（环境工程专业论文）水解酸化预曝气人工湿地处理农村生活污水的应用研究.pdf

。_ _ _ _ _ - 。_ _ 。_ _ _ _ _ _ 。 嬲 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师王成端教授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，也不包含为获得西南科技大学或其 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 任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 荔、畅 日期：2 刃口7 关于论文使用和授权的说明 本人完全了解西南科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留学位论文的复印件，允许该论文被查阅和借阅；学校可以公布该论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：苏杨 新躲僻嗍扪幻 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 通过建立水解酸化一预曝气一人工湿地组合工艺的模拟装置与工程实 例，研究适合我国农村生活污水净化处理的系统，力求达成人工湿地组合工 艺系统在我国农村的推广和应用的最终目标。 主要研究内容如下： ( 1 ) 通过模拟装置研究湿地系统处理最佳负荷； ( 2 ) 预曝气系统对整套工艺处理效果的影响； ( 3 ) 研究水解酸化池对污染物的处理效果； ( 4 ) 研究整套工艺对有机物、氮、磷等重要污染物的去除效果； ( 5 ) 对整套工艺做技术经济分析。 主要研究结论如下： ( 1 ) 通过模拟装置研究人工湿地不同水力负荷时，整个系统对c o d 的 去除效率，结合经济分析，得出湿地最佳水力负荷为0 3 3m 3 污水m 2 湿地。 ( 2 ) 通过模拟装置研究当湿地床体的设计水力负荷为0 2 m 3 m 2 d ，预 曝气l o m i n 、水解酸化时间为2 5 h ，湿地停留时间为1d 时，比较有无曝气装 置的情况下整套系统对污染物的去除效果。得出结论：预曝气系统对c o d 、 b o d 、t n 、t p 的去除效果不明显，作用主要是对水体充氧，增强硝化反应， 诱导植物根系，有助于提高整套系统对污染物的去除效率。 ( 3 ) 通过对平罗镇人工湿地组合工艺处理农村生活污水工程实例的效 果研究，得出结论： 水解酸化一预曝气系统对c o d 处理效率为4 5 - 6 4 ，整个组合工艺对 c o d 的去除率为7 5 , - - 9 0 ，出水c o d 为1 7 m g l - - - - 5 7 m g l 。 水解酸化一预曝气系统对b o d 的处理效率为5 0 - - 一5 8 ，整个组合工艺 对b o d 的去除率为9 0 - - 9 5 ，出水b o d 为5m g l - - 一1 4 m g l 。 水解酸化一预曝气系统对t p 去除效率不高，处理效率为1 1 2 4 ， 整个组合工艺对t p 的去除率为9 0 9 7 ，出水t p 浓度为o 1 1m g l - - - 0 4 7 m g l ，处理效果很好。说明系统对t p 的去除主要是通过填料和植物的 吸附吸收作用。 水解酸化一预曝气系统对t n 处理效率为9 - - 2 3 。整个组合工艺对t n 的去除率为5 0 , - - , 6 7 ，出水t n 为1 4 m g l - - , 2 1 m g l 。 水解酸化一预曝气系统对氨氮处理效率为9 2 8 ，整个组合工艺对 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 i 页 氨氮的去除率为7 6 - - - 9 1 ，出水氨氮为2 3m g l 7 6 m g l 。 水解酸化一预曝气系统对s s 有一定的去除效果，处理效率为3 8 6 3 。整个组合工艺对s s 的去除率为7 9 - - - 9 0 ，出水s s 为8 m g l - - 1 6 m g l 。 ( 4 ) 组合工艺对c o d 、b o d 、t n 、t p 、氨氮、s s 都有着很好的去除效果， 出水水质达到城镇污水处理厂污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 中一级 标准的b 标准。该工艺操作简易，处理效果好，符合村镇生活污水处理的需 求。 关键词：水解酸化曝气预曝气人工湿地处理效果经济分析 a b s t r a c t t h r o u g he s t a b l i s h i n gs i m u l a t i o nf a c i l i t y a n de n g i n e e r i n ge x a m p l eo f h y d r o l y s i s a c i d i f i c a r l o i 卜p r e p a r a t i o na e r a t i o n c o n s t r u c t e dw e t l a n d ”t e c h n o l o g y ，t h i ss t u d ys t u d i e d p u r i f y i n gt r e a t m e n tt h a tr u r a ld o m e s t i cs e w a g eo f o u rc o u n t r yo p t i m i z a t i o no fc o n s t r u c t e d w e t l a n dt e c h n o l o g y ，i no r d e rt op o p u l a r i z ea n da p p l yc o n s t r u c t e dw e t l a n dt e c h n o l o g yi n r u r a la r e ao fo u rc o u n t r y t h ec o n t e n t so ft h i ss t u d yi n c l u d e ： ( 1 ) t h r o u g he s t a b l i s h i n g a n a l o g o u si n s t r u m e n t ，t os t u d yo p t i m u m l o a df o r c o n s t r u c t e dw e t l a n ds y s t e m ； ( 2 ) t os t u d yp r e - a e r a t i o n si n f l u e n c ef o rt r e a t m e n te f f e c t ； ( 3 ) t os t u d yt r e a t m e n te f f e c t so f h y d r o l y s i sa c i d i f i c a t i o n = ( 4 ) t os t u d yt r e a t m e n te f f e c t so f t h ew h o l es y s t e mo fo r g a n i cm a t t e r 、n i t r o g e n 、 p h o s p h o r u se t cw h i c ha r em a j o rc o n t a m i n a t i o n s ； ( 5 ) t op u to u te c o n o m i c a le f f i c i e n c ya n a l y s i sf o rt h ew h o l es y s t e m m a j o rf i n d i n g sa r es h o w n a sf o l l o w s ： ( 1 ) t h r o u g hd i f f e r e n tl o a d ，s t u d y i n gt h el a b - s c a l es y s t e m sr e m o v a le f f i c i e n c yo f c o d ，c o m b i n i n ge c o n o m i ca n a l y s i s ，w er e a c h e da c o n c l u s i o nt h a tt h eo p t i m i z a t i o nl o a di s 0 3 3 m 3s e w a g e m 2w e t l a n d ( 2 ) w h e nt h el o a di s 0 3 3 m 3s e w a g e m 2w e t l a n d ，p r e - a e r a t i o nt i m ei s10 m i n ，h r t o fh y d r o l y s i sa c i d i f i c a t i o ni s2 5 h ，h r to fw e t l a n di s ld ，w ec o m p a r e dt h et r e a t m e n t e f f e c t so fl a b s c a l es y s t e mt h a th a sp r e - a e r a t i o no rh a sn op r e a e r a t i o nt oc o n t a m i n a t i o n s i tr e a c h e dac o n c l u s i o nt h a tp r e a e r a t i o ns y s t e m s e f f e c t si so x y g e n a t i n gt ow a t e r ， i n c r e a s i n gn i t r i f i c a t i o n s ，i n d u c i n gp l a n t s r o o t s t h ee x i t i n go fp r e - a e r a t i o ns y s t e m p r o m o t e dr e m o v a le f f i c i e n c yo ft h ew h o l es y s t e m ( 3 ) t h o u g hs t u d y i n gt r e a t m e n te f f e c t so fr u r a ld o m e s t i cs e w a g et h a tp r o j e c tc a s eo f w e t l a n da s s e m b l et e c h n i q u e so fp i n g l u od o w n t o w n ，r e a c h e dc o n c l u s i o n s ： c o dr e m o v a le f f i c i e n c yo f “h y d r o l y s i sa c i d i f i c a t i o n - p r e 。a e r a t i o n ”s y s t e m i s 4 5 6 4 c o dr e m o v a le f f i c i e n c yo ft h ew h o l es y s t e mi s7 5 9 0 ，c o do fy i e l d i n g w a t e ri s17 m g l - 5 7 m g l b o dr e m o v a le f f i c i e n c yo f h y d r o l y s i sa c i d i f i c a t i o n - p r e 。a e r a t i o n ”s y s t e mi s 5 0 。5 8 b o dr e m o v a le f f i c i e n c yo ft h ew h o l es y s t e mi s9 0 - 9 5 ，b o do fy i e l d i n g w a t e ri s5m g l 1 4 m g l 西南科技大学硕士研究生学位论文第页 t pr e m o v a le f f i c i e n c yo fh y d r o l y s i sa c i d i f i c a t i o n - p r a e r a t i o n ”s y s t e m i s 11 - 2 4 t pr e m o v a le f f i c i e n c yo ft h ew h o l es y s t e mi s9 0 9 7 ，t po fy i e l d i n gw a t e ri s 0 11m s l o 4 7 m s l t r e a t m e n te f f e c ti sg o o d i ti l l u s t r a t e dt h a tt h er e m o v a le f f e c to ft p i sb ya d s o r p t i o n so fs t u f f i n ga n ds o r p t i o no fp l a n t s t nr e m o v a le f f i c i e n c yo f “h y d r o l y s i sa c i d i f i c a t i o n p r e - a e r a t i o n ”s y s t e mi s 9 - 2 3 ，t nr e m o v a le f f i c i e n c yo f t h ew h o l es y s t e mi s5 0 6 7 ，t no f y i e l d i n gw a t e ri s 14 m g l 2lm g l n h 3 一nr e m o v a le f f i c i e n c yo f “h y d r o l y s i sa c i d i f i c a t i o n - p r e a e r a t i o n ”s y s t e mi s 9 - 2 8 n h 3 一nr e m o v a le f f i c i e n c yo ft h ew h o l es y s t e mi s7 6 - 91 ，n h 3 一no fy i e l d i n g w a t e ri s2 3 m g l - 7 6 m g l ssr e m o v a le f f i c i e n c yo f “h y d r o l y s i sa c i d i f i c a t i o n - p r e - a e r a t i o n ”s y s t e mi s 3 8 6 3 t h ee f f e c ti s p a l p a b l e s s r e m o v a le f f i c i e n c yo ft h ew h o l es y s t e mi s 7 9 9 0 ，s so fy i e l d i n gw a t e ri s8 m g l l6 m g l ( 4 ) r e m o v a le f f e c t so ft h ea s s e m b l et e c h n i q u e st h a to fc o d 、b o d 、t n 、t p 、 n h 3 - n 、s si sw e l l y i e l d i n gw a t e rq u a l i t yr e a c h e dp r i m a r ybs t a n d a r df r o m “d i s c h a r g e s t a n d a r do fp o l l u t a n t sf o rm u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t ”( g b18 918 - 2 0 0 2 ) t h i s p r o c e s sh a sc h a r a c t e r i s t i c so fs i m p l eo p e r a t i o n ，g o o dt r e a t m e n t e f f e c t t h ep r o c e s s a c c o r d e dw i t ht r e a t m e n tr e q u i r e m e n to fr u r a ld o m e s t i cs e w a g e k e yw o r d s ：h y d r o l y s i s a c i d i f i c a t i o n ；a e r a t i o n ；p r e - a e r a t i o n ；c o n s t r u c t e dw e t l a n d ； t r e a t m e n te f f e c t ；e c o n o m i ca n a l y s i s 西南科技大学硕士研究生学位论文第v 页 目录 1 绪论1 1 1引言1 1 2农村生活污水处理技术现状及发展趋势2 1 2 1国外农村生活污水处理技术现状2 1 2 2国内农村生活污水处理技术现状3 1 2 3国内农村生活污水处理技术发展趋势3 1 3水解酸化应用现状3 1 3 1国外应用现状3 1 3 2国内应用现状4 1 4人工湿地污水处理技术发展现状4 1 4 1国外应用现状4 1 4 2国内应用现状5 1 5 研究思路6 1 6 研究意义7 1 7本文主要研究内容9 1 8 技术路线2 2 实验的理论基础3 2 1水解酸化概念、工艺特点3 2 1 1水解酸化概念3 2 1 2 水解酸化原理3 2 2水解酸化预曝气的功能及目的3 2 2 1水解酸化预曝气的功能3 2 2 2 水解酸化预曝气的处理目标1 2 2 3人工湿地处理技术概述1 2 2 3 1湿地概述1 2 2 3 2 湿地水文学与水力学1 3 2 3 3人工湿地的分类1 4 2 3 4人工湿地系统的组成17 2 3 5人工湿地去除机理2 0 2 3 6处理性能2 1 2 3 7 人工湿地的功能2 2 西南科技大学硕士研究生学位论文第页 2 3 8人工湿地设计( 以潜流湿地为例) 2 3 2 3 9人工湿地的环境影响2 7 3 模拟装置及研究内容3 0 3 1实验装置的建立3 0 3 2工艺流程31 3 3试验用水及测定方法3l 3 4实验目的31 3 5实验结果与分析3 2 3 5 1预曝气系统对整套工艺处理效果的影响3 2 3 5 2 湿地系统在不同水力负荷条件下对c o d 处理效果3 6 3 6小结3 7 4 组合工艺的应用3 8 4 1沈阳市于洪区平罗街道污水处理工程简介38 4 2平罗镇自然地理情况概述3 8 4 3建设规模、进水水质、运行参数及设计原则3 9 4 3 1建设规模3 9 4 3 2进水水质3 9 4 3 3运行参数3 9 4 3 4设计原则3 9 4 4处理构( 建) 筑物设计4 0 4 5工艺流程简述4 0 4 6 湿地冬季运行管理4 1 4 6 1系统的启动4 1 4 6 2 植物处置4 1 4 6 3 保温措施4 2 4 6 4日常维护管理4 2 4 7布水与集水系统设计4 2 4 8水位调节、湿地导膜冲洗系统设计4 3 5 平罗街道污水处理工程运行效果与经济分析4 4 5 1组合工艺全年进出水水温4 4 5 2组合工艺各段对c o d 的处理效果与分析4 4 5 3组合工艺各段对b o d 的处理效果与分析4 6 5 4组合工艺各段对t p 的处理效果与分析4 8 西南科技大学硕士研究生学位论文第页 结 致 5 5 组合工艺各段对t n 的处理效果与分析4 9 5 6组合工艺各段对氨氮的处理效果与分析51 5 7组合工艺各段对s s 的处理效果与分析5 3 5 8 组合工艺的经济分析5 4 5 8 1投资估算5 4 5 8 2运行成本5 4 5 8 3效益分析5 5 5 9小结5 5 论5 6 谢5 8 参考文献5 9 攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果6 4 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 页 l 绪论 1 1引言 水是生命的起源，是生态系统中最活跃的自然资源，同时是社会发展中 不能够被替代的珍贵经济资源。所有生命的存在、优秀环境状况的运行和经 济社会的良性发展，都不能离开水。 但是伴随世界经济的迅速发展和对水环境的不断破坏。水资源的缺乏， 很大程度的影响经济发展和人民生活质量。据相关国际组织近些年来的统 计：目前球已经有9 0 多个国家近15 亿人面临水资源缺乏的情况，其中有 2 0 多个国家的3 亿人生活存在缺水问题，预计到2 0 1 0 年还将有8 个国家存 在缺水的情况。亚洲已经由每年5 1 0 0 m 3 人降至每年3 3 0 0 m 3 人；非洲己从 每年9 4 0 0 m 3 人降至每年5 l o o m 3 人。中东地区的大部分是沙漠，雨量很 少，水资源人均享有量减少。阿拉伯国家的人均淡水享有量从19 5 0 到 19 9 6 年的4 6 年中减少了7 3 。据相关报告统计，从1 9 8 0 年至2 0 0 0 年， 世界上人均年享有的水量已经走下降趋势。以往的5 0 年中，全球淡水使用 量增多了几乎4 倍，每年多达4 1 4 0 0 亿m 3 ，作为大量用水的农业，用水量 占水消耗总量的6 5 t 。 中国属于发展中国家的行列，大多数农村还是很落后。在中国北方及中、 西部的农村居民大部分以村落形式居住，普遍可以达到数百户至上千户居 民，形成小型自然村落。在我国南部地区和东南地区农村村落规模比较小， 几十到几百户人家就形成了自然村庄。然而随着农村经济的快速发展，例如 东、南沿海地区的大多数农村，因为工业发展的需要，农村的土地经过不断 的优化，住户慢慢向乡镇靠拢，所以乡镇的人口数量也在扩大，有些可能达 到几千户。农村先富裕的某些乡村，也在普遍楼房、水冲厕所、厨房等现代 化设施。人口的集中、农村经济的持续发展引起的农村村庄排出污水的出路 和因此形成公共卫生问题逐渐的突显，被大众注意。另外，农村集镇还包括 商业废水、养殖废水、农村小型企业生产所排放的污水等问题。 现在，中国农村的污水大部分是没有进行过处理的，直接就排放到水体 中，因此农村河流大部分都被污染，还严重破坏了地下水的水质，有的浅层 地下水已遭受了破坏，不能够被人们使用。由于污水出路有待给予解决，会 带来由水体污染引起的疾病等。所以，怎样对农村村落排放的废水进行低成 西南科技大学硕士研究生学位论文第2 页 本的行之有效的处理，是非常必要的步骤。 1 2农村生活污水处理技术现状及发展趋势 1 2 1国外农村生活污水处理技术现状 欧洲和北美洲有2 5 - 3 5 的人口正在使用小型废水处理工艺系统处理污 水。在欧美国家，稳定塘非常适合处理小流量污水，1 9 8 3 年稳定塘数量已 经多达7 2 0 0 个以上，其中9 2 建设在人口不多于6 0 0 0 的小村镇。 日本乜3 从1 9 7 7 年制定农村废水治理的方案，采用的小规模废水处理系 统大多数为日本农村污水处理协会研制。这种设备可以分成二种类型：( 1 ) 生物膜法。在自然界之中存在众多依靠有机物而存在的微型生物，将有机物 转化为无机物的。生物膜法利用微生物的此功能，采取人为方法来创造更加 易于微生物生存环境，生物膜的繁殖，提高了其对废水有机污染物的去除效 率，使废水得到净化。经过生物膜的废水，水中的b o d 小于2 0 m g l ，s s 浓 度小于5 0 m g l ，t n 浓度小于2 0 m g l 。( 2 ) 泥法。利用氧化作用去除悬浮在 水中的微生物达到净化污水的目的，可使b o d 浓度下降至1 0 - - - 2 2 m g l ，s s 浓度达到1 6 5 0 m g l ，c o d 浓度小于1 6 m g l ，t n 浓度达到1 0 - - - 1 5 m g l ，t p 浓度达到小于l 3 m g l 。日本村镇采用的净化污水的方法多采用生物膜法， 应用小规模生活废水净化槽，该设施的体积不大、成本很低、操作起来很简 便，非常适合应用于农村，出水水质稳定。污泥经过脱水、浓缩和改良即被 送到农田里可以当做肥料使用。但时这个工艺的投资较大、处理成本较高、 工艺流程较为繁琐、而且除磷效果不明显，不是很适合我国农村使用。 韩国呤1 针对本国村镇人口住户比较分散的特性，研究出一种湿地处理系 统，湿地系统中种植芦苇、荇菜等植物，可以去除病原体。污水中的污染物 质经湿地系统处理后或被土壤吸附，或被微生物降解。该方法需要的能源少， 运行成本不高。但是此系统的缺点是需要很多土地，并要解决向土壤和水体 中的输氧以及受气温和季节对植物生长的影响。该工艺的水力负荷不高，浪 费土地，不适用本国农村逐渐紧张的土地。 澳大利亚h 3 研究出“f i l t e r ”高效、持续污水灌溉新型技术，利用废水 进行农作物灌溉土地，之后利用暗管将其汇总和排放。此系统能够满足农作 物对水和营养的需求，还能降低废水中的n 、p 浓度。该系统适用于有很多 土地的地区；但排水方式造价很高，而且较高地下水位运用有些困难。 美国畸3 加州大学的o s w a l d 研究高效藻类塘技术，是对传统稳定塘系统 的改善应用，利用菌藻共生，处理各种污染物。 西南科技大学硕士研究生学位论文第3 页 1 2 2国内农村生活污水处理技术现状 国内对城市污水土地处理应用系统的研究开始的很晚。2 0 世纪9 0 年代 初期，国内着重研究土壤地下渗透技术。1 9 9 2 年，北京市环境保护科学院 修建了小型地下渗透系统；实现了从初期试验到实用规模的试验；沈阳应用 生态所为主，建造了土壤渗滤工程实例，提出了工艺参数。2 0 0 0 年1 2 月， 贵州省环境院与日本合作，引进日本先进技术，建立了实际的工程并且通过 了日本环境厅的验收，到目前为止运行非常好，处理效果好。清华大学的学 者在滇池流域也修建了土壤渗滤系统用于处理农村废水。非常适用于处理污 水管网不发达的分散污水。哺1 东南大学李先宁等人，在江苏省沿太湖村镇建设生活废水处理示范1 4 个，在具有明显的四季气候的条件下，应用生物和生态结合的方法，运用 了几种污水处理技术，把污水处理与美化村镇面貌结合到一起，根据实际情 况，形成适用于河流区农村生活废水和初期地表径流的生物加生态处理集成 技术。工程投资吨水小于1 0 0 0 元，运行费达到每吨o 2 元以下随1 。 北京市昌平利用快速渗滤工艺能处理农村生活废水。此系统的组成为预 处理池一渗滤池一集排水系统一集水池。处理后的出水为c o d 、b o d 、t n 、t p 、 s s 、n h 。- n 、硝基氮、的去除效率分别为9 2 、9 4 、8 3 、7 0 、9 8 、 8 6 、5 4 。 8 6 3 计划在滇池项目中也研究了农村生活污水处理技术，包括：地下土 壤渗滤、缺好氧生物滤池、人工复合生态床隋1 。 1 2 3国内农村生活污水处理技术发展趋势 城市排放的生活污水是通过大型的排水管网系统收集到的，而后将废水 输送到污水处理厂处理，很明显，这在广大的农村地区是很难办到的。分散 的农村污水，不利于把污水收集后输往污水厂处理。所以对我国农村排放的 废水处理，只能够小规模、因地制宜、分散处理。既要达到基建成本低，又 要做到运行成本低，处理效果也要好，能够达到排放标准，即“两低一好” 原则9 | 。 1 3 水解酸化应用现状 1 3 1国外应用现状 国外对水解酸化法的研究是对厌氧处理中的第一个步骤研究的。k u n s t ( 1 9 9 4 ) 研究了淀粉污水两相厌氧消化，结果显示，若不完全酸化， c o d 的去除效果就 全部酸化不利 化程度有关系 g u e r r e r o 的时候，酸化 和水解率最大 l e t t i n g a 污泥有不利的 水化合物，然而对于很高的v f a 会形成表面凝胶层，会阻碍有机物的传质代 谢过程而减少对有机负荷的去除n 6 。1 6 1 。他提倡在厌氧过程，采用酸化率小于 2 0 - 4 0 3 ，h r t 为6 2 4 h 。 很多因素可以影响酸化产物的种类和产量，例如水质、反应器的形式、 h r t 、进水有机物浓度等，尤其是p h 值n8 1 。h a n 等研究表明，温度对酸化效 果影响不大，而p h 值的大小很重要1 9 1 ，因此必须严格控制p h 值的范围心0 。2 纠。 v is s e r 等人研究了m p b 和s r b 的关系。当p h 小于6 9 时，m p b 的活性 优于s r b ，p h 值大于7 7 时，则s r b 活性优于m p b 强3 。2 们。 m i r o n 采用c s t r 消化初沉污泥，研究表明，当s r t 多过8 d 时生成甲烷 2 5 2 7 1 。3 2国内应用现状 国内对水解酸化的研究开始于2 0 世纪8 0 年代，北京环保所研究了利用 水解一好氧生物方法处理低浓度的城市废水心引。以前人们研究了好氧菌和专 性厌氧，对兼性菌很少接触。兼性厌氧菌是肠道菌科和产芽孢的细菌，在兼 性厌氧条件下能够快速生长、繁殖、代谢。兼性厌氧菌繁殖速度比好氧菌快， 对温度的变化很适应。 王凯军发现不宜降解的萘与水解污泥接触2 4 5 h 之后，水解3 h 后萘转 化为有利于生物降解的水杨酸弛弘30 | 。水解酸化对悬浮物有很好的去除效果 3 1 】 1 4 人工湿地污水处理技术发展现状 1 4 1国外应用现状 人工湿地是一种新事物，但其运行的原理不是新发明，当运用湿地处理 污水时，其处理能力就已经被人们所重视。于是就慢慢形成了人工湿地处理 西南科技大学硕士研究生学位论文第5 页 技术。这种处理污水的技术早在古代中国和埃及就被使用了，全球第一个人 工湿地系统位于英国约克郡，于1 9 0 3 年运行至1 9 9 2 年副。 对于构造湿地的研究是从1 9 5 3 年开始的，德国的k s 发现芦苇对各 种污染物均有去除效果，之后的研究显示污水在通过种植的芦苇后某些细菌 会消失。于此同时，该试验表明一些植物对水中的重金属和碳水化合物都有 一定的处理效果。而在6 0 年代以后，一些关于人工湿地系统的试验已经开 始研究对于工业污水、江河水、生活污水及地表径流水的处理。s e i d e l 研 究出了新的系统，这个系统有4 或者5 级床体，每个床体并联组成，栽种了 几种挺水植物。利。 荷兰于1 9 6 7 年研究出了一种大型的人工湿地。占地l 公顷，为星形表 面流湿地系统，但是，由于运行之后出现了问题，研究人员在系统中设置了 一个浅沟，长为4 0 0 m ，这种湿地系统目前在荷兰有很多口引。 d r k ic k u t h 在6 0 年代中期开发了“根区法”，此矩形系统中栽种的 植物为芦苇。填料为土壤，加入添加剂以改变土壤结构。此系统为潜流湿地 系统。有机物通过湿地床降解去除，n 通过消化反硝化作用去除，而p 与一 些金属元素则被基质填料吸附。在床体的前端布水，后端出水。这个方法的 缺点是土壤的渗透能力和植物的输氧能力不甚理想。 纠。 7 0 年代以来，北美开始研究自然湿地对污染物的去处效果，而后发现 自然湿地的局限性很大，处理效果受很多因素的影响，而人工湿地则不然， 所以人工湿地被广泛的应用，这种系统既有自然湿地的优点又方便操作。 【3 3 0 2 0 世纪8 0 年代末和9 0 年代初，关于湿地的研究者提出了很多人工湿 地的设计参数及净化原理。1 9 9 6 年召开的国际研讨会是人工湿地系统作为 有别于传统污水处理方式的新型处理技术而被正式应用的标志聆3 1 。 1 4 2国内应用现状 我国由于环保意识萌发较晚，且经济水平不高，一直没有在环境问题上 给与足够的注意力。我国传统的污水处理方法是利用污水处理厂。经过过滤、 沉淀、消毒等一系列物理、化学和生物反应去除水中的污染物。：，由于处理工 艺复杂，工程运行费用高，造成了高投入、低产出的局面。因此，污水处理 一直是令政府、企业和个人都比较头痛的问题。随着水资源的日益枯竭和人 们环保意识的增强，污水的处理和回收利用成了众人注目的焦点。 如前所述，人工湿地污水处理系统是一种集环境效益、经济效益及社会 效益于一体的污水处理方式，具有建造成本较低、运行成本很低、出水水质 西南科 好、操作简单等优点，同时如 是一种适合我国国情的一项污 区、中小城镇地区的水质问题。 我国在“七五”时期就已经研究人工湿地系统。第一个采用人工湿地系 统处理污水的是在北京昌平，采用表流人工湿地系统口们。 1 9 9 0 年，深圳白泥坑建设了人工湿地系统，处理城镇污水，占地o 8 4 公 顷，水量是3 1 0 0t du 引。 天津环保科研所在1 9 8 9 1 9 9 0 年研究了用于处理城市废水的湿地系 统，最后得出结论，人工湿地出水比二级标准要好，对氮磷的去处效率高， 受季节影响小卜的3 。 1 9 9 4 1 9 9 5 年，中国环境科学院刘文祥，利用人工湿地对农田径流水 进行处理，湿地床中种植了沉水植物、挺水植物和漂浮植物。研究表明，改 系统的管理简便，运行费很低朝。 山东胶南市修建了水量为6 0 0 0i n 3 d 的人工湿地污水处理系统，工艺流 程师：原水一粗、细格栅一沉砂池一调节池一人工湿地床一出水。该系统建造在 海边的盐碱地上，工程总投资为3 0 0 0 万元。 成都的活水公园也是人工湿地系统处理污水的典型，处理的工艺流程 为： 厌氧池一人工湿地床体一氧化塘、游水区等五个单元。污水经过厌氧池到 游水池处理后由死水变成了活水口引。 东南大学建立了人工湿地模拟系统，以研究人工湿地的水力条件和处理 效果。结果表明人工湿地的水力负荷、水的深度、h r t 都是重要的因素，这 三个因素都有一个最优值，只要达到设计的最优值，系统对各种污染物的去 处效果能达到最佳。阳引。 目前我国很多科研单位和高校都对人工湿地处理系统进行了研究，如人 工湿地的植物研究、表面流湿地的处理效果、填料的选择、潜流人工湿地的 处理效果等。应用于实际的湿地系统已经建成了很多。但是，由于我国的环 境问题很紧迫也很多，对于人工湿地系统处理技术的应用还有很大的拓展空 间。 1 5 研究思路 城市废水处理都是采取集中处理。随着环保技术的不断发展，大型污水 西南科技大学硕士研究生学位论文第7 页 厂的处理方式运行成本低、操作维护简便，但是要进行这种处理必须建设大 规模的管网系统，这样一来，就使污水处理厂的投资巨额增加，后期运行费 高昂。 目前，前世界都存在水资源缺乏的现象，废水的回用是研究者研究的新 方向。在这种情况下，分散式处理更利于废水的回用，大型污水处理厂仍然 存在着怎样将处理后的出水输送出来的缺点。 分散式污水处理方法可以运用到城市生活小区、商业区等水量比较小的 地方。而对于像农村这种管网不健全还没有污水处理厂的地方，分散式污水 的处理方式是最佳选择。 本课题正是将这种分散式污水处理的研究方式运用到处理农村生活污 水上来，解决我国农村生活污水无处排放的困境，也为其他分散式污水处理 的研究工作奠定基础。 国内运用厌氧与人工湿地组合工艺处理生活污水的例子也有很多。李世 斌h 们等利用厌氧一垂直流人工湿地组合工艺处理生活污水。保持垂直潜流人 工湿地自身优点，将其设置为5 级，利用污水的上、下行流动来复氧，并采 用厌氧技术对污水进行预处理，以提高人工湿地的处理效果。吴磊h 等为处 理太湖地区农村污水，采用厌氧一跌水充氧接触氧化一人工湿地组合工艺进行 了工程规模的试验研究。该组合工艺由厌氧池、跌水充氧接触氧化池和人 工湿地三个处理单元串联组成。厌氧池为预处理单元，用于降低有机物浓度， 以减轻后续处理单元的负荷并降低需氧量；接触氧化池主要用于去除有机物 和氨氮，该池利用提升泵的剩余扬程，使污水从高处多级跌落而自然复氧， 以满足接触氧化池对溶解氧的需求；人工湿地系统进一步去除有机物和氮、 磷营养物质，保证出水水质。而此工艺的跌水充氧接触氧化池夏季容易滋生 蚊蝇，冬季也要考虑到防冻问题，需要采用大棚保温。余浩h 2 3 采用水解池一 滴滤池一人工湿地处理农村生活污水。此套工艺脱氮效果受回流比的影响很 大，工艺较复杂，不易控制。 1 6研究意义 随着我国社会主义新农村建设的发展，村镇经济发展迅猛，农民生活水 平迅速提升，生活质量有了很大改善，带来的是越来越多的污水排放量。长 期以来，由于重视不够、资金短缺以及对农村水体环境保护意识淡薄等原因， 西南科技大学硕士研究生学位论文第8 页 目前我国村镇一级生活区基本没有污水处理设施，大量的污水未经处理直接 排入水体，造成地表水体与地下水的严重污染，特别是农村浅层地下水的污 染，不仅危害了当地居民的生活用水安全及农村生态环境，还严重威胁着当 地以及周边城镇的生产用水安全性。农村水环境污染问题的加剧，同时也影 响了我国城市的水环境安全和食品生产加工安全，因此，必须根据我国村镇 特点与现实国情，对村镇污水进行生态化处理、资源化利用，建立起完善的 村镇污水处理机制，提高可持续发展的能力。因此，选择应用适宜的村镇污 水处理技术，将是实现这一目标的关键。 污水生态处理技术是指运用生态学原理，采用工程学手段对污水进行 治理并与水资源利用相结合的方法。人工湿地污水处理是污水生态处理最 重要的类型之一，它是将污水有控制地投配到土地上，利用土壤一湿生植物 一微生物复合系统的物理、化学、生物学特征对污水中的水肥资源加以回收 利用，对污水中可降解污染物进行净化的工艺技术，它不仅起到污水净化 的作用，而且通过营造湿地环境，形成独特的自然人工复合生态景观，出 水宜于资源化利用。以人工湿地系统为代表的污水生态处理系统具有投资 低、出水水质好、抗冲击力强、在脱氮除磷方面更具优势，对村镇污水的 接纳水体及其流域的n 、p 总量控制有积极作用。通过合理的植物选择和景 观设计可增加绿地面积，改善村镇和美化生态环境，甚至产出高收益的农 产品，带动当地农业产业的发展，同时该技术具备操作简单、维护和运行 费用低廉等众多优点，因此这项技术适合我国村镇技术经济水平，是城市、 村镇污水处理的革新替代技术之一。 尽管人工湿地具有其独特的优点，可用于农村生活污水的处理过程，但 对于该技术的应用，仍存在着机理不清的问题，大大地影响了人工湿地作用 的发挥。在工程设计上，通常按经验来计算污染负荷，缺乏农村生活污水水 质、排水等特点的了解，其设计参数是否符合农村生活污水的特点不是很清 楚。以上这些问题的存在，明显地影响了人工湿地的合理设计