（农业生物环境与能源工程专业论文）单户住宅污水生态处理系统设备化的研究.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得沈阳农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名：焦岛丕吹时间：7 咖7 年g 月，午日 、 导师签名：函1k 气， 时间： 7 年f 月i u 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解沈阳农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复南4 手 段保存、汇编学位论文。同意沈阳农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名：鲐吞唆时间：洌7 年月r 日 导师签名： 翮k 弘 时间：卵年月彪日 沈阳农业大学硕士学位论文 摘要 随着我国旅游业及房地产业的发展，大批旅游景点、高级宾馆及单户住宅兴建起来， 特别是一些单户住宅由于缺少通向污水处理厂的下水管道，导致大量的生活污水直接排 放到建筑物周围或附近的河道，给居住环境和水环境造成了严重的污染，甚至威胁到当 地水源的安全。因此，必须采取工程措施来解决此类分散型的水污染。 如果采用集中方式处理单户住宅生活污水，需要铺设大量的管道，工作量大、投资 多、见效慢，难以在短期内交付使用，在经济上会造成很大的浪费。有资料表明，污水 收集、输送系统的投资在排水系统总投资中约占6 0 一7 0 。而采用传统的化粪池处理后 就近排放，处理的效果也远远无法满足城市污水的排放要求。因此市场迫切需要有一种 见效快且又易实旌的污水处理方式来解决现有污水处理的矛盾。 本文以沈阳地区三口之家的单户住宅为例，将传统污水处理设施设备化。设计了适 应处理分散型污染的单户住宅污水生态处理设备，并对其进行了试验研究。该设备由预 处理生物净化槽和后续处理潜流人工湿地两部分耦合而成，充分利用了基质一植物微 生物系统的净化能力对单户住宅的污水迸行净化。无需动力，各部分采用预制构件，在 工厂加工后现场安装，施工简单、造价低廉、操作管理方便、景观效果好。通过试验研 究发现，在初期冬季日进污水量为1 0 0 i d 的条件下，其净化效果表明：当c o d 、n h 4 + - n ， t p 、b o d 、s s 进水浓度分别在1 1 3 6 8m g l 2 4 5 7 6 m g l 、4 8 6m g l 2 5 5 0 m g l 、 1 8 9 m g l 1 2 1 0m g l 、9 0 1 2 1 4 5 3 4m g l 、1 1 5 1 8 0m g l 范围内变化时，c o d 、 n 风+ n 、口去除率随着浓度的增加而变大，相应的去除率为8 5 8 5 、5 9 7 1 、6 3 8 5 ：。 经过处理后回水可用于居民绿化、景观水等，既节约了用水又美化了周围的环境。 关键词：单户住宅；污水；生态处理；设备化；研究 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft o u r i s ma n dt h er e a le s t a t ei n d u s t r yi no u rc o u n t f y , l a r g eq u a n t i f i e so fs c e n i c s i t e s t h eh i g h - q u a l i t yg u e s t h o u s e sa n dt h es i n g l er e s i d e n c e sh a v eb e e nb u i l ts p e c i a l l ys o m es i n g l e r e s i d e n c el a c k so fs e m p i p e st ot h es e w a g et r e a t m e n tp l a n t s w h i c hc a u s c st h em a s s i v ed o m e s t i cs e w a g e d i s c h a r g e st ot h ea r o u n do ft h eb u i l d i n go rn e a r b yr i v e rd i r e c t i y t h es e w a g eh a sc a u s e d t h es e r i o u s p o l l u t i o nt 0t h el o c a le n v i r o n m e n ta n dt h ew a t e re n v i r o n m e n t ，e v e nt h r e a t e n st h es a f e t yo ft h el o c a lw a t e r s o m c e t h e r e f o r e w em u s tt a k et h ep r o j e c te a e s s u r et os o l v et h i sk i n do fd i s p e r s i v ew a t e rp o l l u t i o n a d o p t sc e n t r a l i z e dm e t h o dt ot r e a t m e n tt h es e w a g ef r o mt h es i n g l er e s i d e n c e i tn e e d s t o p a v eal o to fp i p e l i n e s ，t h e w o r kl o a di sv e r yb i g , t h ei n v e s t m e n ti su n e c o n o m i c a l ，e f f e c t i v e e f f e c t i v ei ss l o w , w h i c hl e a dt oc a n tu s ei nas h o r tt i m e w h a t sm o t e i tc a na l s ob ew a s t ea 1 0 to fm o n e yi nt h ee c o n o m y s o m ed a t e ss h o w e dt h a t t h ei n v e s t m e n to fs e w a g ec o l l e c t i o n a n dt r a n s p o r t a t i o ns y s t e ma c c o u n tf o rt h es y s t e mt o t a li n v e s t m e n ti sa b o u t6 0 7 0 i f a d o p t st h et r a d i t i o n a ls e p t i ct a n kt ot r e a tt h es e w a g eo ns i t e t h er e m o v a le f f i c i e n c yi sf a r f r o mt om e e tt h er e q u e s to ft h ec i t yd r a i n a g e t h e r e f o r e ，t h em a r k e t u r g e n tn e e d st o h a v ea ns e w a g et r e a t m e n tw h i c hi sn o to n l yt a k e se f f e c tq u i c k l yb u ta l s o a c t u a l i z e se a s i l yt os o l v et h ec o n t r a d i c t i o n t h i sp a p e rt a k e sas i n g l er e s i d e n c e t w h i c hh a st h r e ep e o p l ef o re x a m p l e ，m o d i f i c a t i o n o ft h et r a d i t i o n a lc o n s t r u c t i o no fs e w a g et r e a t m e n tf a c i l i t y 勰a ne q u i p m e n t d e s i g n e da l l e c o - t r e a t m e n t e q u i p m e n t f o r s i n g l e r e s i d e n c et h a ta d o p t e dt h e d i s p e r s e dd o m e s t i c s e w a g e , t h e na ne x p e r i m e n tw a ss t u d i e do ni t t h i se q u i p m e n ti sc o u p l e db yb i o l o g i c a l p u r i f i c a t i o nt a n ka n ds u b s u r f a c ef l o wc o n s t r u c t e dw e t l a n d , w h i c ht r e a tt h es i n g l er e s i d e n c e s e w a g em a k ef u l lu s eo fp a d d i n g , p l a n ta n dt h ea n i m a l c u l eo ft h es y s t e m i td o e s n tn e e d p o w e ra n da d o p t sp r e f a b r i c a t e dc o m p o n e n t s s c e n ea s s e m b l e sa f t e rt a k ef r o mt h ef a c t o r y i t h a st h ea d v a n t a g e so f s i m p l ef a c i l i t i e s ，e c o n o m i ci n v e s t m e n t ，c o n v e n i e n to p e r a t i o na n d b e t t e r e f f e c to fs i g h t p u r i f i c a t i o ne f f i c i e n c ys t u d yo ni tu n d e rc o n d i t i o nt h a td a i l yi n f l u e n ts e w a g e q u a n t i t yw a si o o li n w i n t e r t h er e s u l ts h o w e dt h a t ，i nt h er a n g eo fi n f l u e n ts e w a g e c o n c e n t r a t i o n sw h i c hw e r e1 1 3 6 8m 班2 4 5 7 6 m g l , 4 8 6m g 几 2 5 5 0 m g l , 1 8 9 m g l 2 沈阳农业大学硕士学位论文 1 2 1 0m “9 0 1 2 1 4 5 3 4m g l 、1 1 5 1 8 0m 班t h er e m o v a le f f i c i e n c yo fc o d ， n h 4 + - n 、t p 、b o da n ds si n c r e a s e da st h ei n c r e a s i n go fi n f l u e n ts e w a g ec o n c e n t r a t i o n t h e c o r r e s p o n d i n gr e m o v a l r a t e sw e r e8 5 8 5 ，5 9 7 1 ，6 3 8 5 ，9 0 9 4 ，9 2 9 6 t h es e w a g e c a nb eu s e df o rv i r a s c e n c e ，o ru s e da st h es i g h tw a t e r t h et r e a t e ds e w a g ec a na l s os a v ew a t e r a n dm a k et h ee n v i r o n m e n tb e a u t i f u l k e yw o r d s ：s i n g l er e s i d e n c e ；s e w a g e ；e c o - t r e a t m e n t ；s t a n d a r d i z a t i o n ；s t u d y 3 第一章前言 1 1 我国水资源现状 第一章前言 水是人类赖以生存和发展的基本条件，它对于人类文明和进步起着至关重要的作 用。随着世界人口的不断增长和工农业的迅速发展，人类对水资源的需求量日益增加。 由于水资源利用与分布的不平衡，水资源的不合理开发及浪费，导致我国的水资源环境 问题严重( 孙铁珩等，2 0 0 6 ) 。近年来世界许多科学家们都警告说。由于全球人口的爆 炸性增长，因争夺水资源而导致战争的危险性在增加，已被5 0 个国家的科学家列为本世 纪最棘手的两大问题之一( 另一个是气候变化问题) ( 刘晋联等，2 0 0 6 ) 。 1 1 1 水资源总量大，人均占有量少 我国水资源总量为2 8 1 亿立方米，在世界上仅次于巴西、前苏联、加拿大、美国和 印尼而居第6 位。绝对量虽算丰富，但由于人口多，人均水资源占有量却大大低于世界 平均水平，仅列世界第8 8 位。人均占有量不足2 2 0 0 m 3 ，为世界人均占有量的1 4 ；日本 的1 2 ；美国的1 5 ；印尼及前苏联的1 7 ；加拿大的1 5 0 。每亩占有水量是巴西的1 6 8 ： 日本的2 1 3 ；加拿大的3 7 7 ；印尼的1 3 6 ( 张天琳，2 0 0 3 ) 。按照国际标准，人均水 资源1 0 0 0 立方米为人类生存起码需求，人均水资源量在2 0 0 0 立方米就处于严重缺水边 缘。以这个标准来衡量，我国目前有6 个省区( 宁夏、河北、山东、河南、山西、江苏) 人均水资源量尚不足5 0 0 立方米，离起码生存需求都相距甚远。此外，1 6 个省区人均低于 2 0 0 0 立方米，也就是说我国至少有一半省份处于缺水状态( 贾雪霜，2 0 0 1 ) 。到下世纪中 叶，按1 6 亿人c 1 计，我国人均水资源量将比现在降低l 鳓约为1 7 5 5 m 3 。淡水资源短缺的 形势将更加严峻( 贾雪霜等，2 0 0 0 ) 。目前，我国已被联合国列为1 3 个贫水国之一( 王烨 等，2 0 0 2 ) 1 1 2 水资源时空地区分布不均，与地资源不匹配 我国的水资源地区分布极不平衡，导致许多地区出现资源短缺的现象。东部地区水 资源丰富，而西北地区水资源严重不足。水资源南北差异也较大，北方地区水资源贫乏， 北方人均水资源拥有量仅为南方的1 5 ，相当于世晃平均水平的1 0 。南丰北欠，东多西 4 沈阳农业大学硕士学位论文 少的水资源空间分布格局，旱涝不均的变化同人1 ：3 与经济发展格局不相匹配。长江以南 8 1 的水资源养活着总人口的5 5 ，而长江以北的1 4 的水资源却养活着总人口豹4 3 ( 陈梦筱，2 0 0 6 ) 。 水资源在时间上的分布亦十分不均，受夏季风气候影响，我国降水量年内分配极不 均匀，降水过分集中，一般地区每年汛期( 一般3 4 个月) 降水量占全年的7 0 左右，大 部分水量形成洪水径流而流失，防洪任务艰巨。同时，北方干旱地区年蒸发量约1 5 0 0 2 0 0 0 m m ，远远超过降水量( 袁家博，1 9 9 9 ) 。 到2 0 1 0 年，我国年缺水量将达到1 0 0 0 x1 0 8 m 3 。n 2 0 3 0 年，我国人均水资源将减少 至1 j 1 7 6 0m 3 ，缺水约达4 0 0 x 1 0 8 m 3 5 0 0 x 1 0 8 m 3 ( 许群等，2 0 0 4 ) 。我1 蚕6 0 0 多座城市中 有拍出现供水不足，1 6 严重缺水，年缺水量达6 0 1 0 8 m 3 。在农村，缺水现象更加严重， 8 亿人口中就有3 6 亿喝不上符合卫生标准的水，饮水问题已经威胁到了农民们的健康； 同时，数千万头的牲畜也面临缺水，耕地灌溉得不到有效保障，直接损失就是粮食减产 ( 武文慧，2 0 0 5 ) 。据估计，每年因为缺水而导致减产的粮食达数百亿公斤( 安福仁，2 0 0 4 ) 。 1 1 3 水污染现象严重 水污染是人为与自然双重因素所引起的水资源领域的特殊灾害，使得水资源匮乏的 形势更加严峻。随着经济建设的高速发展，人口不断增加，特别是城市人口急剧膨胀， 全国的污废水排放量快速增长。除部分内陆河流和大型水库外，我国水域普遍受到不同 程度的污染，并呈上升趋势。目前，全国约有1 3 以上的工业废水和9 1 0 以上的生活污水 未经处理就直接排人水域，引起大面积水体污染，造成水环境恶化。据国家环境监测中 心监测结果表明，1 9 9 5 年全国七大水系和内陆河流例行监测的1 1 0 + 国家控制重点河段 中，水质低于地面水环境质量标准三类水质的河段已占3 9 ，其中淮河、海河、辽 河和松花江水系污染严重，巢湖、滇池、太湖和一些湖泊里富营养状态，除陆地水域外， 近海海域水质恶化日益明显。 总体面言，当下我国水资源的主要隐患为：水多、水少、水脏，即南方汛期水多成 灾，北方水少干旱，水资源污染严重。这已成为中华民族的三大心腹之患和生态环境的严 重威胁，已成为我国经济发展的重要制约因素( 马莉娟，2 0 0 2 ) 。 5 第一章前言 1 2 国内外污水资源化的现状及意义 水是一种可再生自然资源，长期以来水资源一直按“开采利用污水排放”的使 用方式，水资源最后以排放的目的消耗掉。在水资源日益短缺的今天，污水资源化是水 资源短缺的很好途径。 所谓污水资源化，即将污水视为一种资源，通过各种处理技术，使其净化达到某种 用水标准，从而实现大部分净化水的循环再利用，同时减少污水排放对环境造成的不良 影响的这样一个过程。在解决水资源短缺的对策中，应当将节水和污水资源化放到首位。 通过节水，可以减少不必要的浪费，通过实施污水资源化，实现水资源的重复利用，从 而缓解水资源紧张问题。污水资源化是是解决水资源短缺的很好途径也是解决我国水资 源短缺的必由之路。将污水处理后回用，将大大解决水资源的短缺问题，相当于开辟了 一个新水源。 1 2 1 国外污水资源化现状 在国外，城市污水资源化的工作已经开展了很多年，并且取得了非常好的效果，在 很多国家，经处理后的污水作为一种替代性的水资源，已经成为城市水资源的重要组成 部分。以污水资源化水平较高的以色列为例，目前其城市污水再生利用率己经达到9 0 以上( 王玲，2 0 0 6 ) 。 日本从2 0 世纪6 0 年代起致力于研究和推广城市污水回用技术，其经济复兴就是靠污 水回用解决了水的需求矛盾。日本城市的高层大楼都采用中水道技术，实行双管供水系 统，利用再生水冲刷厕所、浇灌绿地或冲洗汽车等，获得显著成效。据报道，t 9 9 0 年日 本以东京为主在全国建立了1 3 6 9 座中水工程，回用量为2 2 8 万m 3 ，达到生活用水量的 o 6 ( 鲍孝荣，2 0 0 5 ) 。 美国也是世界上最早进行废水资源化的国家之一，自2 0 世纪7 0 年代初开始大规模 建设污水处理厂以来，废水资源化得到了不断发展。2 0 世纪初，已有3 5 7 个城市回用污 水。全国城市污水回用总量约为9 4 亿m 3 a ；其中6 0 为灌溉用水，6 0 为工业用水。1 9 9 2 年美国国家环保局在水再生利用导则中列举了大量的示范工程，并制定了相应的政策、 法规和标准，以便更好地推广废水资源化技术( 籍国东等，1 9 9 9 ) 。 除日本和美国外，俄罗斯、西欧各国、以色列、印度、南非和纳米比亚的污水回用 6 沈阳农业大学硕士学位论文 事业也很普遍。莫斯科市东南区有3 6 家工厂用污水总量达2 万m 3 g 。以色列回用的再生 城市污水，每年在2 0 亿m 3 3 5 亿m 3 2 _ 间。南非和纳米比亚等国甚至建起了饮用再生水 制造工厂在南非的某些城市，建立了大规模的废水再生工厂，约翰内斯堡每天有9 4 万m 3 饮用水来自再生水工厂；并且供水事务部推荐，回用水应当稀释，并与新鲜水以体 积不小于1 ：4 的比饲充分混合，这个混合比应该始终适当地保持恒定，以防止水质和水味 变化。纳米比亚于1 9 6 8 f f - 建起了世界上第一个再生饮用水工厂，日产水6 2 0 0 m 3 ，水质达 到世界卫生组织和美国环保局公布的标准( 王国贤等) 。 1 2 2 国内污水资源化现状 我国对污水资源化的研究始于2 0 世纪5 0 9 代的污水灌溉，但真正将污水经深度处理 后回用于城市生活和工农业生产仅有2 0 年的历史。率先采用污水回用的是大楼污水的再 利用，随着社会经济的发展和人们环境意识的不断提高，污水回用逐渐扩展到缺水城市 的许多行业。虽然国家。七五”、“八五”、“九五”都将其列入了攻关课题，积累了多年 实践经验并有了一定的科学理论研究成果，但由于资金、体制、技术等原因，污水资源 化在全国并没有形成气候，有规模有效益的工程项目非常少。8 0 年代末，随着我国大部 分城市水危机的频频出现和污水回用技术趋于成熟，污水回用的研究与实践才得以迅速 发展。 目前，我国许多城市开展了污水资源化实践，建设了一批污水资源化工程，污水资 源化途径主要是市政用水、生活杂用水和工业用水。在北京，1 9 8 6 年后凡新建建筑面积 在2 x1 0 4 m 2 以上的旅馆、饭店、公寓及建筑面积在3 x1 0 4 m 2 以上的机关、科研单位、大 专院校和大型文化、体育等建筑均建有配套中水设施，中水主要用作生活杂用水和市政 用水等；高碑店污水处理厂每天生产再生水约5 x l o s m 3 ，其中有2 x 1 0 5 m 徊用于工业， 主要提供给通州东方化工厂和华能高碑店热电厂作冷却用水，其它用于农田灌溉等( 李 国欣等，2 0 0 1 ) 。大连春柳河回用水厂日产水量1 1 0 4 m 3 。主要供给红星化工厂、煤气 厂等作工业冷却水( 钱茜等，2 0 0 3 ) 。太原北郊污水厂每年向太钢提供1 8 0 万m 3 再生水， 作为太钢循环冷却水的部分补充水( 霍建光，2 0 0 0 ) ；天津市日前已建成日处理能力为5 x 1 0 4 m 3 d 的纪庄子再生水厂，2 0 0 5 年，天津市还将建成臼处理能力为5 x 1 0 4 m 3 d 的咸 阳路再生水厂，主要满足部分居民生活杂用水和工业用水的需要。此外，济南、青岛、 西安、深圳、滨州等城市也开展了不同程度的污水资源化实践。这些示范工程为我国中 7 第一章前言 水回用的进一步开展奠定一定的理论支持和经验参考。 1 2 3 污水资源化意义 污水资源化已在世界各国得到普遍认可，其不仅具有现实意义，而且具有长远的社 会、经济、环境和生态意义。 ( 1 ) 补充水资源，被回用的废水是一种额外的、补充的水资源，当它用于原本要使用 新鲜水的领域后，节省下的新鲜水资源可以创造出更多的社会价值。 ( 2 ) 减少污染损失，城市废水的大量排放会带来巨大的经济损失，如果广泛地实施废 水资源化，可以大大降低这部分损失，促进我国国民经济的快速健康发展。 ( 3 ) 促进城市化发展，城市化使水资源的需求不断上升，城市缺水问题严重。回用水 可以补充水资源的供应量，以适应城市化进程。 ( 4 ) 缓解农业用水紧张，世界上很多地区的农业要依靠人工灌溉，但农业用水需求量 与水资源量之间的不平衡导致农业的发展受到制约。废水资源化可以大力促进这些地区 的农业发展。 1 2 4 污水回用方式 污水经深度处理，水质满足一定的标准后，就可以作为用途广泛的中水，主要应用 于以下几个方面： ( 1 ) 工农业上的利用，可用于冷却水或灌溉农田； ( 2 ) 土地处理与利用系统； ( 3 ) 娱乐景观用水，可用于城市绿化； ( 4 ) 作为生活杂用供水，厕所冲洗水、洗车用水、清扫用水； ( 5 ) 补充地下水源。 1 3 我国污水资源化的发展趋势 1 3 1 从传统的集中式处理到集中式与分散式相结合的处理方式 8 随着集中污水处理解决了人们关心的水环境问题，集中污水处理成为一种城市污水 沈阳农业大学硕士学位论文 处理的主要方式，各个城市纷纷仿效，出现了集中污水处理技术大发展的时代，污水处 理厂的规模也越来越大，但在进行大规模污水集中处理时必然进行相应的管网建设，将 大面积服务区内的污水进行收集，需要庞大的管网系统和中途提升泵，投资巨大，运行 维护费用昂贵。 坷洗 毒洋 目用 圈卜1 传统集中式给水排水设计理念图 f i g 1 - 1 d c s i s a i d 瞄g r a p h 缸t r a d i t i o n a lc e n t r a l i z e d w a t e r s u p p l y a n d d r a i n a 辨 当污水资源短缺到成为全球面临的严重闯题时，污水经过适当的处理进行回用和水 的循环，已经成为全世界的共识。在现有污水集中处理基础上污水的回收与利用，需要 将处理后的回收水，经过多次的管网系统和多次的中途提升泵站再配送到用户。这是就 出现了污水在城市管网系统中进行至少三次输送，在这个过程中浪费了大量的基建费用 和运行维护费用。这部分投资已经成为巨大的经济负担，并且超过城市污水集中处理厂 的费用。 在全球可持续发展战略的影响下，人们开始重新考虑水处理专家们一直倡导的污水 集中处理的概念和哲理。回首加世纪污水处理的历程，发现在水资源短缺的今天，当我 们考虑污水回用时，对于某些地区污水集中处理的方法显然是有局限性的，集中的污水 处理以巨大的能量损失为代价，换来的依然是岌岌可危的环境污染问题、水资源环境问 题和饮用水安全问题。目前，许多科学家都在积极倡导集中处理与分散处理相结合的处 理理念，在建设城市污水处理厂时，本着集中与分散相结合的原则，因地制宜，不贪图 过分集中，对于人口少，城市面积小的城市，建设较大的集中式污水处理厂统一处理。 对于大、中城市，考虑到下水收集管同和污水回用管网的建设投资，合理分配和规划， 分散地建设多个集中式城市污水处理厂。就地处理就地回用，实现水平衡和水循环。尤 其在居住区范围内的生活小区及单户住宅就地收集、处理、和回收再用，比集中处理更 为经济和可行。集中与分散污水处理理念下的设计模式见图i 2 。 9 第一章前言 可漉 海洋 回用 圈1 - 2 集中式与分散式相结合给水排水设计理念图 f i g 1 - 2 d i 驴i d e a g r a p h f o r w a t e r s u p p l y a n d d r a i n a 舻c o u p l e d b y c e n t r a l i z e da n d d e m n t r a l i z e d m e t h o d 1 3 2 从传统的物理、化学、生物处理到生态处理 污水按技术可分为物理处理、化学处理、生物处理。物理处理主要用于那些在性质 上或者大小上不利于后续处理过程的物质，。污水物理处理主要采用的处理方法有筛选、 截留、重力分离( 包括自然沉淀、自然气浮和气浮等) 和离心分离等。污水化学处理通 常是在污水的处理过程中投加化学药使之与污水中的有害物质反应，通过化学作用来分 离、回收污水中的污染物，或使其转化为无害的物质，从而达到净化污水的目的。化学 处理方法主要有混凝法、中和法、氧化还原法、电解法、吸附法和电渗析法等。生物采 取了一定的人工技术措施，创造有利于微生物生长、繁殖的良好环境，加速微生物的增 殖及其新陈代谢功能，氧化分解有机物使之转化为稳定的有机物，从而使污水中的污染 物得以降解去除。生物法可分为好氧生物法和厌氧生物法两大类。前者活性污泥法和生 物膜法。后者一般为厌氧发酵。 由于传统的污水处理法对氮、磷的去除效果差，不能从根本上解决诸如水体富营养 化等水污染问题。活性污泥法、生物膜法和膜生物法等常规的生物污水处理都存在着基 建投资大、运行费用高、生育污泥处理难度大等缺点。而活性炭吸附由于投资大等原因 限制了其大规模推广使用。由于我国的经济发展水平所限，不可能像发达国家一样，通 过修建三级污水处理厂深度处理，实现无水资源化利用，解决水污染问题。生态处理技 术却以其低投资、低能耗、运行管理方便等特点，已经成为我国污水资源化的最简便的 途径。 从观念上讲，污水生态处理并不是技术上的突破，是一种污水处理理念的转变。对 于现有技术来说基本可以实现污水的有效处理，但是对于我们来说要解决的主要问题并 不是单一的污水处理问题，要从整体性和水循环的角度充分考虑环境保护、生态建设等 多含总因素，包括城市规划，地面、地下水体特点，水系功能定位，气候条件以及下游 沈阳农业大学硕士学位论文 水体特点等等，确定处理工艺。实行污水生态处理，就是要站在实现自然循环的角度， 对生产过程中产生的污染物进行必要的污染治理，减少人类干预对水自然循环的不良影 响，通过对水社会循环的有效控制，解决对自然循环的破坏作用，避免自组织和系统有 序化时问上的滞后性对人类行为带来的不良后果( 刘建霞等，2 0 0 5 ) 。 从技术上来说，污水生态处理技术基本上不涉及化学能的投入和化学品的消耗。根 据国情，我国的污水治理必须走生态处理技术的道路，尤其提倡以联合式或强化式生态 处理技术为主，对污水进行综合治理。 污水生态处理具有以下特点： 1 、效率高，对有机物有较强的降解能力，对微量元素和病原体也有相当高的去除 率； 。 2 、投资低、运行费用低、管理简单； 3 、低能耗，特别是人工湿地基本上不耗能，这是其它处理方法无法与之相比的境； 4 、处理量灵活，可根据污水处理厂的规模，可大可小、就地利用；另外，建设施 工方便，处理构筑物、处理设备少； 5 、处理效果好，处理后的水可用作饮用水水源和景观用水的湖泊、水库或河流中， 亦可用作冲厕、洗车、灌溉、绿化及工业回用等。 另外，如果选择合适的植物品种可以美化环境，改善地面景观。 1 4 本课题研究的内容及意义 单户住宅由于远离城区的居民点，缺少通向污水处理厂的下水管道，生活污水难以 也不可能全部收集到污水处理厂处理。导致这些分散式生活污染源产生或排放的污水得 不到很好的治理，随意就地排放，最终汇人江河、湖泊等水体，给居住环境和水环境造 成了严重的污染，甚至威胁到当地水源的安全。为此，建设部和国家环境保护总局于2 0 0 0 年发布了城市污水处理及污染防治技术政策，要求对分散的废水进行就地处理达标 排放( 郭永龙，2 0 0 4 ) 。因此，开发有效地污水处理技术用于分散生活污水的处理是十分 必要的。 污水的分散处理技术( d e c e n t r a l i z e ds a n i t a t i o na n dr e u s ed e s a r ) 已经成为国内 外生活污水处理的一种新概念，是降低分散生活污水处理成本行之有效的方法。目前一 般采用国内研制的小型污水处理装置进行处理，也有采用构筑物式的，其工艺主要为接 1 1 第一章前言 触氧化法、改进型活性污泥法等，这类技术和装置的应用约占市场的9 0 以上，其次为 近年发展起来的间歇式活性污泥法( s b r ) 和膜生物反应器( m b r ) 等方法。但是由于构筑 物多采用钢筋混凝土结构，施工复杂，工期长，管理麻烦。有的污水处理装置虽然对污 水进行处理，但是出水水质仅达到排放标准，不能进行回用。还有的装置虽然能够达到 回用标准，但是造价比较高。 本文参考了国内外大量文献的情况，根据我国分散式污水处理现状，对单户住宅污 水生态处理系统进行了研究，通过分析和研究现有的污水处理构筑物和处理装置的优缺 点，以沈阳地区_ - - m 之家的单户住宅为例，将传统的污水处理设施设备化。 设计了适应处理分散型污染的单户住宅污水生态处理设备，该设备由预处理生物净 化槽和后续处理潜流人工湿地两部分耦合而成，充分利用了基质一植物一微生物系统的 净化能力对单户住宅的污水进行净化。无需动力，各部分采用预制构件，在工厂加工后 现场安装，施工简单、造价低廉、抗压性强、密封性好，使工期大大缩短。 最后通过小试装置对单户住宅污水生态处理设备进行了试验研究，分析了其对生活 污水的处理效果。 在水资源日益短缺的今天，污水资源化是解决水资源短缺的很好途径。为了减少分 散型污染所带来的危害，降低分散生活污水处理成本，对单户住宅污水生态处理系统进 行了设备化的研究，不仅具有现实意义，而且具有长远的社会、经济、环境和生态意义。 沈阳农业大学硕士学位论文 第二章单户住宅污水生态处理系统工艺选择与设备设计 2 1 污水生态处理原理及工艺比较 2 1 1 污水生态处理原理 污水生态处理是目前世界上新发展起来的技术工艺，它吸收了传统的污水生化处理 和生态处理技术优势，借鉴自然界水体自净的原理。加入人工强化预处理技术，在系统 中营造了一个平衡的自然生态环境，系统内部具有较高程度的生物多样性，同时由于其 内部形成了一种自然生态平衡，系统运行具有较高的稳定性。该技术把污水有控制地投 配到土地或构造湿地基质中，利用土壤一植物系统生物、化学、物理的净化功能，按净 化功能设计和投配污水，对可降解污染物加以净化，对污水中的水资源和n 、p 资源加以 利用，实现污水无害化、资源化处理( 王书文等，2 0 0 4 ) 。 实行污水生态处理，就是要站在实现自然循环的角度，对生产过程中产生的污染物 进行必要的污染治理，减少人类干预对水自然循的不良影响，通过对水社会循环的有效 控制，解决自然循环的破坏作用，避免自组织和系统有序化时间的滞后性对人类行为带 来的不良后果( 刘建霞等，2 0 0 5 ) 。污水生态处理技术是循环再生原理、和谐共存原理、 整体优化原理、区域分异原理生态学四大基本原理在水资源领域的具体运用( 孙铁珩 等。1 9 9 7 ) 。 ( 一) 循环再生原理 生态系统通过生物成分，一方面利用非生物成分不断地合成新的物质，一方面又把 合成物质降解为原来的简单物质，并归还到非生物组分中。如此循环往复，进行着不停 顿的新陈代谢作用。这样，生态系统中的物质和能量就进行着循环和再生的过程( 周启 星，2 0 0 1 ) 。污水生态治理技术的主要目标就是使生态系统中的非循环组分成为可循环 的过程，使物质的循环和再生的速度能够得以维持或加大。 ( 二) 和谐共存原理 由于循环与再生的需要，污水的生态处理系统中各种植物与微生物种群之间、各种 植物之间、各种微生物之间和生物与处理系统环境之问和谐共存，植物给根系微生物提 供生态位和适宜的营养条件，促进微生物的生长和繁殖，促使污水中植物不能直接利用 第二章单户住宅污水生态处理工艺选择与设备设计 的那部分污染物转化或降解为植物可利用的成分，反过来又促进植物的生长和发育 ( b e r g e nsd ，2 0 0 1 ) 。如果该处理系统没有它们的和谐共存，处理系统就会崩溃，就不 可能进行有效的污水治理。 ( 三) 整体优化原理 污水的生态处理技术涉及点源控制、污水传输、预处理工程、布水工艺、植物选择 和再生水的利用等基本过程( 孙铁珩等，1 9 9 7 ) ，缺一不可，它们构成污水生态处理系统 的整体。对这些基本过程进行优化，才能充分发挥处理系统对污染物的净化功能和对水、 肥资源的有效利用。 ( 四) 区域分异原理 由于不同区域在气温、土壤类型、微生物种群和水文条件等方面差异很大，导致污 水中污染物质在迁移、转化、降解等生态行为上具有明显的区域分异( 周启星，2 0 0 0 ) 。 在污水的生态处理系统设计时，必须有区别地进行布水工艺与植物的选择及结构配置和 运行管理。 2 1 2 污水生态处理工艺比较 按照处理的目标、对象不同，污水生态处理可分为慢速渗滤处理系统、快速渗滤处 理系统、地表漫流处理系统、地下渗滤处理系统、污水湿地土地处理系统五种主要的工 艺类型。 ( 1 ) 慢速渗滤生态处理系统 ， 慢速渗滤处理系统( s l o w r a t ee c o t r e a t m e n ts y s t e m ，s r e t s ) 是将污水投配到覆盖 植物的土壤表面。污水在径流地表土壤一植物系统是得到充分净化的一种土地处理工艺 类型。在此处理系统中，由于投配污水的负荷低，污水通过土壤的渗滤速度慢，在含有 大量微生物的表层土壤中停留生长，故可以取得良好的水质净化效果。 慢速渗滤处理系统适用于渗水性良好的土壤、沙质土壤及蒸发量小、气候湿润的地 区。其主要特点有： 所投配的污水一般不产生径流排放。污水与降水共同满足需要，并于蒸散量、渗 滤量大体平衡。渗滤水经土层进入地下水的过程是间歇且极其缓慢的。 适宜的慢渗滤处理系统的场地，上层厚度应大于0 6 m ，地下水应大于1 2 m ，土壤 渗透系数应大于0 1 5 c m h 。 沈阳农业大学硕士学位论文 植物的选择与其他类型的土地处理系统更为重要。 处理系统中水的污染物的复合较低，处理效率高，再生水质好，渗滤水缓慢补给 地下水，不产生次生污染问题。 受气候和植物的限制，在冬季、雨季和作物播种、收割期不能投配污水。 以深度处理和利用水、营养物为主要目标的慢速渗滤系统，所要求的水质预处理 程度相对于其他类型的土地处理要高。 ( 2 ) 快速渗滤处理系统 快速渗滤处理系统( r a p i d i n f i l t r a t i o ne c o t r e a t m e n t ，r i - e t s ) 是将污水有控制的投配 到有良好渗滤性能的土壤表面，污水在向下渗滤过程中通过生物氧化、硝化、反硝化、 过滤、沉淀、还原等一系列作用而得到净化的污水土地处理工艺快速渗滤有很高的处 理效果，其再生水可回收利用，它的显著优势是可终年连续运行，即使在寒冷北方地区 也是如此。 i r 系统的处理工艺特征主要有以下几个方面： 预处理。r i 系统应用在一级处理用于限制公众接触的隔离地区，r i 系统应用在二 级处理用于控制公众接触的地区； 水量调节与储存。r i 系统在冬季往往需要降低负荷的运行。另外在渗滤池维修时 也要考虑贮存部分污水，可通过冬季增加系统的面积的方法来解决； 土壤植物系统。适用于r i 系统的场的条件为：土壤渗滤系数为0 3 6 o 6 0 m d ， 地面坡度 o 6 m ，地面坡度 1 m ； 对预处理要求低，一般化粪池出水即可； 再生水回收，回收率在7 0 以上。 ( 5 ) 污水湿地生态处理系统 污水湿地土地处理系统( w e te c o - t r e a t m e n ts y s t e m ，w e r s ) 是将污水有控制地投 配到土壤经常处于饱和状态，生长有沼泽植物的土地上，污水在沿着一定方向流动过程 中在耐水植物和土壤联合作用下得到净化的土地处理工艺。湿地系统的另一特征是水下 保持一定厚度的污泥层，淤泥层对吸附和分解水中的污染物起重要做用。同时可防止水 分过多的下渗。 。 土壤渗透系数不大于0 1 2 d ； 面坡度小于2 ，土层厚度大于0 3 m ： 最常用的修复植物有芦苇属、灯芯草属、香蒲属和簏草属植物。 近年来，湿地生态处理系统远远超出了污水处理本身的意义而成为积极营造湿地环 境、涵养水源、保护野生生物与生物多样性的重要生态工程技术，特别是通过生态建设， 形成美学“斑块”与功能景观，可与居民区镶嵌发展，为当地居民提供游乐场所。 沈阳农业大学硕士学位论文 表2 - 1 列出了上述各种典型处理工艺特性。 寰2 - 1 各种典型生态处理系统的工艺特性( 孙铁珩等，2 0 0 e ) f t g 2 - 1 t e c h n i c sc h a r a c t e r i s t i co f d i f f e r e n tk i n d so f t y p i c a le _ t n 删m c n ts y s t e m 2 2 单户住宅污水生态处理系统的工艺选择 2 2 1 单户住宅污水水质特点 日常生活污水包括两部分：一部分是洗涤水和洗澡水，亦称”灰水“( g r a yw a t e r ) ， 其排量占污水的7 5 8 0 ；另外一部分为粪便水，亦称“黑水”( b l a c kw a t e r ) ，属于重污 染水，在住宅用水中占2 0 2 5 。此外，还有一部分空调排污水，此部分属优质杂排 水。因此生活污水是一些无毒有机物，如糖类、淀粉、纤维素、油脂、蛋白质、尿素等 组成；其中含氮、磷、硫较高。另外还伴有各种洗涤剂，这类污染源，它们对人体有 一定危害。而且在生活污水中，还含有相当数量的微生物，其中有一些病原体，如病菌、 病毒、寄生虫等，都对人的健康有较大危害。由于生活污水主要由有机物、氮、磷等组 成，所以有机物、氮、磷的去除也就成了人们研究的重点。 2 2 2 单户住宅污水生态处理设备工艺的确定 综合比较上2 2 节提到的几种工艺，从生态根据本研究所研究的对象是针对单户住宅 1 7 第二章单户住宅污水生态处理工艺选择与设备设计 污水的处理，住宅作为人们日常生活中的居住空间，人们除了对其室内空间的舒适性格 外关注外，对其外部景观环境的要求也越来越高。按照建筑学的原理，居住的景观环境 与居住建筑本身之间存在着相辅相成的关系，不可孤立视之。而人工湿地处理工艺在满 足对单户住宅污水进行生态处理的基础上恰好满足了人们对于外部景观的要求。 人工湿地按污水在湿地床中流动的方式不同而分为三种类型：地表流湿地(