农村污水生态修复工程研讨

农村污水生态修复工程研讨

作者:刘明元 李晓霞 何业俊 罗鑫 张文艺 单位:常州大学环境与安全工程学院 马鞍山市黄河水处理工程有限公司

南方沿江地区村镇居民一般沿河浜两岸或湖塘四周分散而居,生活污水排入附近的河浜或湖塘,造成河浜、湖塘污染严重,有些河浜、湖塘基本失去原有功能,成为纳污池,水体富营养化十分严重[1~6]。沿江地区村镇生活污水主要特点如下:①千百年来农村住户分散而居,污水就近分散排放,造成农村环境治理过程中,污水收集管网和收集系统建造困难;②污水成分复杂,含有较高的人畜粪尿成分,氮、磷含量较高,一般不含有毒物质,含有大量的细菌、病毒和寄生虫卵;③污水排放量小,间歇排放,变化系数大;④污水可生化性强,水质浑浊、色深且具有恶臭。因而寻求基于村镇污水特点的造价低廉、效果良好、维护管理简单的村镇污水收集处理方式[3,5,7],是环保工作者近年来的一个研究热点。

安徽省马鞍山市某村镇污水处理示范工程采用原位生态修复技术,沿湖塘岸边建造生态混凝土墙,与岸边构成生态调节沟收集污水,以湖塘自身作为污水处理载体,并在其中构建净化浮岛和景观浮岛以净化水体,该处理模式在不建设村镇污水收集管网和污水收集系统的前提下,实现了对污水的100%收集,同时解决了居民随意向湖塘中倾倒污染物的问题,在治理分散村镇生活污水的同时保持了湖塘良好的水质,具有处理效果好、运行费用低和维护方便等特点,生态效益显著。

1示范工程概况

工程治理湖塘平均长度约为110m,平均宽度约为52m,面积约5720m2,平均深度为3m。接纳的污水包括周边居民生活污水、集镇农贸市场污水及垃圾收集池渗滤液等,湖塘为典型缓流纳污水体,水质恶臭,藻类疯长。周边常住人口为3000人,流动人口为1000人。

1.1设计水量

日用水量标准:居住人口用水量为100L/(人•d);流动人口用水量为50L/(人•d)。生活污水量按用水量的80%计,为280m3/d。农贸市场屠宰家禽污水量约15m3/d,其他污水产生量按5m3/d计算,则总污水产生量为300m3/d,设计处理水量为360m3/d。

1.2设计进、出水水质

根据沿江地区生活污水相关资料,考虑到垃圾渗滤液直接排入湖塘,确定了工程设计进、出水水质(见表1)。出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)的一级B标准。

1.3工艺流程与原理

工程采用生态调节沟/生态混凝土墙/原位增氧/生物强化/人工浮岛方案,工艺流程如图1所示。以村镇为单元,沿岸村镇农户将生活污水就近排入生态调节沟,一部分污水沿生态调节沟降解净化水质,一部分塘内污水经生态混凝土墙过滤降解后,进入生态调节沟,再经提升泵进入原位增氧池,通过曝气对水体进行复氧,以达到除臭、降解有机物的目的,处理后污水自流进入生物强化池,进一步去除氮、磷等污染物,出水进入湖塘内,利用净化浮岛和景观浮岛进行深度净化,最终使得河浜或湖塘的污水得到净化。生态调节沟中的底泥可作为绿色生态肥料,每年春季清淤一次。本组合工艺净化机理如下:

①生态混凝土板具有过滤截留吸附功能,如土壤颗粒孔隙的截留作用,黏土等硅酸盐类物质的离子交换和吸附作用,重金属离子与土壤胶体、腐殖酸等的螯合作用,与土壤中的某些组分形成难溶性化合物或因pH值、ORP改变而产生的沉淀、挥发,与土壤中的铁、铝、钙、磷、碳酸盐等发生反应,氨氮在碱性条件下挥发等。

②生态混凝土板内部能够产生生物膜进而通过各种微生物的相互依存、协同作用,降解各种有机物和氮磷等污染物。

③生态调节沟内主要是利用水生高等植物降解污染物,其生长快,且在生长期间有效吸收并富集水中的营养盐,起着营养泵或营养库的作用,合理构建并维持水生植物生物量,可转移出氮、磷等营养盐,保持水体净化能力。水生植物上附生的藻类在净化水质方面也有一定的作用。

④净化浮岛和景观浮岛内种植美人蕉、聚草、四角菱、凤眼莲、灯芯草等水生植物,利用植物的吸收、降解和蒸腾作用及其植物根系表面生物膜的降解作用来吸收、降解有机物、氮磷等各种污染物。

2主要构筑物设计

2.1生态调节沟及生态混凝土墙设计有效容积为1320m3,停留时间约4.4d。设计长度为220m,设计有效水深为3.0m。沿湖塘岸边建造生态混凝土墙,与岸边构成生态调节沟,工程主要由生态混凝土墙、生态调节沟、净化浮岛和景观浮岛组成。生态混凝土墙由生态混凝土板、填充钢渣、生态混凝土插槽、C15混凝土垫层组成,具有过滤截留和生物降解功能。实施了池塘清淤、周边垃圾清理、生态护坡,利用在净化浮岛和景观浮岛种植的菖蒲、再力花和水葫芦去除或分解有机污染物,削减污染负荷,提高可生化性。通过以上工程实现拦截水中杂质,均匀水质、水量,去除或分解有机污染物,削减污染负荷,提高可生化性的功能,为后续好氧处理创造良好条件。

2.2原位增氧池原位增氧池为钢混结构,设计有效容积为90m3,平均宽度为2.0m,设计长度为15m,设计有效水深为3.0m,停留时间约为0.3d。池内安装推流式曝气机2台(1用1备),对水体复氧,同时安装不锈钢支架和半软性填料,通过半软性填料上生长的生物膜,对污水进行生物吸附、过滤和降解。

2.3生物强化池生物强化池为钢混结构,设计有效容积为45.6m3,平均宽度为2.0m,设计长度为7.6m,设计有效水深为3.0m,停留时间约3.6h。安装不锈钢支架和半软性填料,通过半软性填料上生长的生物膜,对污水进行生物吸附、过滤和降解,去除有机物、总磷和氨氮。

2.4塘内浮岛净化段设计浮岛面积为300m2。浮岛尺寸为5m×2m,共30组。

2.5生态护岸段主要工程包括河岸垃圾清理、沿岸垃圾池建设、现有排污渠道清理、生态护坡。其主要功能为规整河岸,美化景观,建立起河水生态和河岸生态良好的互动,削减污染负荷。

3运行效果、减排与技术经济分析

3.1运行效果本工程建设前塘内COD为12.03mg/L、NH3-N为2.89mg/L、BOD5为7.68mg/L,建成后水质监测结果见表2。监测结果显示,其出水COD、NH3-N、TP、SS指标均优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)的一级B标准,塘内水体基本达到《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)中Ⅲ类水质。

3.2减排效果分析工程运行表明:湖塘周边地区300m3/d污水持续流入,通过本工程处理后,可减排COD为43.11t/a、NH3-N为5.98t/a、TP为0.86t/a,使湖塘水质由《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)劣Ⅴ类提升至Ⅲ类水质,并较好地维持在Ⅲ类水质。#p#分页标题#e#

3.3技术经济分析

本工程按处理水量为360m3/d设计,总投资为30万元,单位基建费用为833元/m3。本工程运行费用如下:①电费。污水站用电负荷为2.75kW(近期每天实际运行时间按8h计),电价按0.6元/(kW•h)计,则用电成本为0.037元/m3。②人工费。污水处理站共设1人(兼职),人均月工资按150元计,则人工费用为0.014元/m3。③日常维护管理费。以每年0.15万元计,则日常维护管理费为0.011元/m3。④湿地植物养护费。用于植物的更换、修剪、收割的费用以每年0.30万元计,则该项费用成本为0.023元/m3。污水处理运行成本总计为0.085元/m3。

4工艺特色

①取消管网建设,不占用土地。本工程针对村镇生活污水分散、难以收集的特点,设计了生态混凝土墙,将池塘变成污水收集处理一体化设施,对污水进行原位生态修复,从而取消了村镇污水管网建设,基本确保了污水的全部收集,既克服了在村镇建设管网收集工程的困难,又节省了大量建设资金,不占用土地,使得村镇生活污水处理工程的实施得以可靠实现,并能长期运行。

②对塘内水体隔离保护,保证塘内水体水质。生态混凝土墙将湖塘隔成塘内和生态调节沟两部分,形成对塘内水体的隔离保护,居民随意倾倒的污染物质难以污染塘内水体,从而保证了塘内水体水质。同时生态调节沟沿水流方向建造,具有自动增氧功能,在生态调节沟中种植水生植物对污水进行生物过滤,通过增大污水与空气的接触面积对污水复氧,利用水生植物具有极强生态适应性的抗逆(旱、湿、寒、热、酸、碱等)能力和生长迅速的优点,对污水进行降解和复氧,降低了运行费用,保证了塘内水体水质。

③采用了节能环保,且具有过滤、截留、吸附、生物降解等多种功能的生态混凝土墙,实现了对污染物的去除。

5结语

①本工程利用生态混凝土墙将湖塘隔成塘内和生态调节沟两部分,形成对塘内水体的隔离保护,保证了塘内水体水质。

②本工程通过原位生态修复,使得出水COD、NH3-N、TP等污染物指标均优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)的一级B标准,水体水质可维持《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)Ⅲ类水质。经测算,工程基建费用为833元/m3,运行费用为0.085元/m3,年减排COD为43.11t/a、NH3-N为5.98t/a、TP为0.86t/a。本治理模式对沿江地区乃至我国南方水网地区村镇(农村)生活污水治理具有一定的借鉴和示范作用。