪荷芳，胡奕等人研究的《人工湿地系统处理生活污水工艺的改进》的这一论文得出采取厌氧——水平潜流人工湿地这一处理工艺处理水质相差不大的农村生活污水出水水质可达-2002一级B标准。本方案的出水用于Ⅲ类水渔业用水回用。

参考文献

[1]洪何芳,胡奕,周晓燕，等.人工湿地系统处理生活污水工艺的改进[J],工业用水与废水,2011,42(6),87-88.

[2]王红强,朱焚杰,张烈宇,等.人工湿地工艺在农村生活污水处理中的应用[J],安徽农业科学,2011,39(22),13688-13690.

[3]马海灵,农村生活污水处理技术分析[J],2011

[4]郭杏妹,刘素娥,张秋云,等.三种人工湿地植物处理农村生活污水的净化效果[J],华南师范大学学报(自然科学版),2010,1(1)10-109.

[5]胡康萍,人工湿地设计中的水力学问题研究[J],环境科学研究,1991,4(6),8-11.

[6]国家环保部人工湿地污水处理技术规范,HJ，2005-2010

[7]福建省农村生活污水处理技术指南，2011，6

格栅池

观察井

出水

人工湿地

污水

厌氧池

污泥

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