农村污水处理方案设计提升生活质量

第一章农村生活污水概述

1.1农村生活污水现实状况

农村生活污水是指农村地区居民在生活过程中形成的污水，重要来源是单户型的家庭生

活污水。据国家环境保护总局在《国家农村小康环境保护行动计划》中指出，全国农村每年产

生生活污水约80亿L而建设部《村庄人居环境现实状况与问题》调查汇报，对我国具有代表

性的9个省43个县74个村庄的入村入户调查显示，96%的村庄没有排水渠道和污水处理系统，

生产生活污水随意排放，导致河流和水塘污染，导致农村人口饮水困难，影响村民居住环境，

严重威胁农民的身体健康。在我国农村，有3亿多人喝不上洁净口勺水，其中超过60%是由于非

自然原因导致的饮用水源水质不达标，7亿人的饮用水中大肠杆菌超标，1.7亿人的饮用水受

到有机污染二同步，由于农药等化学物质的广泛使用，致使许多地方口勺地方水已经不合用于

饮用，严重影响了人民群众的身体健康和农村经济的健康发展。有人这样形容中国农村的人

居环境现实状况：假如把全国的村庄合并为10个村口勺话，4个村没有自来水；3个村在猪圈

或厕所旁打了一口井，供人们饮用：10个村庄都把脏水往外泼；9个村庄还在使用老式旱厕;

9个村庄仍然随便找个地方填埋垃圾；4个村庄下雨出不来;5个村庄夜里进不去。

伴随新农村建设和农村城镇化进程加紧，农村生活污水的有组织排放量将会大大增长，

而现阶段我国小城镇污水处理率还不到10肌农村地区生活污水H勺处理率更低，绝大部分生

活污水未经处理直接排放。尽管都市生活污水二级生物处理技术已经较完善，但目前用于农

村生活污水口勺治理还存在一种较大的难点，即一般都市污水处理厂投资和运行费用较大，对

于一种日处理1万t都市生活污水的处理厂，投资约在1500万元左右，年运行费用约为150〜

200万元，因此农村生活污水处理厂就算建得起，也运行不起。止匕外，我国农村技术力量还

比较微弱，很难满足常规都行生活污水处理厂的技术规定。为了主线处理这一问题，必需寻

求一种投资小、运行费用低、操作简便、处理效果好的技术用于农村生活污水日勺治理中，保

证已建成日勺污水处理厂能长期稳定正常运行。

1.2农村生活污水特性

1.2.1水质特性

（1）农村生活污水水质展既有机物和氮磷浓度高的特点，但由于家庭生活污水中可生化

有机物含量高，农村生活污水的生化性一般很好。徐洪斌等।针对我国太湖地区农村生活污水

研究发现，其总体排水水质为.（COD）=350-770mg/L,p（B0D5）=200-400mg/L,p（TP）二

2.5〜3.5mg/Lp（TKN）=30〜40mg/L,p（BOD5）/p（COD）在0.45〜0.55之间。

（2）农村生活污水中的黑水（包括粪尿及厕所冲洗水）和灰水（洗浴、洗衣和厨房产生的

水）

在水质、水量上均存在很大差异。灰水水量较大，一般占总水量的50%〜80%:但水中污染物

质含量明显较低，便于处理，且存在回用价值。研究表明:将灰水同用于冲厕或浇灌，可节

约家庭用水总量艮130%〜50%。黑水虽然水量小，但污染物质、病原菌含量高，处理难度大。

Almeida等7针对生活污水进行分析，发现黑水对生活污水中COD、TSS、NH3T、P04-P的奉献

率分别到达了43〜9%、77〜4乐97〜居、79〜8乳可见黑水是生活污水的重要污染来源。

（3）大部分农村生活污水的性质相差不大，水中基本上不具有重金属和有毒有害物质（但

伴随人们生活水平的提高，部分生活污水中也许具有重金属和有毒有害物质），含一定量的氮、

磷，水质波动大。

（4）不一样步段的水质不一样。

1.2.2水量特性

（1）一般农村的生活污水量都比较小，除小城镇外，农村人口居住分散，水量相对较少,

对应地产生的生活污水量也较小；

（2）变化系数大，一般在3.0〜5.0之间。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，夜间排水量小，甚至也许断流，水量变化明显，即无水排放呈不持续状态，

具有变化幅度大的特点；

（3）在上午、中午、下午均有一种高峰时段。

第二章农村生活污水处理技术状况

目前国内外应用农村生活污水治理的处理技术比较多，从工艺原理上可归为两类：第一

类是自然处理系统，运用土壤过滤、植物吸取和微生物分解的原理，又称为生态处理系统。常

用的有：人工湿地处理系统、土地处理系统、稳定塘等。第二类是生物处理系统，又可分为

好氧生物处理和厌氧生物处理。好氧生物处理是通过动力给污水充氧，培养微生物菌种，运

用微生物菌种分解、消耗吸取污水中的有机物、氮和磷，常用口勺有：AB法、A?/0法、A/0法、

SBR法、生物接触氧化法等。厌氧生物处理是运用厌氧微生物口勺代谢过程，在无需提供氧气口勺

状况下把有机污染物转化为元机物和少许的细胞物质，常用的有：厌氧-兼氧无能耗污水生

物净化处理、厌氧滤池、复合厌氧处理技术等。

2.1生态处理系统

2.1.1人工湿地处理系统

人工湿地污水处理技术是运用人工水生态系统内多级生物的稀释降解作用来清除或减弱

水中污染物欧I措施。重要由人工基质、水生植物、微生物三部分构成。其中，基质表面巨大

口勺生物膜首先为微生物的生长提供稳定依附表面，同步也为水生植物提供了载体和营养物质，

目前，广泛应用的重要为砂、砾石和卵石；湿地中植物在污水净化工程中有直接和间接作用，

水生植物通过通气组织的运送，将氧气运送到根区，在植物根系周围微环境中依次会出现好氧

区、兼氧区和厌氧区，废水中大部分有机物可在好氧区被好氧微生物氧化分解，常见的I微生

物有放线菌、磷细菌、硫细菌、亚硝化细菌、硝化细菌等，它们在分解有机物、脱N除P日勺

过程中发挥了重要作用。人工湿地的造价和运行费用远比老式日勺生物吸附氧化和活性污泥处

理工艺费用低，且土建施工较简朴，污水可自流进入，无需额外动力，据调查，人工湿地处

理系统比一般污水处理系统的工程投资节省40%〜50%,运行费用仅为一般污水处理系统的

10%〜30机此系统不仅能使C0D和B0D的清除率到达85%以上，还能除磷脱氮。据记录，人工湿

地对不一样污染物成分的处理效果见表1"。

表1人工湿地对不同污藻物成分的处理效果

污染物去羚率（7）污染物去除率（7）

BOD,>85SS>91

NII3-N>76TN>8-4

TP>87VAS>

氢笨>81氯帧>82

农约类>89其它举奕>95

肠病将>04金曲总数

抹虫卵i>99沙「1氏阳>99

人肠的时>09哩的体>99

因此人工湿地是一种综合的生态系统，具有明显的经济效益、生态效益和社会效益，适

合我国国情，尤其适合广大农村、中小城镇的污水处理，具有极其广阔的应用前景。

2.1.2土地处理系统

污水土地处理技术属于二壤渗滤系统，是实现污水资源化的重要途径，它对EOD、COD、

氨氮、总氮和总磷有着较高的清除率，具有投资省，运行费用低，管理简朴和处理效果稳定

等长处，有净化污水，美化绿化环境和节省水资源的综合效果，但有占地面积大，受气候影

响大、对土质规定较高等缺陷，一般以土质通透性能强，活性高，水力负荷大，处理效率好

为原则。合用于地下水位深、有废弃土地资源的村镇。土地处理技术包括慢速渗滤、迅速渗

滤、地表漫流等处理技术，进入土地处理前需考虑预处理，污水预处理的程度和方式应综合

土壤性质、污水土地处理的措施、处理后水质规定及场地周围环境条件等原因确定，一般来

说，慢速渗滤和迅速渗滤系统需要一级沉淀预处理，地表漫流系统需要格栅和沉淀池。

稳定塘

稳定塘是通过人工合适修整后设围堤和防渗层的污水池塘。其净化原理类似汽然水体的I

自净机理，通过微生物(细菌、真菌、藻类、原生动物等)的代谢活动，以及相伴的物理、

化学、物化过程，使污水中污染物进行多级转换、降解和清除。按净化作用机理分为兼性塘、

曝气塘、好氧塘、厌氧塘和综合生物塘等。稳定塘建造投资少、运行维护成本低、无需污泥

处理，但负荷低、占地大、受气候影响大、处理效果不稳定。合适我国村镇以生活污水为主

日勺小水量污水处理。为深入强化处理效果，国内外相继推出了许多新型塘和组合塘。如装有

持续搅拌装置的高效藻类塘、运用水生维管束植物提高处理效率的水生植物塘、多种好氧和

厌氧稳定塘相连口勺多级串联塘以及高级综合塘等。其中，高效藻类塘应用较多，是对老式稳

定塘的改善，其充足运用菌藻共生关系，对污染物进行处理，正因其最大程度地运用了藻类

产生的氧气，塘内的一级降解动力学常数值比较大，故祢之为高效藻类塘'目前已在太湖地

区开展了高效藻类塘系统处理太湖地区农村生活污水啊试验研究。

2.2生物处理系统

好氧生物处理

(1)AB工艺(Adsorption-Biooxidation)

AB工艺是吸附生物氧化工艺的简称，80年代初应用于工程实践。该工艺是在老式两段活

性污泥法(Z-A法)和高负荷活性污泥法的基础上开发的一种新工艺，对曝气池按照高下负荷

分二级供氧。A级负荷高，减省了曝气池的容积曝气时间短，产生污泥量大，污泥负荷在

2.5KgB0Ds/(KgMLSS.d)以上。B级负荷低，污泥龄较长，A、B两级各设沉淀池单独成系统。

系统负荷高，运行较稳定，污泥不易膨胀，有一定的脱氮除磷能力。合用于进水浓度高的多

种规模的污水处理厂。但也存在流程较长，污泥回流量较大，能耗较高等问题。

（2）A2/0工艺（Anaerobic-Anoxic-Oxic）

A,/0工艺是伴随污水中的氮、磷浓度越来越高,而排放原则对氮、磷的排放规定也越来越

高的状况下开发出来的一种具有除磷、脱氮功能口勺二级处理工艺。通过该工艺可获得优质的

出水。A?/。工艺通过污泥回流和内回流（硝化液回流），在流程中形成厌氧-缺氧-好氧三个反

应阶段。通过好氧菌、硝化菌、聚磷菌和反硝化菌的作用，到达除磷、脱氮的效果。A70I

艺出水优质、稳定，是一种高效的污水处理工艺。但其具有流程长、占地面积较大、投资和

运行费用较高、操作运行较复杂的缺陷。

（3）A/0工艺

若在A?/。工艺的基础上取消缺氧阶段和内回流（硝化液回流），减少污泥浓度、压缩污泥

龄、控制硝化,以清除CODgBODs和磷为主,就是A/0除磷工艺；假如在A70工艺的基础上

取消厌氧段，克制磷的释放，以清除COD.,、BODs和反硝化脱氮为主，就是A/0脱氮工艺。A/0

工艺出水除TN指标或总磷指标较A?/。工艺高外，其他方面具有与A?/。工艺相似的特点，H.

投资和运行成本均比A?/。工艺低，运行管理较A?/。工艺简朴。该工艺具有如下特点：

（1）总水力停留时间少于其他脱氮除磷工艺；

（2）缺氧（厌氧）、好氧交替运行，不利于丝状菌繁殖，无污泥膨胀之虞；

（3）A段维持缺氧（厌氧）环境，不需曝气，只需缓慢搅拌，运行费用较低。

（4）SBR法（SequencingBatchReactor）

SBR工艺又称序批式活性污泥法工艺，是一种一体化的工艺，其进水、反应、沉淀、出

水均在一种池内完毕，使污△在厌氧、缺氧、好氧不停交替的条件下完毕对有机污染物口勺降

解，同步到达脱氮除磷口勺目口勺。在老式SBR工艺的基础上又发展了诸多改良工艺，如ICEAS、

CAST、UNITANK、MSBR等。SBR工艺流程简朴、占地少、处理效率较高、抗冲击负荷能力强的I

特点，由于间歇运行和水位变化，设备和构筑物闲置率较高，自动化控制水平规定较高，与

后续处理工艺衔接上存在困难。

(5)生物接触氧化法

生物接触氧化法是生物膜法的一种。该措施是在池内设置填料，已经充氧口勺污水浸没所

有填料，并以一定日勺速度流经填料。填料上长满生物膜，污水与生物膜相接触。在生物膜微

生物日勺作用下，污水得到净化。生物接触氧化法适于可生化性很好日勺废水，无常规活性污泥

法的污泥膨胀等问题，但存在耗电量高、设备材料维护困难等问题，处理效率不如常规活性

污泥法。

厌氧生物处理

(1)厌氧-兼氧无能耗污水生物净化处理

该系统运用生物膜、生物滤池等手段进行兼氧、好氧分解，以厌氧消化工艺为主体，辅以

生物氧化塘作深度处理，通过多级自流,、分段处理、逐层降解啊形式，处理村内汇集来的］污

水，整个处理过程不耗用动刀，而是运用重力自然推流。由于采用厌氧消化工艺，污泥减量

明显，一般仅需3-5年清掏1次，运行费用低、维护管理简便。经该系统处理后的污水，SS、

COD、BOD5、NH3-N、TN、TP平均清除率分别为49%、21%>41%51%、40%、45%,出口水质

各项指标均优于GB89787996《污水综合排放原则》一级原则的规定。

(2)厌氧生物滤池

厌氧生物滤池的构造类似好氧生物接触氧化池，不一样之处在于池顶密封［12］,其工程

投资、运行费用低，对维护人员口勺规定不高，已在我国农村应用。如北京胡家堡村采用厌氧

生物滤池处理生活污水，出水水质达北京市《水污染物排放原则》(DBU/307—2023)的

二级原则。此外，若将厌氧生物滤池技术与好氧生物技术联合使用，出水水质可到达《城镇

污水处理厂污染物排放原则》(GB18918-2023)H勺一级A原则［20］。

(3)复合厌氧处理技术

复合厌氧处理技术是厌氧活性法和厌氧生物膜法相结合的处理措施。上海市政工程设计

研究总院根据数年积累的污水治理经验，结合农村生活污水处理的实际需求，自主开发了复

合厌氧反应器，并成功应用于农村生活污水处理。该复合厌氧反应器由轻质滤料层、悬浮厌

氧污泥床等构成，经厌氧活性污泥和生物膜日勺双重协同作用，污染物清除效率极大提高。此

外，通过在反应器中设置特殊轻质滤料层，防止了污泥流失，提高了反应器欧I容积负荷和处

理效果。实际工程的跟踪检测成果表明，复合厌氧反应器对COD和SS体现出良好口勺清除效果。

第三章人工湿地概述

3.1人工湿地的含义

在1971年《湿地公约》中，湿地定义为:不管其为天然或人工、长期或临时的沼泽地、

混炭地或水域地带，带有静止或流动，或淡水、半咸水或咸水水体者，包括低潮时水深不超

过6m『、J水域。湿地是地球上水陆作用形成的独特生态系统,是重要的生存环境和最富生物多样

性的自然生态景观之一。并且它在抵御洪水、调整径流、改善气候、控制污染、美化环境和

维护区域生态平衡等方面有非常重要的作用，被誉为“自然之肾”。

而人工湿地是在自然条件下不存在湿地的地方，人为地发明湿地条件及种植对应植物等

而发展成口勺湿地。美国著名湿地研究、管理和设计专家Hammer等将人工湿地定义为：为人类

口勺运用和利益，通过模拟自然湿地人为设计与建造的，以饱和基质、挺水和沉水植物、动物

和水体构成的复合体。而我国国内学者对人工湿地的定义为：通过模拟天然湿地的成果和功

能，选择一定的地理位置和需要，根据人们的需要设计和建造的湿地。

人工湿地污水处理系统运用自然生态系统中日勺物理、化学和生物的三重协同作用来实现

对污水的净化作用。这种湿地系统是在一定长宽比及地面坡度欧I洼地中，由土壤和按一定坡

度充填一定级别日勺填料（如砾石等）混合构造日勺填料床构成，并在床体日勺表面种植具有处理

性能好、成活率高、抗水性强、生长期长、美观且具有经济价值H勺植物（如芦苇、范芷等挺水

植物），它与在水中、填料中生存的动物、微生物形成一种独特的动植物生态环境，污水流经

床体表面和床体填料缝隙时，通过过滤、吸附、沉淀、离子互换、植物吸取和微生物分解等实

现对污水日勺高效净化处理二

污水处理型人工湿地是以人工湿地（床和塘系统）处理为主FI勺包括前处理和后处理的污水

处理工艺。前处理单元包括多种预处理工艺，如格栅、沉砂池、沉淀池、调整池、化巽池等；

后处理单元即人工湿地单元重要是人工建造的多级植物床、植物塘组合的湿地单元及水流控

制设施。在实际运用中，人工湿地可由单一或多种植物床（具有一种或多种植物、一种或多种

基质及一种或多种水流方式构成），又可是一种或多种植物床和植物塘或兼性塘、氧化塘等多

种类型湿地单元组合而成。

3.2人工湿地的分类

当今国内外学者对人工湿地系统的分类多种多样。从工程设计的角度出发,按照系统布水

方式的不一样或水在系统中流动方式不一样一般可分为自由表面流人工湿地、水平潜流人工

湿地、垂直潜流人工湿地。

自由表面流人工湿地。

这种类型的人工湿地和自然湿地类似,污水以较慢的速度从湿地表面流过,污水中有机物

口勺清除重要依托生长在水下的植物的茎和杆上口勺生物膜来完毕，湿地中的氧重要来自于水体

表面扩散、植物根系的传播和植物口勺光合作用，水深多在之间，难以运用填料表面

61n

和生长丰富的I植物根系对污染物的降解作用。常用日勺植物包括：香蒲、芦苇、慈菇、莎草等。

这种类型日勺人工湿地具有投资少、操作简朴、运行费用低等长处，但占地面积较大，水力负荷

率较小,去污能力有限;并且系统的I运行受气候影响较大，水面冬季易结冰,夏季易生蚊蝇,散

发臭气。

芦苇

自由表面流人工湿地示意图

水平潜流人工湿地。

污水从进口经由砂石等系统介质，以近水平流方式在湿地床的表面下流动，基质一般由

矿石和粗砂构成，从而能提供较多日勺孔隙以使污水能迅速渗漏到整个基质床。首先可以充足

运用填料截留、过滤等作用，充足运用植物根系周围的微生物群落，提高处理效果和处理能

力；另首先由于水流在地表如下流动，保湿性很好，处理效果受气候影响较小，占地较少，

并且卫生条件很好。介质一般选用水力传导性良好日勺材料，氧重要通过植物根系释放。一般

状况下，这种人工湿地的出水水质优于老式的二级生化处理。不过它较表面流湿地建设成本

高、控制也相对复杂，脱氮、除磷效果不如垂直流湿地。目前欧洲国家大多采用这种设计类

型，重要应用芦苇，因此又称芦苇床处理系统。香蒲也是常用日勺湿地植物。

潜流人工湿地示意图

垂直潜流人工湿地。

污水从湿地表面纵向流向填料床的底部,床体处在不饱和状态,氧可通过大气扩散和植物

传播进入湿地。其硝化能力高于水平潜流人工湿地,可用于处理氨氮含量较高的污水。但处理

有机物能力不如水平潜流人二湿地系统,落干/淹水时间较长,控制相对复杂，夏季有孽生蚊蝇

口勺现象。

三种人工湿地处理污水系统类型比较

特征表面流湿地水平潜'流湿地垂直流湿地

水体流动表面漫流基质下水平流动表面向基质底部纵向流动

水力负荷较低较高较高

去污效果一般对BOD、COD券有机物和重金属去除效果好对N、P去除效果好

系统控制筒单，受季节影响大相对复杂相对复杂

环境状况旦季有恶臭、簟生蚊蝇现象良好旦季有恶曳、微生.蚊婶现盆

3.3人工湿地时构成

人工湿地是一种完整日勺生态系统，重要由五个基本要素构成，各部分协同作用。

⑴透水性日勺基质

人工湿地H勺基质用来支撑湿地植物、蓄纳污水和为污染物提供物理、化学和生物转化场

所。常用日勺人工湿地基质重要包括砾石、碎石、砂、土壤、有机质，为微生物提供稳定日勺依

附表面，同步为水生植物提供载体和营养物质。基质选择重要考虑其质地、有机质含量、pH、

电导率等，同步需要考虑待处理污水的|类型、地理原因和经济原因。

⑵好氧和厌氧微生物

微生物是人工湿地净化污水的重要“执行者”。人工湿地口勺许多功能是由微生物及其代

谢作用调整的。人工湿地中的微生物包括细菌、酵母菌、真菌、原生动物和藻类，他们是净

化污水的重要奉献者，是人工湿地重要时有机碳汇。微生物的作用：转化有机或无机物质为

无毒或不可溶物质、变化基质的氧化还原条件来影响湿地的处理能力、参与湿地的养分循环。

伴随污水处理的时间，人工湿地某些微生物的数量逐渐增长，并形成可以适应并运用污水中

污染物I向特定群落。

⑶水生植物

水生植物自身的吸取作用以及为微生物提供生境，使之成为湿地必不可少口勺一部分。其

重要口勺功能就是向基质输送氧气，为微生物降解污染物创立好氧微环境。最常用的人工湿地

植物是自然湿地挺水植物，如芦苇和香蒲等。不过由于人工湿地的植物必需能忍耐长期的海

水和浓度时常变化的多种污染物，因此并不是所有的湿地植物都适合污水处理。选择人工湿

地植物的首要原则是植物有发达的根系，并且能迅速扩繁，另一方面，植物必须具有良好的

通气组织，以便有效地将氧输送到根际，为植物根系和微生物发明良好的微生境。人工湿地

植物应尽量选用当地日勺乡土植物，由于它们更能适应当地的气候、土壤和周围的动植物环境。

⑷无脊椎或脊椎动物

如大量的土坡动物、鱼类、鸟类等。

⑸水

水是湿地得以存在的前提和保障，也是水生植物和动物生存的必需条件，是湿地生态系

统的重要构成部分和明显特性之一。水文周期和水中营养物质日勺含量变化均会对湿地产生重

大影响。湿地中水的运动受降雨、蒸发、风、基质日勺性质及植物的影响。对人工湿地而言，

这些原因将以多种方式影响污水处理欧I效果。例如，降雨可以稀释污水日勺浓度、增长出水径

流、从而缩短污水中H勺污染物与人工湿地生态系统互相作用的时间。相反，蒸发作用则会浓

缩污水、减少出水，从而增长污水的水力停留时间。

3.4人工湿地的净化机理

人工湿地具有独特而复杂的净化机理,运用基质一微生物一植物复合生态系统的物理、化

学和生物的三重协调作用，通过过滤、吸附、沉淀、离子互换、植物吸取和微生物分解来实现

对废水的高效净化。同步,通过营养物质和水分的生物地球化学循环,增进绿色植物生长并使

其增产,实现废水的资源化和无害化。

(1)有机物的清除。

湿地对有机物的清除重要是靠微生物口勺作用。土壤具有巨大的比表面积,在土壤颗粒表面

形成一层生物膜,污水流经颗粒表面时，不溶性口勺有机物通过沉淀过滤吸附作用很快被截留，

然后被微小生物运用；可溶性有机物通过生物膜的吸附和微生物的代谢被清除。植物向土壤中

传播氧气，使得人工湿地中的溶解氧呈区域性变化，持续展现好氧、缺氧及厌氧区域。因而土

壤中存活着好氧菌、厌氧菌和兼性菌。好氧菌通过代谢将有机物分解为二氧化碳和水;厌氧菌

发酵将有机物分解为二氧化碳和甲烷。污水中日勺大部分有机物最终被异养微生物转化为微生

物体、二氧化碳、甲烷和水、无机氮、无机磷。

(2)氮的清除。

污水中的氮基本以有机氮和氨氮两种形式存在。有机氮在微生物作用下被分解为氨氮。

废水中无机氮的清除，植物直接吸取只占很少的一部分，重要的清除途径还是通过微生物的氨

化、硝化和反硝化作用来完毕日勺。如前所述,人工湿地中持续展现好氧、缺氧及厌氧区域，相

称于许多串联或并联A/0处理单元，使硝化和反硝化作用可以同步进行:在这样的土壤环境中,

氨氮被亚硝化菌转化为亚硝态氮,亚硝态氮又被硝化菌氧化成硝态氮,最终反硝化菌又把硝态

氮转化为氮气,最终从污水中清除。

(3)磷的清除。

污水中磷的清除是通过植物时吸取、微生物的积累及湿地床的I物理化学等几方面共同作

用完毕的。污水中的溶解性的磷可被植物直接吸取,通过植物的收割从湿地系统中清除,但植

物的吸取作用只占很少的一部分，缪绅裕等“在研究中发现,加入系统中的磷重要存留在土壤

中，留存于植物体和凋落叶中的很少。磷的另一清除途径是通过微生物的作用，首先磷为微生

物正常代谢所需要被微生物E常同化吸取，另首先是通过聚磷菌的过量摄磷作用使磷清除口勺。

尚有，磷被介质(土壤或填料)通过吸附或离子互换作用而得以清除。在这几种作用中介质的

吸附是重要的,通过对湿地床的定期更换而将其从系统中清除。

(4)硫化物的清除。

人工湿地对硫的清除重要是微生物的分解及植物的吸取。有机硫化物经矿质化被分解成

硫化氢,部分硫化氢挥发逸出湿地,部分则通过硫磺细菌和硫化细菌口勺硫化作用形成硫磺、硫

酸,它们与土壤中的多种离子结合形成无机硫化物。无机硫化物部分会被植物吸取运用，也有

一部分会在反硫化细菌的作用下经反硫化作用形成硫化氢，硫化氢再逸出湿地或又参与硫化

作用。

(5)重金属口勺清除。

湿地对重金属的清除重要是土壤或填料对重金属的吸附和反应，吸附有离子互换吸附和

专性吸附。污水中重金属离子浓度一般很低,不能与土壤中无机阴离子形成金属沉淀,它可以

与土壤中日勺有机质络合,增强重金属对土壤日勺亲和性。土壤中微生物对重金属的清除也有相称

日勺作用，它们可通过胞外络合作用、胞外沉淀作用固定重金属,还可把重金属转化为低毒状态,

也有日勺转化为毒性更强的物质。此外尚有植物对重金属的积累,重金属以多种形态存在,其中

溶解性时可被植物吸取在植物中积累，茎以上部分可随植物的收割最终从湿地中清除,不溶性

的可被介质的过滤作用截留。尚有大片密集的植株以及它们发达的地下部分形成的高活性根

区网络系统和浸水凋落物，使进入湿地的污水流速减慢,这样有助于污水中悬浮颗粒日勺沉降，

及吸附于水中重金属日勺清除。

3.5人工湿地的工艺组合

人工湿地的工艺组合有多种形式，其中常用的有推流式、回流式、阶梯进水式和综合式

四种。

回流式可稀释进水口勺有机物和悬浮物浓度，增长水中的溶解氧，并减少处理出水中也许

出现口勺臭味问题。出水回流还可以增进床内的硝化和反硝化脱氮作用，采用低扬程水泵，通

过水力喷射或跌水等方式进行充氧.阶梯进水式可防止处理床前部培塞，使植物长势均匀，

有助于床体后部的硝化脱氮作用；综合式则首先设置了出水回流，另首先又将进水分布至填

料床淤J中部，以减轻填料床前端的负荷。

3.6人工湿地的运行方式

人工湿地的运行可根据处理规模日勺大小进行多种不一样方式的组合，如图所示，一般有

单一式、并联式、串联式和综合式等，此外，人工湿地还可与氧化塘等系统串联组合。

3.7人工湿地的技术特点

（1）投资少，建设、运行成本低廉

国内外研究实践表明，人工湿地处理污水H勺建设和运行成本低廉，并且易于维护。以我

国部分系统为例，如下表中日勺对比数据显示，其建设成本（吨污水投资）和运行成本（吨污

水处理费）约为老式污水处理厂成本日勺1/10〜1/5左右，从而可以节省大量的资金，经济效益

明显。

工程名称处理形式总投资（万元）吨污水投资（元）吨污水处理费（元）吨污水处理用地加方

深圳某厂鼓风■气（传统）3300660>0.202.67

珠海某厂鼓风障气（传统）1500833>0.201.20

甫海某厂制化沟（传统）5748740.201.20

白泥坑工程人工湿地42.91380.022.79

（2）污水处理系统组合的多样性，针对性

人工湿地污水处理系统一般由人工基质和水生植物两部分构成。人工基质又称为填料，

一般由土壤、细沙、粗砂、砾石、灰渣及石灰石、沸石等构成。不一样的基质对同种污染物

质的处理能力是不一样的，并且某些基质日勺组合要优于单一基质的处理能力。因此根据污水

中的污染物的I种类、特性可以选用不一样日勺基质或采用儿种基质的组合。如以石灰石作为基

质可以有效地清除P,而要清除TP、TN最佳采用沸石-石灰石组合日勺基质\

至于水生植物的类型也是多种多样。一般以挺水植物为主。目前研究、运用较多欧I水生

植物有芦苇、灯心草、宽叶香蒲、芟白、浮萍、美人蕉、红枫、风眼莲、范芷等类型。研究

表明，不一样的植物类型对不一样的污染物质也具有一定日勺针对性。如菱白、芦苇对N、P污

染物有很好的清除作用02。,宽叶香蒲对Pb、Zn、Cd等重金属有很好的清除作用21……植物的选

用还

要参照成活率(当地的植物类型成活率高)、经济价值、衍生的微生物种群等方面。由此可见，

人工湿地污水处理系统组合的多样性，针对性可以使我们根据需要来灵活地对其进行选择。

⑶处理污水的高效性

应用实践的研究数据表明，人工湿地处理污水的效果是理想口勺，优于老式的污水处理工艺

22字。在进水浓度较低的状况下，一般对污水中B0D5口勺清除率在85〜95%之间。COD清除率可达

80%以上。处理污水中B0D5口勺浓度在10mg/L左右,SS浓度不大于20%/1产,对N的清除率可达60%,

对P/、J清除率可达90%以上2：对农药类、细菌总数等清除率在90%以上，对重金属如Fe、Cu、Pb、

Zn、Cd和Mn等的清除率也很高，大都在90%以上人二需要提到的是，由于湿地类型、基质和植

物的选用，气候、污染物的浓度等方面的差异，污染物的清除率具有一定的波动范围。1993

年，Bastain等总结了北美人工湿地污染物清除率［1勺波动范围，如有机物清除率在50〜90%之间

波动,悬浮物清除率在40〜9货之间波动,氮日勺清除率在30〜90%之间波动……

(4)独特的绿化环境功能

人工湿地同自然湿地同样，由于栽种有大量的水生植物，因此对环境起到了绿化口勺功能。

成规模的人工湿地不仅迅速增长了绿地面积、消除都市热岛效应，还能为人们提供一种优美

口勺新型的都市生态景观。北京中关村生命科学园国际公开竞标中，俞孔坚设计口勺方案荣获第

一名并中标，该方案H勺最突出特色就是将人工湿地引入了现代都市景观设计之中。

(5)受气候条件限制较大

人工湿地栽种的植物类型恰当与否，直接关系着系统处理污水日勺效率和经济效益，而植

物类型的选用受到了气候条件日勺限制。以我国北方都市哈尔滨为例，哈尔滨属于中温带大陆

性季风气候，数年平均气温在2.5〜4.3。。之间，四季分明。冬季气候寒冷，气温低。此种气候

条件不适合美人蕉等热带植物的正常生长和处理污水功能H勺正常发挥。只能选用温带或部分

亚热带植物作为净污植物。方此外，冬季地表水结冰，克制了水的流动，因此表面流湿地在哈

尔滨等北方都市的冬季是不可行的，只宜采用潜流湿地。

(6)占地面积相对较大

人工湿地浮污的效果与污水在湿地中流动口勺时间和空间充足与否有着很大口勺有关关系。

另一方面，当系统中口勺填料和植物纳污到达饱和程度时需要用备用池来交替运行。此外，为

防止淤积，往往建造预处理池对污水进行先期处理因此，与老式的污水处理厂相比，人工

湿地污水处理系统需要较大的占地面积，一般认为大概是老式污水处理厂的2〜3倍左右。其

中，表面流湿地由于水力负荷小，需要较大的占地面积:因此，人工湿地系统的选址问题要

考虑到环境、经济效益综合最优化，规模化的原因，尤其在空置土地比较少的大都市，最佳

的处理措施就是将工程选址在市郊区域，这样不仅不占用宝贵口勺市区土地资源，并且还可以

减轻风沙等对市区的环境影响。

⑺轻易产生淤积、饱和现象

人工湿地能有效地清除污水中的有机物、悬浮物、TN、TP、SS、重金属、病原体等污染

物质。不过伴随时间口勺推移，部分营养物质会逐渐地积累，湿地中的微生物对应地繁殖，假

如维护不妥，便很轻易产生淤积、阻塞现象，使水力传导性、湿地处理效果和运行寿命减少;

伴随污水处理过程的不停运行，数年内基质的吸附能力一般会趋于饱和，也会影响湿地的处

理效果。排除淤积、饱和现象的I最佳途径是要在有备用池的前提下，定期地对基质进行去淤、

更换、对植物进行收割。此外，人工湿地中栽培的植物还易受到病虫害、火灾日勺威胁以及自

身生长周期的I影响，也是应当加以重视的问题。

从上述分析来看，人工湿地污水处理系统的优势仍然占据着重要层面。其巨大H勺经济、

社会和环境效益促使许多国家都在积极地克服困难、不停地去研究、应用。

第四章人工湿地设计

4.1工程概况

新洲区是武汉市的远城区之一，位于武汉市东北部、大别山余脉南端、长江中游北岸，

界于东经114”U‘一和北纬30。35'—之间，东邻团风，西接黄陂，南与青山、鄂州

隔江相望，北与红安、麻城毗邻交错，地势由东北向西南倾斜，山岗与河流呈“川”字型排列，

俗称“一江（长江）、两湖（武湖、涨渡湖）、三河（举水河、倒水、沙河）、四岗（楼寨岗、

叶顾岗、长岭岗、仓阳岗）-o1951年，新洲从黄冈析出建县；1983年，划归武汉市管辖；

1998年，撤县设区。全区版图面积1500.66平方公里，其中陆地占82%,水域占18%：总人

口98.57万，辖10街3镇1个经济开发区1个风景旅游区。区政府所在地邦城是武汉市的卫

星城，阳逻开发区是市区共建的省级经济开发区，道观河风景旅游区是武汉市四大风景旅游

区之一。

都城街是武汉市日勺都市卫星城，新洲政治、文化、科技、商贸中心，人口16.67万，辖

40个村、12个小区，版土面积100.78平方公里，其中耕地面积4823公顷。辖12个居委会、

40个村委会：清安、蔡濠、章南、凤凰台、黄茂、红旗、东安、南街、幸福、文化、新建、

刘集、城东、城北、城南、骆贩、章林、钟杨、向东、余姚、龙桥、胜英、登峰、顾岗、巴

山、红峰、刘六、梅店、铁衙、章兴、永立、章程、巴徐、大渡、饶菜、城西、铁甲、程湖、

陈先、钱寨、陶刘、刘集、肖桥、吴榜、新港、邱桥、易窑、东港、站桥、破月、联合、詹

河。

章程村位于武汉市日勺东北部，北邻陈添奇村，西与胡店村、西峰村相连，南面毗邻张师

村，东面与巴徐村接壤。318国道复线公路穿境而过，交通条件十分便利。全村版图面积3200

亩，居民670户，2498人。本工程污水搜集范围为章程村章程湾集中居住区生活污水，搜集区

涵盖住户约200户，约为987人。（编得与否可以？）

4.L1设计水量

（1）污水平均日流量：Q=100t/d即Q=100m3/d«l.16L/s

（2）污水最大日流量：

根据国标《室外排水设计规范》，生活污水总变化系数选用按下表进行

污水平均日流坦L/s515407010020050021000

总变化系数L2.32.01.81.71.61.51.41.3

注：当污水平均日流盘为中间数值时、总变化系数用内差法求得。

本工程污水平均日流量为1.16L/S,远低于规范最低值，确定生活污水总变化系数Kz=2.5

则污水最大日流量Qm”=2.9L/s。（总变化系数Kz的选用可以否？）

4.L2设计进出水水质

C9D(,BOD5SSNH-NTP

水质指标:

(mg/L)(mg/L)(mg/L))(以N计)(mg/L)

进水浓度250130250225

处理后到达《城镇污水处理厂污染物排放原则》GB18918-2023规定日勺一级B原则。

CODc,BOD5SSNH：-NTP

水质指标

(mg/L)(mg/L)(mg/L)（以N计）(mg/L)

排放原则W60W20W20W15

4.2工艺流程

4.2.1工艺阐明

总体工艺流程确实定对污水处理设施的技术经济性能起决定性日勺作用，同步各单元处理

工艺及构筑物的选择也是非常重要的，直接影响污水处理厂运行的稳定性、可靠性和灵活性。

因此，有必要根据污水处理厂工程确定的进出水水质和特性，以及总体处理工艺方案等综合

考虑工艺流程单元及构筑物的选择和确定。下面为本工程各处理单元的阐明。

a.格栅沉砂池

村居民生活污水通过新建搜集管道进行搜集，为了拦截污水中漂浮物及大颗粒杂质，防

止提高泵及处理设施堵塞，需设置格栅及格网。较小而重H勺颗粒则在沉砂池中沉淀清除。

b.厌氧调整池

由于用水时段较为集中，呈明显周期性变化，就餐及盥洗时排水量多，其他时间排水量

少，尤其是深夜至凌晨水量很少。因此需要设置调整池用以调整水量。生活污水在厌氧调整

池中通过厌氧菌的降解作用，清除部分有机污染物，也可以将部分难降解日勺有机物分解为易

降解日勺物质，同步也具有一定日勺沉砂功能。改善了生活污水生活特性，减轻人工湿地处理负

荷。厌氧池内的沉砂和剩余消化污泥，定期委托处理。由于该污水多为生活污水，污泥中有

害物质较少，可作为农田种植、园林绿化肥料运用。

c.潜流人工湿地

通过前面预处理后，水口污染物浓度大大减少，悬浮物减少，减少了潜流湿地的负荷，

减少了堵塞日勺也许性。潜流湿地上层覆土或塘泥，并种植浅表根系日勺美人蕉、香蒲、菱草、

灯芯草等植物，深入降解和吸取有机物，下部通过碎石构筑的过滤床层，相称于生物滤池的I

作用，当污水通过时，碎石上生长生物膜，生物膜与污水接触，大部分有机污染物通过兼氧

和好氧微生物作用分解清除。

4.3重要构筑物设计

格栅沉砂池（老师，按您的图纸，两个间隙不一样的格栅是做在1个沉砂池里的，不过学生按

水控书上的公式来计算格栅构筑物时，会有两个不一样的数据，学生想问是两个格栅分开算,

还是选择尺寸大的来做？）

尺寸：3.0X0.6X0.6m（详细尺寸根据实际调整）

栅宽：B=530mm

栅条间隙：b=l0mm和b=5mm各一台

格栅倾角：a=60°

格栅定期人工清渣,清渣周期1-2次/7天。

设计计算：

1.格栅间隙数n

n_QmaxJsina

fl-

b-hv

Qm”—最大设计流量，ni7s,取0.0029m7s；

力一栅条净间隙,m,取b=0.01m和b,=0.005m各一台;

h—栅前水深,m,取0.2m；

y—污水流经格栅的速度，m/s,取0.1m/s；

a一格栅安装倾角，（°）,取60。

V^Z一经验修正系数。

计算得：

n«14；n«27

2.格栅槽总宽度B

B=（八一1）xS+nxb

3一格栅槽宽度，m；

S一栅条宽度,m,取0.01m；

〃一格栅间隙数，nu

计算得:

B=0.27m；B=0.53m

3.过格栅水头损失力,

(2

h?=C.•sina4"位•sina

h2一过格栅水头损失,m；

7一阻力系数，其值与栅条日勺断面几何形状有关，计算公式取，=/?（S/b广=月=2.42；

g一重力加速度,?R9.81m/s2；

k一系数,格栅受污物堵塞的，水头损失增大倍数，一般采用〃二3.

计算得：

h2«().()()12m；/?2'«().(»18m

4.栅后总局度H

H=h+/?!+14

H一栅后槽总高度，m；

h—栅前水深，m；

九一格栅前渠道超高，一般取0.3m；

h2一格栅的水头损失，m.

计算得：

H=0.5012m；//=0.5018m

5.进水渠道渐宽部位的长度L1

LI=(B-Bi)/2tanai

Bi一进水渠道宽度，m,计算公式为BI=2得Bi=0.145m；

vh

cu—进水渠道渐宽部位的展开角度，取2()。。

计算得：

LI«0.17m：LIB0.53m

6.格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部位的长度L2

L2=O.5L1

计算得：

L2=0.085m；L2=0.265m

7.格栅的)总建筑长度L

L=L1+L2+1.0+0.5+(hi+h)/tan607

计算得:

L±2.05m；L«2.6m

8.每日栅渣量W

wQm'Wlx86400

w=--------------

TCzxlOOO

W—每日栅渣量，nr'/d；

W1一单位体积污水栅渣量，n?/(l()3污水)，一般取().1〜().()1,细格栅取大值,

粗格栅取小值。

计算得：

W=0.005m3/d；IV=0.01nd/d

采用人工清渣。

厌氧调整池

数量：1座，砖混构造

尺寸：6.3mX3.3niX2.8m(详细尺寸根据实际调整)(与否合理？)

停留时间:21h

有效容积：45m3(与否合理？)

设计计算：

1.化粪池日勺有效容积V

V=Vs+Vn

V—化粪池的有效容枳(m?)；

Vs一污水部分容积(一)；

Vn一污泥部分容积(m3)；

其中：

Nxnxqxt

24x1000

N—化粪池所承担日勺建筑物内日勺总人数（人），取987人;

n-使用卫生浴具日勺人数与总人数日勺比例，住宅取0.7；

q一每人每天最高排水量（同最高生活用水原则）（L/人-d）,取100L/人-d；

t一污水在化粪池内停留时间（d）,取0.875d。

计算得：

Vs«2.52m3

mxaxNxnxTx（l-b）xK

Vwn=-----------------------

（1-C）X]I300

m一污泥清掏后残留的熟污泥量容积系数，取为1.2；

a一每人每天污泥量，一般取0.7（L/人・d）；

T一污泥清掏周期，按90d,180d,360d计，取180d；

b-新鲜污泥日勺含水率，取b=95%；

K一污泥发酵后体积缩减系数，取为0.8；

C一污泥经发酵浓缩后日勺含水率，取90%。

计算得：

Vn«41.8m3

化粪池日勺有效容积V：

V=44.32m3

由于有效容积V>12n?,采用三格化粪池。

2.化粪池日勺几何尺寸

长：6+0.3=6.6m,宽：3+0.3=3.3m,高：2.5+0.3=2.8m（合理否？）

（老师，化粪池每格的容积和几何尺寸以及开孔高度与否要设计？）

潜流人工湿地

数量：1座

水力停留时间：1.02d

水力负荷：0.28//mid

尺寸：26.0X14.0X0.7m（分为两单元，各单元尺寸：13mx14m）（合理否？：

湿地床池底采用混凝土构造，池墙采用砖块混凝土构造，表面抹灰。

1.湿地表面积

A_Q（lnC0-lnCe）

KTdn

式中：A5一湿地表面积（m2）；

Q一系统平均流量（//d）,取Q=100m3/d；

C0一入流BOD、（mg/L）,取Co=78mg/L；

Ce一出流BO-（mg/L）,取Ce=20mg/L；

KT—与温度有关的一级反应速率常数（CP）,Kt=1.014X（1.06）"加）,

T假定为25,则KT=1.357。

d—潜流床深度（ni），芦苇床取0.6〜0.7,取d=0.7m。（老师，床深度大部分

文献及书是根据植物根系来选择的，不懂得学生选这个深度可以否？）

n一床层孔隙率，一般从10—40%不等，取孔隙度为40机

计算得：

J

AJs.=358m

2.湿地床截面积

卜小

式中：A,一湿地床截面积，与水流方向垂直(不)；

232

ks—介质口勺水力传导率[巾3/(m.d)],选择砾石，取500m/(m.d)；

S一床层坡度，或水力坡度，取0.02。

2

计算得：Ac=10m

3.床层宽度

计算得：W«14.3m取W=14m

4.床层长度

L=As/W

计算得：L=25.6m取L=26m

5.水力停留时间

TVLWdn

T=—=-----

QQ

计算得：T«1.02d

6.表面有机负荷

3

Q-Qx^-CJxlO-

4

式中:

q.$——表面有机负荷，kg/(m2d)；

计算得：q0产0.0154kg/(m2d)

7.表面水力负荷

式中：

2

q加一表面水力负荷，m'/(m.d)o

计算得：q枯u0.28m3/(m2-d)

8.将人工湿地划提成两个单元，各单元几何尺寸为13nlx14m

(老师，人工湿地之因此提成几种单元，是为了改善水力条件吧？两单元间与否是设计成中

间隔板打孔来使水从一边流向另一边？)

4.4其他设计要素确定

地址的选择

原则：

(1)位置选择符合乡镇总体规划和排水工程总体规划日勺规定；

(2)位置位于乡镇水体日勺下游，污水尽量能所有自流入站；

(3)在城镇夏季主导风向时下风向；

(4)有良好的工程地质条件；

(5)与都市规划居住、公共设施保持一定的卫生防护距离；

(6)考虑远期发展的也许性，又扩建的也许；

(7)便于处理后出水日勺排放和运用；

(8)位置地形不受水淹，有良好日勺排水条件;

（9）有以便日勺交通、运送和水电条件。

4.4.2湿地床的防渗

对于新建人工湿地，根据设计形成【付湿地单元，分单元进行挖掘，将场地挖到设计深度,

平整扎实，保证到达设计坡度，然后进行防渗处理，以防止地下水受到污染或防心地下水渗

透进入湿地。提供二级处理的潜流湿地一般需要衬里，以防止污水和地下水直接接触。

假如现场H勺土壤和黏十.可以提供充足H勺防渗能力，那么压实这些土壤做湿地的衬里已经

足够。具有石灰石、断裂H勺基岩、碎石或砂质土壤日勺场地，必须用其他措施进行防渗处理。

在选择防渗措施前，需要对建筑材料进行试验分析。具有15%以上H勺土壤一般比较合适，膨润

土和其他黏土提供了吸附反应日勺场所，并能产生碱度。

人工衬里包括沥青、合成丁基橡胶和塑料膜（如。570.0mm厚日勺高密度聚乙烯）。衬里

必须结实、密实和光滑，以防止植物根部的附着和穿透；假如现场的土壤具有带棱角H勺石块,

那么衬里下面需铺一层沙或土工布，以防止衬里被刺穿；在潜流湿地系统中，合成衬里H勺下

面一般也要铺上土工布以防L刺穿。

防渗工作结束后，需进行渗透试验，以检查和保证防渗效果。然后回填原土或填充其他

填料，种植湿地植物。

本工程所在地的土壤和黏土可以提供充足口勺防渗能力，压实这些土壤做湿地口勺衬里。（可

否？）

4.4.2基质的选择

基质又称为填料、滤料，一般由土壤、细沙、砾石、碎瓦片或灰渣等构成。基质为植物

和微生物提供生长介质的同步，通过沉淀、过滤和吸附等作用直接清除污染物。一般来说，

采用潜流湿地处理污水时，根据水力停留时间、占地面积和出水水质等先知原因，可以选用

土壤、细沙、粗砂、砾石、碎瓦片和灰渣中的一种或几种为基质。针对不一样来源日勺污水,

不一样的植物和气候条件，应结合实际选用合适的基质。

目前:沙石混合仍是最常用的形式。基质日勺深度根据植物根系发展日勺长度来设计。首先,

要尽量加大接触面积，让污水充足通过湿地，利于净化功能的实现，另首先，不能设计太深,

以免植物口勺根系不能抵达根部。按照国内外实践的经验，对芦苇等高大植物，一般设计深度

在60cm左右，对根系不发达的植物应合适减少。

施工现场的表层土应当挖出、保留和替代到湿地中，以形成根部土壤。大型挺水植物如

香蒲、蒲草以及芦苇的根和根系一般占有上部30-40cm厚日勺土壤深度，因此应当保持这一厚

度的土层。湿地中原有的表层土假如可以使用，在施工中可将这部分土壤跟其他的土壤分开

保留。表层土具有当地湿生植物的种子，这些种子可以在湿地中发芽。假如在场地中没有这

种表层土，则需要从其他地方运来表层土以优化植物的存活和生长。

L基质选用原则

基质啊选用过程中一