（环境工程专业论文）滴滤池人工湿地技术处理农村生活污水应用研究.pdf

摘硅滴滤池一人工湿地技术处理农村生活污水应用研究东南大学硕士研究生：白永刚导师：吴浩汀教授摘要近年来随着工业排放点源污染的有效治理，太湖的富营养化程度已有所下降，但是太湖流域内的面源污染仍比较突出，且区域内氦、磷污染严重，因此太、湖流域内水环境的治理己到了刻不容缓的地步。本研究课题属于8 6 3 项目的农村生活污水处理技术及示范性工程专题，要求结台农村的实际情况，为治理太湖流域内的农村生活污水提供行之有效的先进处理工艺及技术，并在试验运行的基础上，获得最佳的运行条件，为后续的治理工作提供实践经验。基于此，设计了滴滤池人工湿地组合工艺处理农村生活污水，并在实际的运行过程中得出以下结论：1 滴滤池内的溶解氧水平与滤池外气温、污水水温相关，滤池内水温对滤池出水溶解氧的影响较大，而气、水温差对其仅有微弱影响。2 滴滤池处理效果受到工艺负荷、水力负荷、回流比等方面的影响，且在c o d 容积负荷小于o5 k g c o d m j d ，水力负荷为4 o m m 2 d ，回流比为2 0 0 时，滴滤池获得最佳的处理效果；滴滤池内的硝化作用与水温紧密相关，低温会引起亚硝酸盐的累积。3 通过对滴滤池内的生物相的分析发现，滴滤池内细菌数量处于1 0 ”c e l l “g 生物膜水平，沿滤层高度呈现先减少后增加的分层分布现象。亚硝酸菌和硝酸苗在整个滴滤池内分布较均衡，滴滤池内硝化作用的效果与滤池中下部保持稳定的硝化菌数量呈正相关。4 对建立的滴滤池简化模型进行试验数据回归，结果表明，对于生活污水，有机物浓度以c 0 d 计，滤料为珍珠岩矿渣，滤层高度为2 5 m ，其反应速率常数k 2 0 为l3 5 4d f l ，常数n 为o 7 7 ，温度系数。为l0 2 1 。5 人工温地对c o d 、n h 4 + - n 均具有较好的去除效果。湿地系统除氮的主要机制在于微生物的作用，随停留时间的延长湿地系统对氮的去除效率增加，且该作用与波形水流状态所形成的溶解氧交替变化有关。湿地系统除磷的主要机制是介质的吸附沉淀作用，且p h 值的沿程降低将不利于磷与石膏介质的吸附沉淀作用。关键词：太湖流域农村生活污水滴滤池人工湿地硝化东南大学坝士学位沦义a b s t r a c tt h ee u t r o p h i cd e g r e eo fl a k et a h a sd e s c e n d e da n e h ee f f e c t u a it r e a t m e n to fj n d u s t r ve m u e n c ep o j mp o l l u “0 1 1i nt h er e c e n ty e a r s b u tt h en o np o j n 【p o l l u t i o nj nt 鲥h ul a k ea r e ah a sb e e nt h em o s ti m p o 九a n to n ef b rf h ep o u “o nc o n t h b u f i o nw i mm e5 e r j o u 5p o f ju i j o no fn ；t r o g e na n dp h o s p h o r u ss ot h ed j s p o s j t i o no fw a f e rc i r c u m s t a n c e - nt a 1 ul a k ea r e ah a sb e c o m et h em o s t 】m d e r a t i v et h j n 2t 1 1 a tw i l lb ed o n e t h j 5f u i i s c a 】ee x p e r i m e n t a is t u d yb e l o n g st ot h es u b j e c ta b o u tt e c h n o 】。g ya n dd e m o n s 仃a “v ee n 酉n e e 而n gf o rr u r a ld o m e s t j cw a s t e w a t e rt r e a t m e n tw h j c hi so n ep a r to ft h e8 6 3t a s k s c o m b i n e dw i t ht h er u r a lf a c tc o m p 】e x i o n ，血ea d v a n c e dt r e a t m e n tp r o g r e s sa n dt e c h n o l o g yw h c hc a nt r e a tm r a ld o m e s t i cs e w a g ej nt a i h ul a k ea r e ae 行色c t i v e l yw i l lb ep r o v i d e d w j t ht h ee x p e “m e n t a 】d a t a ：t h eo p t i m a lr u n n i n gc o n d o n sa r eo b t a j n e dw h i c hc a np r o v i d et h ee x p e r i e n c e sf o rc o m i n u e dt r e a t m e n l 诅s k sb a s e do nt h e s e ，t h et r i c k l i n gn l t e r c o n s t r u c t e dw e t l a n dc o m b i n e dp r o c e s s e sf o rt r e a t i n gr l i r a ld o m e s t i cw a s i e w a t e ra r ed e s i g n e d t h ef 0 1 l o w i n gc o n c l u s i o n sc a nb ea r r i v e da td u r i n gt h ep r a c t j c e ：1t h ed oc o n c e n 廿a t i o ni n 俩c k l i n g 行l t e rh a sc o r r e l a t i o nt ob o t ht h ee x t e r i o ra i rt e m p e r a 讪r ea n ds e w a g et e m p e r a t u r e ，t h es e w a g et e m p e r 砒u r ee 疗b c t st h ed oi nt fe 用u e n tr e m a r k a b l yw h i l et h eg 印b e t w e e nt h ea i ra 1 1 dw a t e rt e m d e r a t u r eh a sa l m o s tn oe f f b c tt ot h ed oi nt fe 舶u e n t 2 t h e1 0 a d so fp r o c e s s ，h y d r a u l i c1 0 a da n dc i r c u m n u e n c er a t j oi 九月u e n c et h et r e a t m e n te f f e c to ft f t h eb e s tt r e a t m e n te 丘色c tc a l lb eo b t a i n e da tt h ef o l l o w i n g1 e v e l ：c o dc u b a g e1 0 a d 0 5 k g c o 肼恤3 - d ，h y d r a u l i cl o a di s4 0 m m 。d ，c i r c u m 门u e n c er a t i oi s2 0 0 t h en j 廿a t j o na c t i o nh a sc 】o s ec o r i 它l a t i o nt ot 1 1 ew a t e rl e m p e r a r u r e ，a 1 1 dt h el o wt e m p e r 曲j r ec a nb r i n go u tt h ec u m u l a “o no f n i t r i t e 3 t h ea 1 1 a l y s i sl h r o u 曲t h em i c o o 电a n i s m si n s d et fi n d i c a t et h a tb a c t e r j ad a t ai nt fi sa t1 0 “c e l l s 佗b i 0 6 l m1 e v e la n dt h ed e l a m i n a t i o nd i s t r b u t i o nc a s e sw h i c hr e d u c e dn r s tw h i 】ei n c r e a s e dl a t e l t h en i t r o s o m o n a s e sa n dn i t m b a c t e r sa r ed i s 们b u t i n ge q u a b l yw i t h i nt h ew h 0 1 et f t h ee f f e c to fn i t r a t i o nj nt fh a sap o s i t i v ec o r r 训a t i o nw i t ht h e 哪o u m so fn t r i 句i n gb a c t er i a si nt h em i d d i ea n dn e t h e rp a r t sw i t h i nt f 4t h ed a t ar e g r e s s j o nd o n ea c c o r d i n gt ot h es i m p l em o d e lf o rt ft h m u g ht h ef u l i s c a l et e s ti n d i c a t et h a t 出er e a c t i o nv e j o c i t yc o n s t a n tk 2 0i s1 3 5 4d ，c o n s t a n tni s0 7 7 ，t e m p e r a r u r ec o e 茄n e n t0i s1 0 2 1w h e nu s i n gc o da st h eo 唱a 1 1 i cm a t t e rc o n c e n t r “o na n dt h ec o n d i t j o ni st h a tt h e6 i t r a 廿o nm e d i u m sa r ep e r l i t es l a g sa sw e ua st h eh e 远h to f w h i c hj s2 5m e t r e s 5 t h ec o n s 仃u c t e dw e t i a n dh a sp e r f e c te f f b c tf o rr e m o v a lo fc o da n dn h 4 一- n t h em a i nm e c h a n i s mo fn i t r o g e ni nw e t i a n ds y s t e m si s 吐l ea c t i o no fm i c r o o r g a n i s m s w h i l et 1 1 er e m o v a le 币c j e n c yw i l lj n c r e a s ew i t ht h ep r o t r a c t i o no f h r t ( h y d r a u l i cr e s o r tt j m e ) j nw e t l a n d ，a n da 】s ot h ea c t j o nh a sac l o s er e l a t j o n s h i pw j t ht h ea l t e r n a n tc h a n g e so fd of o n t l e db yt h eu n d e en o w i n g t h em a i nm e c h a n i s mo fp h o s p h o r u sr e m o v a l i st h ea d s o r p “o na n ds e d i m e n t a 【l o nb yt h er e a c t i o n o fw e t l a n db e dm e d i u mw i t hp h o s p h a t ei nw a s t e w a t e l a n dt h ed e b a s e m e n to fp ha i o n gt h e 】e n g t ho f w e t l a 工1 dw j 】jm a k ea g a i n s ct h ea c “o no f p h o s p h a t e r e a c t i o nw i t h 【h e 钉p s u m k e yw o r d s ：t a j h ul a k ea r e ar u r a ld o m e s t i cw a s t e w a t e rt “c k l i n gn 】t e rc o n s t n l c t e dw e t l a n dn i t r m c a t i o n东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位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，也不包含为获得东南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。研究生签名鱼盘i 目东南大学学位论文使用授权声明期：矽对啦鸪东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。研究生签名：鱼蚪导师签名：吴潞汀日期：2 才妊影第一荦绪沧1 1 研究背景1 1 1 引言第一章绪论太湖是我国第三大淡水湖，湖泊面积为2 4 2 8 k m2 ，平均深度为i8 9 m 。太湖流域位于长江三角洲南缘，是我国经济较发达的地区之，太湖流域是典型的平原水网区，河网密布，渔、【k 和水稻种植业发达。太湖在该地区的城市供水、养殖、灌溉和航运中起着非常重要的作用i lj 。然而自2 0 世纪8 0年代以来，随着乡镇企业的不断发展，社会经济水平的不断提高，该流域内的水体污染日益严重，突出反映在河网区域水质的严重恶化和湖泊高度富营养化。太湖水环境演化基本上以2 0 世纪8 0 年代为一转折点。8 0 年代以前，总氮变化较为显著，其中c o d 浓度也有所增加。此后，总氨增长趋势趋缓，而c o d 及总磷却呈稳定的增长态势。太湖水质由2 0 世纪8 0 年代初期至2 0 世纪末，水质级别下降了一个等级，全湖平均由原来的i i 类水为主变到以i i i 类水为主。水体营养状态上升二个等级，由8 0 年代初期瓯中营养、中富营养为主上升到9 0 年代中期以富营养为主，其污染程度和发展速度令人震惊口) j 。近些年来，有关部门已经对工业点源进行了系统治理，尤其是2 0 0 0 年太湖流域的达标治理，使流域内工业点源污染正逐渐得到控制。但是农村生活污水和农业面源污染问题仍十分突出，太湖水资源质量状况依然形势严峻。据中国环境质量公报报道，2 0 0 l 2 0 0 3 年之间，随着治理太湖措施的有效实施，太湖全湖的富营养化程度已经有所下降，富营养化指数下降了3 个点，富营养化程度也已经从中度转变为轻度。但从表中可以看出，全湖总氮浓度却在逐年增加。有资料认为，当水体中t n 0 2 m 胡。，t p o 0 2 m g ，l时，水体就会营养化【”。因此尽管太湖的水质有所改善，但太湖的污染程度仍不容乐观。表1 i 太湖湖体主要污染指标值科芝高锰酸盐指数总磷总氮营养状态指数富营养化程度( m “l )( m 2 几)t m 乩)2 0 0 】53 800 9 721 96 0 9中度2 0 0 24 7 4o ，0 7 92 4 25 9 4轻度2 0 0 34 2 80 0 7 12 ，8 65 78轻度2 0 世纪9 0 年代后期，太湖加大了工业企业污染源( 点源) 的治理和工业结构调整，取得了一定的成效，使工业污染量大大下降，农业污染和生活污染便显现出来。太湖流域仅治理了工业污染，而工业污染只是水污染的一小部分，大量来自生活和农业的及其他的污染还没有得到很好治理，且治理难度和治理范围都比工业污染大得多。表1 2 太湖地区主要污染源在排污总量中的比例( ) i 6 】表i 2 为太湖地区主要污染源在排污总量中的比例，从表中看出，在太湖水体污染中，从全流域总氮排放负荷来看，生活污水占2 5 ：从总磷排放负荷来看，生活污水占6 0 0 。太湖流域沿湖的生活污染和面源污染的治理却没有突破性进展，生活污水与工业污水的污染负1东南人学坝k 学位论文荷比由过去的0 8 ：1 上升到二十1 t j = 纪末的l _ 3 ：】，导致总氩、总磷排放量仍居高不一h对农利生活污水进行治理从源头上控制面澹污染是河网水质治理和面源污染控制的重点，是解决太湖水质寓营养化的最主要、最根本的措施之。1 1 2 课题提出的目的与意义本课题研究属于国家高科技研究发展( 8 6 3 ) 计划，河网区而源污染控制成套技术子谍题，农村生活污水处理技术及示范工程专题。要求完成示范区内农村生活污水的有效控制。示范区内的污水总氯、总磷的去除率达到8 0 。作为先导性示范工程，本课题主要研究开发适合农村生活污水处理的新工艺与新技术，并探求处理工艺的最佳运行工艺参数，为后续的面源污染控制区域内的农村生活污水的治理提供具有较好参考价值的信息，并逐步完成预留区域内的生活污水处理设施的建设，有效控制太湖流域内的农村生活污水的排放。针对农村生活污水的特点，结合农村的实际情况，研究开发农村生活污水处理的新工艺与新技术是一项有实用价值的探索。1 2 农村生活污水处理技术研究农村生活污水面广量大，是目前太湖流域污染的主要来源之一。因此从源头控制面源污染，是河网水质治理和砸源污染控制的重点，是解决太湖水质富营养化问题的最主要、最根本的措施之。农村生活污水是农村居民生活活动所产生的污水，其数量、成分、污染物浓度与居民的生活习惯、生活水平和用水量有关。在广大的农村，由于经济发展水平低，管理落后，生活殴施不健全，缺乏污水和垃圾处理的环保设施，再加上氏期以来农民形成的不良生活习惯，如随意堆放垃圾、随地倾倒污水等，也使得农村的环境恶化。虽然农村人口分散，但由于人口数量多，没有任何生活污水的收集和处理措施，使农村生活污染源成为影响水环境的重要因素，且随着农村生活方式的改变而加剧i i ，”。由于农村几乎没有管网收集系统，而且居民点比较分散，居民的素质和受教育程度也比较低，因此选择污水处理技术应该因地制宜，尽量选用设备简单，易于管理，且低能源消耗，低成本和低维护费用的新型农村生活污水处理技术。1 2 1 农村生活污永的特点农村生活污水具有与城市污水不同的特点。农村生活污水主要是洗涤、沐浴和部分卫生洁具排水，水量因地区性经济程度的差异而不同。农村生活污水的特征是水质比较稳定，有机物和氮、磷等营养物禽量较高，般不含有有毒物质，污水中还含有的合成洗涤剂以及细菌、病毒、寄生虫卵等等j 。农村生活污水一般排水量少，所含有机物浓度相列偏高，c o d 最高浓度达到5 0 0 m 虮。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 o 5 o 之间，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。与城市用水不同，农村用水一般以河水、井水和自来水三者结合使用，自来水为饮用水源河水、井水作为辅助用水用于衣物洗涤、冲刷地面、饲养家禽等。1 2 2 农村生活污水处理技术生活污水处理系统的设计耍结合地方特点，针对污染源的排放途径及特点，采用污水集中处理、分散处理或二者结合的方式，再通过对方案的技术、经济分析比较，得出最佳设计方案。对于没有下水道系统的地区，只能先采用点污染源分散治理的方法。同时应加强集水沟渠等的建设，将污水汇集到处理发施处，尽量避免生活污水直接进入天然水体造成污染。第一章绪论针对农村分散居住的特殊情况，考虑农村的现实经济与自然条什，农村生活污水的处理宜采用相对集中污水处理系统。主要针对相对集中居住的中心利、中心镇或自然村利生产小 ：| ! | ，建发配套管网收集系统及污水处理单元设施。相对集中的处理系统，可以人大减少污水收集管网的敷i 殳k 度，降低施_ = r 难度，缩减管网建设费川i 同时较为集中的区域内的生活污水处理装置，可以交付当地人管理，由丁其不仅熟悉该区域情况，而且能够兼顾到各个地方的处理i 殳施，冈此可实现有效管理，且维护费朋低的目的。综上所述采用相列集中生活污水处理系统，无沦从经济角度还是从管理角度来看都是可行的。不仅如此，为了处理装置的后续运行与管理，还要求污水处理系统能尽可能实现操作上的简便，流程简单并达到一定的智能化水平。1 2 2 1 国外农村生活污水处理技术日本i l “从1 9 7 7 年开始实行农村污水处理计划，日本采用的小型污水处理系统多为日本农村污水处理协会研制的j a r u s 模式，共有1 5 种不同型号装置。从广义上讲，它可以分成两种类型：( 1 ) 生物膜处理。在自然界中存在着大量依赖有机物生活的微生物，它们具有氧化分解有机物并将其转化为无机物的功能。生物膜处理就是利用微生物的这一功能，采取人工措施来创造更有利于微生物生长和繁殖的环境，使其大量繁殖，从而提高对污水中有机物氧化降解效率，达到净化污水的作用。通过生物膜后可使污水中的b o d 下降到2 0 m 班以下，s s 下降到5 0 m g ，l 以下，t n 含量在2 0 m 班以下。( 2 ) 浮游生物处理。通过漂浮在污水中的微生物氧化作用净化污水，可使b o d 下降到1 0 2 0 m g l ，s s 下降到1 5 5 0 m 叽，c o d 下降到1 5 m 叽以下，下n 下降到1 0 1 5 m 叽以下，t p 下降到1 3 m 虮。以下。日本农村污水处理主要利用生物膜法( 生物接触氧化法) ，采用小型生活污水净化装置( 净化槽) ，即淹没式生物滤池，污水处理装置体积小、成本低、操作运行简单，十分适用于农村，处理后的污水水质稳定。从污水中分离出来的污泥经脱水、浓缩和改良后，运至农田以作肥料。韩国”“针对韩国农村的居民分散居住的特点，研究了一种湿地污水处理系统，湿地上多种植芦苇、香蒲和灯，心草等，对病原体的去除效果好。污水中的污染物质经湿地过滤后或被土壤吸收，或被微生物转变成无害物。这种方法需要的能源少，维护的成本低。但其缺点是需要大量土地，并要解决土壤和水中的充分供氧问题及受气温和植物生氏季节的影响等。一般来说，利用湿地处理后的污水灌溉水稻，可取得更好的净化效果。澳大利亚”“科学和工业研究组织的专家提出种“过滤、土地处理与暗管排水相结合的污水再利用系统”，称之为“非尔脱”高效、持续性污水灌溉新技术，其目的主要是利用污水进行作物灌溉，通过灌溉土地处理后，再用地下暗管将其汇集和排出。“非而脱”系统对生活污水的处理效果好，其运行费用低，特别适用于土地资源丰富、可以轮作休耕的地区，或是以种植牧草为主的地区。1 2 2 2 国内农村生活污水处理技术农村生活污水处理技术在国内报道甚少。有文章认为，根据我国中小城镇和农村水环境的基本状况，以及中小城镇和农村的基本现状，污水处理宜采用经济、简易、节能和有效的处理技术，与当地的生态农业相结合，使污水处理成为生态农、1 k 的一个组成部分，形成污水回收与再利用的生态农业模式，实现污水的无害化和资源化。采用的处理技术或方法包括高效藻类塘、生态系统塘、土地处理系统等”。在土地处理法中发展比较迅速，应用比较一泛的是人工湿地。人工湿地运行简单，处理效果良好，不仅能去除c o d 、b o d 等有机物，而且能除磷脱氮和去除重金属。总之，处理农村生活污水应园地制宜，处理与利用相结台。在有条件的情况下，尽量利用天然浅塘、，洼地、围堤建造处理设施。刘超翔等采用人 复合生态床处理滇池流域农村生活污水，利用微生物的硝化反硝化作用以及填料对磷的吸附沉淀作用、水生植物的吸收作用，对营养物氦、磷的去除取得了较好的效果i j 。东南几学坝l 、学位论文1 2 3 农村生活污水处理示范工程工艺的确定扫国内外浒理农村生活污水的经验基础e ，本玖示范f 稗需要开发出些新型有效的，特别是能有效去除氮、磷的的处理i 殳施用于处理太湖流域的农村生活污水，以此来改善太湖周边地医日益恶化的水体环境污染问题。钊对农村生活污水特点以及农村的经济情况，采h j 自然挣化原理，选用滴滤池与人l 湿地处理相结合的技术研究处理农村生活污水，只有开创性和可行性。本次示范：r 程采用的i 殳计污水处理一l 一艺流程如f 图所示。回流；生活污水b 再f l r 瓢瓦1 j 一i 五i _ 一一排放图卜1农村生活污水处理工艺流程1 2 4 滴滤池一人工湿地组合工艺技术应用在采用滴滤池一人工湿地组合系统进行农村生活污水处理时应考虑如下几个问题：( 1 ) 保证滴滤池系统布水的均匀性，以使滤料润湿均匀，在整个滤池中获得良好的生物膜结构，提高对污水处理的效果。( 2 ) 滴滤池采用自然通风，不需附加动力系统，供氧无需能耗，但在季节变化时需考虑温度的差异性对滴滤池通风效果的影响。( 3 ) 滴滤池运行过程中需要考虑温度对其处理效果的影响，特别是在冬季时应加强保温措施。( 4 ) 由于滴滤池本身对营养物质去除并不彻底，且出水中带出少量脱落的生物膜碎片，不能直接排放，需要考虑后续处理。将滴滤池出水经人1 湿地处理系统处理，在去除有机物、s s 的同时可进一步去除n 、p 营养素，这是一种有效且经济的方法。( 5 ) 人工湿地处理系统可以根据农村特点，有选择性地种植水生型蔬菜，既使污水得到良好的处理效果又可以产生一定的生态及经济效益。滴滤池与人工湿地相结合的技术是一种具有独创性的新型农村生活污水处理技术，具有投资低、能耗和运行成本低、管理简单等特点。同时考虑了资源化处理的方向，比较适合于农村地区的实际情况，有利于在农村推广。作为农村生活污水处理的示范工程，利用自然净化与人工强化的原理，将滴滤池与人工湿地相结合的技术应用于处理农村生活污水仍不失为一个有益的尝试。4笫二章试验装置及方法_ - h - _ _ _ _ - _ _ _ ，_ _ h _ _ _ _ 第二章试验装置及方法2 1 试验场地及试验装置2 1 1 试验工艺流程试验装置建于宜兴市大浦镇漳南新村。污水处理收集管网及工程于2 0 0 4 年2 月中旬开始施工，3 月初建成。3 月中旬安装设备，零星工作( 装填料、人工湿地填充介质等) 于4 月初完成。农村生活污水处理系统采用滴滤池一人工湿地( t r i c k l i n g 川t e r _ c o n s t r u c t e dw e t l a n d 以下简写为t fc w ) 主体工艺。试验装置包括一座填充组合填料的水解池，一座珍珠岩熔渣填料滴滤池，一座砾石介质人工湿地系统，一套水箱及布水管道系统，一台自吸泵及一套浮球液位控制系统。试验工艺：流程图详见图2 1 。图2 1漳南新村小型农村生活污水处理工艺流程图生活污水由管网收集，进入调节池均衡水量水质，然后由自吸泵泵将调节池内的生活污水提升到高位水箱，经自动虹吸布水装置喷洒进入间隙式滴滤池，经反应后，出水由下部沟道排放到人工湿地处理系统进行深度处理，最终出水排放进入河道。本研究中采用的主体工艺为滴滤池人工湿地( t f c w ) 工艺。滴滤池与人工湿地在整个试验中将发挥重要的作用，因此滴滤池与人工湿地的工艺及结构设计就显得异常重要。2 1 2 滴滤池i ! i =| _ 广一1 一。嘈i f r 庳鬲萄= 二】耵| 匕= _ = = = = | 斗1士牟”_ 二i 当”_ 卜- f o 卜1 1十十。e j 忖；【+ 十“! _ _ 十1 i：1；，。1 利自、1 到下丁书_ i = = ；= ! r皇ir 目t i叶一_ 。- 1 斗lr 卜【h f t f t n i 删i b 军铲戮崔i j e = j l i = l 一l 一l图2 2 滴滤池工艺图图2 3 滴滤池装置现场图一d一dq扩t_司扩一l；1一d1l东南大学颂l ：学位论义设计采用低负荷生物滤池，利用间歇式布水方式，自然通风供氧，通过微生物的生物降解和滤料的截留作川，去除水中的有机污染物，完成污水的硝化。设汁容积负荷为02 0k 2 日( 7 d m 、d 。滴滤池采用方形，殴计滤料层高度为25 l n ，总窬积为3 7 5 m 。，k 、宽分别为12 5 、12 m ，池高3 2 n 1 。滤池f 部敬有高、低两排采用巾0p v c 管的自然通风孔，通风面积为0 f 3 8 m ! ，约占滴滤池截面积的2 5 。间隙式滴滤池1 ：艺图与现场照片详见图2 2 及图2 _ 3 。图2 4 珍珠岩矿渣填料图图2 5 滴滤池穿孔管布水装置图滴滤池内填充的填料为珍珠岩矿渣，该填料具有比重低、比表面积大的特点，经测定，实际密度为1 1 0 1 1 8 k m 3 ，堆积密度约为o 5 o 6 k m 3 。滴滤池顶部设置水箱以及穿孔管布水装置，布水总管采用中4 0p v c 管，支管采用中1 0p v c 管，开孔直径中3 ，斜4 5 。对开，共约1 4 0 孔，均布于滴滤池横截面，使进水能均匀喷洒在滤料上。2 1 3 人工湿地滴滤池出水进a 人工湿地进行深度处理，进一步去除、p 营养盐。设计水力负荷为0 5 m 3 m 2 d 。人工湿地采用潜流型，中间利用隔墙形成下向一上向交替流，并利用砾石作为介质，长宽为1 56 8 m ，介质深6 0 c m ，其中中2 0 4 0 m m 砾石3 0 c m ，巾5 1 0m m 砾石2 0 c m ，中砂1 0 c m 。人工湿地介质上面种植芦苇，植株距为2 0 c m 2 0 c m ，共械株约2 2 5 株，其间隙间隔分别于前后期抛种水芹菜与空心菜。人工湿地结构详见图2 6 。图2 6 潜流式人工湿地工艺图6第二章试验故置及方法2 2 试验期间水质变动分析试翰帆5 月初开始至1 1 月初结束在此期间污水处理装置大部分时间运行州气温较高，少量时间运行时气温相对较低。试验删问水质波动较大，且相对于前期稠赍结果，污水水质有机物浓度偏低，其主要原因在于：( 】) 实际运行时较少直接接入粪便水：( 2 ) 污水收集管道沿程以及贮水构筑物的渗漏。为加快装崔启动步伐，6 月中旬至7 月中旬开始进行配水试验，导致污水有机物浓度上升。8 、9 月由于附近稻田上水的影响，会出现相隔段时间水质浓度变稀的情况。进入秋季，由于农户j = i j 水量的减少，污水水质浓度上升。县体水质变化范围可参见下表。表2 1试验期间农村生活污水水质变化情况( 单位：m 班)1 项目c o d 亡rn h a 一- n丁n仲n0 3 - nn 0 2 - ni 范围4 l4 0 4 6 53 03 5 6 3 36 75 1 8 5 17 507 9 5 180 0 7 17 2 l0 0 l 13 4i 均值2 5 3 3 51 86 22 8 4 729 98 6 40 6 82 3 试验内容试验内容主要包括：( 】) 农村生活污水排放的特点研究，包括水量水质资料的长期收集分析：( 2 ) 进行滴滤池工艺方面研究，探求出最佳工艺操作条件：【l 】不同的有机负荷和水力负荷对滴滤池处理性能的影响；f 2 温度对滴滤池处理效果的影响及对策： 3 回流对滴滤池内脱氮效果的作用； 4 不同布水周期，滴滤池填料附着生物膜更新特点以及对处理效果的影响 5 】建立滴滤池的生物降解模型并对此进行分析等。( 3 ) 进行人工湿地工艺方面研究并对滴滤池人工湿地工艺作技术经济分析。2 4 试验测定和分析方法t f c w 工艺处理农村生活污水的试验水质分析阶段开始于2 0 0 4 年5 月初，止于2 0 0 4 年1 1 月上旬。整个试验期间，早期试验集中于各个处理单元的各种水质指标的处理效果分析，后期集中于各个处理单元的运行特性分析。试验分析主要测定项目有c o d c r ，b o d 5 ，t p ，丁n ，n h 4 + 一n ，n 0 3 - n ，n 0 2 。一n 。其中在分析各个处理单元运行特性时，还测定了气温，水温，d o ，p h 等指标。分析项目测试方法见下表2 2 。表2 2试验分析指标测试方法分析项强测试方法分析项目测试方法酚二二磺酸分光光度法c o d c ，重铬酸钾法n c h 。- n紫外分光光度法b o d t稀释接种法n 0 2 。一nn 一( 1 萘基1 一乙二胺光度法t p铝锑抗分光光度法p hd 计法过硫酸钾氧化t nd o碘量法紫外分光光度法n h a - n纳式试剂比色洼气温、水温温度计法东南大学坝= l 学位论文3 1 滴滤池工艺3 1 1 滴滤池工艺概述第三章滴滤池工艺性能研究生物滤池是从土壤臼净和污水灌溉，经原始的间歇砂滤池发展起来的人工生物处理技术。现已从低负荷发展到高负荷，突破了传统采用的滤料，扩大了应用范围。生物滤池的运行受气温变化的影响较小，耐冲击负荷，工作较稳定，管理容易，而且运行费用低i ”】。滴滤池是其中的最初形式，污水被喷洒到充满空气的填充塔中的滤料上，污水的处理是通过附着在滤料上的微生物来完成的。滴滤池利用空气中的传氧来氧化可生物降解的有机物而形成微生物，形成的微生物可以从滤料脱落并在后续的沉淀池中进行泥水分离。滴滤池可以崩于将n h 。+ 一n 氧化成硝态氮，硝化作用可在氧化有机物的滴滤池中进行，这一过程被称为碳氧化和硝化组台工艺，也可以先将有机物去除，然后再在一单独的滴滤池内进行硝化，这一过程被称为分段硝化工艺。对于众多的碳氧化和硝化过程来说，滴滤池都是一种的较适于选择应用的方法。滴滤池一般包含五个主要部分：( 1 ) 滤料床层；( 2 ) 构筑物；( 3 ) 布水( 或注水) 系统；( d ) 集水系统；( 5 ) 通风系统。滤料床层为微生物提供生长的附着表面，是滴滤池的主体，对滤池的净化功能有直接影响。滤料应具备的条件是：质坚、高强、耐腐蚀、抗冻性；较高的比表面积，表面适宜于微生物附着，也适宜于使污水均匀流过：较大的空隙率；就地取材，便于加工、运输。滴滤池多采用实心拳状的滤料，如卵石、碎石、炉渣和焦炭等。构筑物用于固定滤料、接纳污水，并且控制风的影响。布水系统将污水均匀地分布在滤料床层上。均匀分布对确保所有滤料的润湿很有必要。布水系统也可以用来控制布水频率，而布水频率会影响操作性能。集水系统有两个作用，一是收集处理后的污水以便进一步处理或排放；二是提供强制通风系统以使空气能通过开放的滤料床层，由此提供好氧代谢所需要的氧气。空气垂直通过滤料，提供微生物代谢所需要的氧气。通风可通过自然通风或机械方法来实现。在自然通风系统中，滴滤池内外空气的密度差引起滴滤池内部空气上升或下降，这样会在滤料中产生连续的气流。由于滴滤池内部空气很快被水蒸气所饱和，达到处理废水的温度，所以会出现密度差。因此密度羞的大小取决于周围空气的温度和湿度。自然通风的一个缺点是会出现中性密度的情况，这会导致滴滤池内缺乏空气流动而形成厌氧条件。在强制通风系统中，空气通过机械的方法作用于滴滤池。在任何情况下，空气都必须均匀地分布在滤料上以确保氧气供给整个生化反应器。3 1 2 滴滤池污水处理原理3 1 2 1 滴滤池除污染机理滴滤池内的滤料为微生物生长提供了载体表面，从而使微生物附着在其上。污水在流经载体表面的过程中，通过有机营养物的吸附、氧向生物膜内部的扩散以及在膜中所发生的生物氧化等作用，对污染物进行降解。在滴滤池中t 污染物、溶解氧及其它物质首先要经过液相扩散到生物膜表面，再进到生物膜内部，只有扩散刽生物膜表面和内部的污染物才能有机会被生物膜中的微生物分解和转化，并最终形成个各种代谢产物。溶解性有机物通过扩散进入到载体表面l 的生物膜内，且作为碳源的能源被异养菌所利用。胶体状和j 颗粒状有机物也能扩散到生物膜内，首先通过吸附和截留被去除，然后这些第三章淌滤池 j 艺性能研究物质在胞外酶的作用“f 水解成可溶性的有机物而被生物膜内的异养菌所代谢。n h 。一一n 也会扩散到生物膜内，在那里部分n h 。n 朋j 二异养菌进行微生物台成，剩余的部分由硝化细菌氧化成硝态氮。有机物的去除和硝化作用会j 。生人量的微生物使得生物膜捍度增加。当生物膜达到一定厚度时，滤料将不再能支撑，过繁的生物膜将脱落进入出水中。由于生物膜被同定在载体上，在一定范围内，生物量不会受到污水的水力停留时间的直接影响，增殖速率慢的微生物也能生长繁殖。所以生物膜上的微生物种类是多种多样的而且可以形成稳定的生态系统。总之，污永中的有机物及其它污染物的去除楚依靠生物膜的正常代谢活动和保持好氧层膜的生物活性，因此底物及溶解氧接触并扩散到生物膜，是保证生物膜发挥氧化作用的前提条件。3 1 2 2 硝化作用氨氮在有氧存在的条件下被微生物氧化为亚硝酸盐并进一步被氧化为硝酸盐，这一作用称作硝化作用。由氨氮变为硝酸盐的硝化反应是由两组自养型好氧微生物通过两个过程来完成的。第一步由亚硝化菌( n i t r o s o m o n a s ) 将氨氮( n h 3 、n h d 。) 转化为亚硝酸盐( n o ，一) ：2 n h 4 。+ 3 0 2 2 n 0 2 一+ 2 h 2 0 + 4 h + + 6 1 9 k j( 3 1 )第二步再由硝化菌( n i t r o b a c t e r ) 将亚硝酸盐氧化成硝酸盐( n 0 3 。) ：2 n 0 2 。+ 0 2 2 n 0 3 。+ 2 0 u( 3 - 2 )硝化菌细胞的化学组成一般用c 5 h ，n 0 2 表示，则包括氨氮氧化和新细胞合成的总反应式为：n h 4 1 + 】8 3 0 2 + 1 9 8 h c 0 3 一帕0 2 c s h 7 n 0 2 + 09 8 n 0 3 。+ l0 4 h 2 0 + 1 8 8 h 2 c 0 3 ( 3 3 )由于n h 4 + n 氧化为n 0 2 - n 所产生的能量大约为n 0 2 n 氧化为n 0 3 n 时所产生的能量的4 5倍，因此硝化在稳态条件下，生物处理系统不会出现亚硝酸盐的积累。且由于硝化细菌的增殖速率很低，在活性污泥系统中为了充分地进行硝化反应必须有足够的泥龄oc 。oc 可以定义为：系统中生物固体总量系统中每日排出生物固体总量。0c m 。2 1 u nm a x( 3 4 )式中：e 。实现硝化所需的最小泥龄，d “n 。硝化菌的最大比生长速率，d 。而对于生物膜系统来说，由于生物膜粘附在载体上，泥龄足够维持n h 。+ - n 的硝化。任何生化反应都是在一定的环境条件下发生的，因此必定会受到环境因素的影响，对生物硝化过程产生影响的环境因素主要包括：进水c ，n 比，温度，溶解氧，p h 值及有毒物质等【1 7 】。3 1 3 生物滤池的工艺比较滴滤池是一种稳定、可靠、经济的废水处理工艺。能耗比活性污泥系统要低，这也是在能量成本迅速提高的2 0 世纪8 0 年代，滴滤池又重新开始流行的原因，而且该工艺的操作也比较简单。因此简单、稳定和相对较低的能耗已使滴滤池工艺成为碳氧化和硝化的普遍选择。表3 j 总结了各种生物滤池的各自特点和参数范围。表3 】生物滤池工艺比较1 ”9东南人学f ! 一| j 学位论文3 j 4 影响滴滤池运行的因素滴滤池去除污染物的过程是由附着生艮庄滤料表面的微生物来完成的，而这些微生物又都生活在各向形成的特定环境中，与环境条什的荧系极为密i ：j j 。环境条件的改变势必影响到滴滤池的运行并对其净化功能产生影响。一股认为，滴滤池的主要影响因素有进水污染物浓度与营养物质、：j 艺负荷、通风状况、温度、滤床深度、回流、生物膜周甬的水力剪切力、p h 以及某些污染物对微生物的抑制与毒性作用等! 0 1 1 “。3 1 4 1 污染物浓度与营养物质滴滤池处理污水过程中，由于污水中有机物组分是生物膜微生物食物与能量的主要来源，因而污水流量及其中的有机物含量就会影响反应器的性能，滤池出水中的污染物浓度将随进永浓度的改变而改变。在滴滤池内部微生物的比生长速率取决于流经滤池的水体的基质浓度。生物膜的生长率从滤池的顶部逐渐向下减少，而且随着微生物的生长，生物膜的厚度由流体剪力确定，有周期性变化的趋势。生物膜上的微生物，在其新陈代谢过程中需要不断从外界环境中汲取物质并获得能量以台成新的细胞物质。因此，生物膜微生物所赖以生长的环境中所含营养物质的多少及其相互之间的比例决定了微生物细胞的合成、生艮及繁殖，也影响到滴滤池的处理效能。3 1 4 2 工艺负荷工艺负荷此处表示为两个方面的内容，即有机负荷与水力负荷。对于生物膜法中的滴滤池来说，由于微生物在整个生物反应器上分布不均匀，而且滴滤池中微生物的浓度一般也不容易确定，因此，滴滤池中的微生物不能用单一的参数来表征。在滴滤池工艺中，一般用单位容积上基质量来表示 艺的有机负荷，有机负荷对于任何一种生物处理反应器都是较为重要的影响因素。水力负荷也同样影响滴滤池的性能，只要有机负荷不变，滴滤池的理论性能就对总水力负荷不甚敏感。实践经验表明旦达到最小的总水力负荷，这一结论是可以肯定的，因为撮小的总水力负荷可以保证滴滤池内滤料的完全润湿和完全利用。一般对于石料型滤料来说，实践中所采用的总水力负荷最小值在0 3 5 o 7 5 m m 之间。3 1 4 3 通风与溶解氧微生物对有机物的分解和使n h 。+ 一n 转化为n 0 3 。一n 的过程中均需要氧的参与，氧对好氧微生物有两个作用：( 1 ) 在呼吸中氧作为最终电子受体：( 2 ) 在某些醇类和不饱和脂肪酸的生物合成中需要氧，并且只有溶解氧才能被利用口”。如果溶解氧不足，轻则好氧微生物的活性受到影响，新陈代谢能力降低，重则微生物的生长规律遭到影响，甚至破坏。若溶解氧严重不足，厌氧微生物将大量繁殖，好氧微生物受峥日制而火量死亡，这时反应器中的生物膜将恶化变质，发黑发臭，处理水质显著f 降。为了保持微生物对有机物和n h t +