垂直流人工湿地处理农村分散生活污水的应用与工程设计_刘建

随着我国社会经济的不断发展，生活污水的排放量也与日俱增。近年来，城市生活污水的处理率在

快速提高，并将在“十一五”末达到80%，但对于农村的污水处理情况却不容乐观，由于农村经济基础薄弱，社会发展相对滞后，而农村污水又不同于城市生活污水收集相对容易，其具有较高的分散性等特点，导致了农村污水处理率不高、处理设施不健全等现象出现。太湖是我国的第三大淡水湖泊，太湖流域是我国经济最发达的地区之一。2007年流域总人口4917万人，占全国总人口的3.7%；GDP 总量28648亿元，占全国的11.6%，人均GDP 为5.8万元，是全国平均值的3.1倍[1]。太湖是上海、无锡等地区的重要淡水水源地，保护太湖不受污染，尤其是避免出现严重富营养化状况对保障地区发展尤为重要。有资料显示[2]，太湖流域农村生活污水的排放对太湖氮、磷元素污染的贡献度分别达到了25.1%和60%。因此控制农村生活污水进入太湖流域河网总量，对农村污水中氮磷元素含量在进入河网前进行削减，具有重要的现实意义。

1农村分散生活污水的特征与处理工艺选择

1.1农村分散生活污水的特征

农村生活污水一般不同于城市生活污水相对集中产生、

集中收集和集中处理，农村生活污水由于其地域、生活习惯、经济发展状况等不同而具有其自身的特征。

（1）总量大，具有分散性。我国农村人口众多，且占全国总人口的一半以上，这决定了农村污水排放总量很大；但由于我国农村发展状况地区差异较大，经济发展状况参差不齐，农村居民居住地分散，农村人口流动性较大，且多以经济发展区和自然村落或村组为单位聚集而居，这种现象使得农村生活污水在一定程度上又具有较大的分散性。农村生活污水的分散性明显不同于城市生活污水的特点，因此，在农村生活污水治理上的工艺技术一般不适宜于农村分散生活污水的处理。

（2）污水水质差别较小。农村分散生活污水主要是冲洗厕所、洗菜、洗衣、洗澡以及农村散养畜禽产生的等污废水，其污染源主要是氮磷元素含量过大，同时也含有大量的细菌、病毒及寄生虫卵等，一般不含重金属等有毒有害污染物质。大部分农村生活污水水质差别较小，相比城市生活污水的复杂性，农村生活污水水质变化不大，相对稳定。

（3）排放的间歇性和随意性。农村分散生活污

垂直流人工湿地处理农村分散生活污水

的应用与工程设计

刘

建，胡

啸，李

轶

（河海大学环境学院，浅水湖泊综合治理与资源开发教育部重点实验室，江苏南京210098）

摘要：概述了农村分散生活污水的特点及处理工艺的选择；结合工程实际情况，介绍了垂直流人工湿地的设计概

况，总结了设计特点，并指出垂直流人工湿地系统调试运行的注意事项。运行结果表明，在水力停留时间为40.08h ，水力负荷为<0.042m 3

·m -2·h -1的条件下，系统对农村分散污水中的主要污染物具有较好的去除效果，出水中污染物COD 、TN 、TP 以及NH 3-N 的平均质量浓度分别小于60、20、1、15mg ·L -1，达到了城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918－2002）的一级排放标准。

关键词：垂直流人工湿地；农村生活污水；污水处理；工程设计中图分类号：X799.3

文献标识码：B

文章编号：1000-3770(2011)06-0132-004

收稿日期：2010-10-11基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项（2008ZX07101-007-02）作者简介：刘建（1981－），男，硕士，研究方向为水污染控制与生态修复技术；联系电话：139********；E-mail ：ljnyjt@https://www.360docs.net/doc/6317108767.html, 联系作者：李轶；E-mail ：envly@https://www.360docs.net/doc/6317108767.html,

第37卷第6期2011年6月水处理技术

TECHNOLOGY OF WATER TREATMENT Vol.37No.6Jun.,2011

132

水的排放量的日变化系数不稳定，排放高峰期多集中在每日的餐饮时间。另外，由于农村区域发展的差异和各地生活习俗不同，村镇的污水收集管网建设不健全，农村产生的生活污水一般仅经过简单化粪池的初级处理就进排放入环境水体，如附近坑洼塘以河网。因此，农村分散生活污水还具有排放的间歇性和随意性特征。

1.2农村分散生活污水处理工艺选择

目前，国内外对于农村生活污水处理技术研究已经得到了广泛的开展，也开发出了一系列针对农村生活污水处理的相关技术。我国对农村污水技术的研究虽然起步相对较晚，但近几年在技术研究上也取得了较大的进展。郭迎庆[3]等对太湖流域农村污水处理工艺进行了总结和分析，指出农村生活污水处理工艺主要分为两大类：一类是“城镇污水处理厂小型化（或称简约化）”工艺；另一类是“自然处理系统”：与传统氧化塘或土壤过滤技术相似，利用土地过滤、植物吸收和微生物分解的原理处理污水，载体多为土壤或水体。其中，人工湿地污水处理技术以其基建投资少、操作简单、运行管理费用低，处理效果好等特点在太湖流域农村得到了广泛应用。2垂直流人工湿地的工程设计

人工湿地污水净化技术是一种由生物向生态或者生物生态相结合的污水处理技术。其作用过程主要是通过基质、植物和微生物三者形成的生物-生态协同体系[4]，经由物理、化学、生化以及植物吸收等途径来实现对污水的净化和处理。

2.1工程概况及主要设计参数

工程选址于常州市武进区某行政村下设自然村，自然村约有50户，每户一般3～5人，设计按照4人考虑，每人生活污水量100L·d-1，生活污水量约为20m3·d-1；另外生活区附近小型工业废水，再加上农田排水和降雨径流污染；确定自然村的污水排放量约为24m3·d-1。设计的人工湿地系统由下行流和上行流组成的复合垂直潜流人工湿地。

垂直流人工湿地床表面积的确定主要有3种[5-7]：一级动力方程计算法、降解的BOD

计算法以及水力负荷计算法等。综合考虑，按照一级动力学方程计算法，确定复合垂直流人工湿地设计占地面积为24 m2；理论水力停留时间为40.08h，研究表明[8]，实际停留时间通常为理论值的40%～80%。水力负荷是垂直流人工湿地设计的一项重要参数，合理的水力负荷值对湿地日后的运行较为有利，可以减少出现湿地堵塞现象的发生。有研究者根据试验得出，垂直流人工湿地最大水力负荷可以达到0.084m3·m-2·h-1，结合进水SS含量较少、处理水量不大的特点，确定复合垂直流人工湿地水力负荷为0.042m3·m-2·h-1。复合垂直流湿地填料选择为不同粒径级配的粗砂、炉渣及碎石。湿地内植物为优选当地产的具有较强去污能力和一定景观效果的美人蕉和菖蒲。

2.2工艺流程与设计进出水水质

人工湿地污水处理系统一般应包括预处理和人工湿地强化处理两部分。结合工程选址点的地形和地势，此次设计采用的农村生活污水处理工艺流程如图1所示。

通过对工程选址处农村生活污水排放情况现场调研，结合城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918－2002）的排放要求，本项目的设计进出水水质指标如表1所示。

2.3设计特点

2.3.1垂直流人工湿地集水排水系统的设计改良

垂直流人工湿地系统的设计对于避免和减少人工湿地系统在日常运行中出现堵塞和短流现象尤为重要。垂直流人工湿地的集水排水系统设计一般采用沟排、管排、井排等方式，采用沟排和井排时由于湿地出水口处狭小在实际应用中较管排在运行过程中更易在湿地末端出现堵塞问题。目前，在设计和实际应用中较为普遍采用的是穿孔管排方式的集水排水系统，这种排水方式更便于控制湿地床内运行水位标高，也较容易控制湿地系统总排水水量。

在设计穿孔集水排水管道系统在湿地内部空间布置时，通常将穿孔管道的一端完全填埋至湿地内部，另一端接湿地出水口，这种设计布置方式虽然能满足湿地系统的排水要求，但在运行时由于穿孔管的集水段完全填埋在湿地中，随着处理后的污水流出，管道系统内会产生负压力，而不利于人工湿地系统的长期高效运行，本设计为解决该问题，在设计过程中将完全填埋在湿地内部的穿孔管集水段增设90度弯头，并将管道伸出湿地表面0.2m与大气连

表1人工湿地设计进出水水质

Tab.1The water quality of the wetland

进出水COD/mg·L-1ρ(TN)/mg·L-1ρ(TP)/mg·L-1ρ(NH

-N)/mg·L-1进水

出水

90～110

50～60

20～30

15～20

1～3

0.5～1

10～25

5～8

图1人工湿地工艺流程

Fig.1Wetland flow chart

刘建等，垂直流人工湿地处理农村分散生活污水的应用与工程设计133

通，弯起的通气管材质与排水管一致均为UPVC 管，通气管管径设计为Ф50mm，并在通气管帽上钻4个直径为5mm的通气圆孔。工程的实际运行也证明该设计更利于湿地系统的、污水收集和排出。2.3.2填料空间布置及施工要求设计优化

填料是人工湿地去除污染的重要场所，为湿地微生物提供了附着生长的条件，同时也是污水净化过程中的流通路径。因此，人工湿地内填料的选择不但要求有一定的机械强度、较大的比表面积以及能产生设计要求的孔隙度，还要求在填料的空间配置上优化填料的粒径级配，以改善水流在湿地内部的水力条件。在填料的选择和空间布置上，通常分为覆盖层填料、滤料层填料和承托层填料3大部分。这种设计和布置过于粗泛，本工程在设计过程中分别在滤料层上下增加了过渡层填料，过渡层填料采用厚0.1m粒径为4～8mm砾石填料；另外，在设计过程中还特别强调了填料施工前必须先将所用填料上附着的泥土和灰屑冲洗干净，一般冲洗3～5遍为宜，本设计要求冲洗5遍。因为填料上附着的泥土和灰屑在湿地调试运行过程中截留在湿地内部，尤其是碎石灰屑遇水后常会发生结块现象，而更容易使湿地发生堵塞现象。通过增设过渡层填料，强化填料施工设计，优化了湿地内部的水力条件，同时也在一定程度上延长了湿地出现堵塞现象的周期。

2.3.3湿地植物的选择

在人工湿地内植物的选择上一般首先考虑植物的耐污能力，根系输氧能力和强度。芦苇作为一种主要的和去污能力强的挺水植物在人工湿地污水处理工程中得到了广泛的应用和推广，但芦苇的景观效果相比较菖蒲和美人蕉较差，芦苇成熟后其芦苇絮会四处飘荡，不利于周边生活环境的营造。因此，本设计考虑采用菖蒲和美人蕉搭配作为湿地植物在工程中应用，取得了较好的景观和去污效果。本设计中菖蒲种植密度为9～12株·m-2，美人蕉种植密度为6～8株·m-2。

3垂直流人工湿地的调试与运行

3.1垂直流人工湿地的调试及注意事项

在人工湿地系统土建和安装全部建设完成后，即可进行试通水。试通水旨在检查湿地系统是否不渗不漏，阀门是否开闭良好后。在湿地上下行池内注满水后，即可栽种湿地植物进行调试运行。为满足湿地内部生物群落形成和湿地植物的生长条件要求，一般控制进入湿地系统的污染物负荷在调试运行期间由小逐渐增大，本工程根据实际情况采用将调试期（60d）分为5段逐渐加大进入湿地系统的污染负荷，最终达到设计的总污染负荷值。在调试运行开始时，由于植物刚种植完成，还处于幼苗期，需先维持垂直流湿地内水位至填料表层或低于填料表层0～5cm，以避免植物由于缺水而死亡。另外，在调试过程中要及时派人在调试现场进行查看，一旦出现调节池液位不稳定或者水泵自动跳闸等现象，及时查找原因，保持设备的正常运作，并进行相关记录备查。

3.2垂直流人工湿地系统对污水的处理效果

该工程自今年5月初建设完成后，连续3个月对其出水水质情况进行了检测，其结果如表2所示。

从表2可以看出，复合垂直流人工湿地对农村生活污水中COD、TN、TP以及NH

-N等主要目标污染物的处理效果可以达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）的一级排放标准。

4结论

通过对垂直潜流人工湿地工程设计的优化，尤其是在湿地的集水排水系统中设置了大气连通管道，增加了过渡填料层，植物的选择上兼顾了景观效果，为避免和减少湿地出现堵塞问题创造了条件，使得垂直流人工湿地污水处理技术更适用于农村分散生活污水的处理。对人工湿地出水的连续检测结果表明，

湿地出水中主要污染物COD、TN、TP、NH

-N的平均质量浓度分别小于60、20、1、15mg·L-1，达到了城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）的一级排放标准。从工程应用情况看，垂直流人工湿地污水处理工程可以做为控制和削减进入太湖流域河网的农村分散生活污水中污染物的有效工程措施。

参考文献：

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工艺的选择[J].中国给水排水,2009,25(4):78-82．

项目

7月

进水进水进水出水COD

ρ(TN)

ρ(TP)

ρ(NH3-N)

2.8

0.6

0.8

106

2.6

0.9

5月

出水出水

6月

表2人工湿地对污染物的去除效果（平均值/mg·L-1）

Tab.2The removal of pollutants of the wetlands

水处理技术第37卷第6期134

（上接第114页）

（上接第131页）

STUDY ON ADVANCED PRETREATMENT OF SEAWATER BY ELECTROLYSIS

Miao Di,Yi Shouzhi,Li Wenjing

(College of Marine Science and Engineering,Tianjin University of Science and Technology,Tianjin 300457,China ）

Abstract:The seawater of bohai was advanced pretreated by electrolysis using a self-made diaphragm electrolyzer.Removal efficiency and effect factors of this method were investigated,results showed that turbidity,organic compounds,SDI and chroma of seawater were effectively decreased by electrolysis.Removal efficiency was significantly affected by current density,operation time and electrode gap,and the optimum conditions was determined as electrode gap of 2cm,current density of 15.87mA ·cm -2,operation time of 10min.The purification mechanism of electrolysis was preliminary discussed.

Keywords:seawater electrolysis;diaphragm;pretreatment;magnesium hydroxide

参考文献：

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中国给水排水,2001,17(8):39-47.

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态,1993,6(4):7-10.

[6]常青.水处理絮凝学[M].北京:化学工业出版社,2003:75.

DESIGN FOR RUBBER PROMOTER WASTEWATER TREATMENT BY THE PROCESS OF PHYSICAL －CHEMICAL PROCESSES,HYDROLYZE ACIDIFICATION AND IMPROVED SBR

Shi Penghui 1,2,Dian Pingge 2,Li Dengxin 1

（1.College of Environment Science and Engineering,Donghua University,Shanghai 201620,China;

2.Henan University of Urban Construction,Pingdingshan 467044,China ）

Abstract:The process of physical-chemical processes,hydrolyze acidification and improved SBR is adopted to treat the rubber promote wastewater.The design of processing capacity is 1000m 3·d -1,Meanwhile,the article introduces the main characteristics of the process.The operating results show that the effluent water quality can meet grade two of pharmaceutical industry of the national integrated wastewater discharge standard (GB 8978－1996).

Keywords ：rubber promoter wastewater;hydrolyze acidification;improved SBR

[4]梁威,胡洪营.人工湿地净化污水过程中的生物作用[J].中国给水

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东南大学学报:自然科学版,2003,33(3):359-362.

APPLICATION AND DESIGN OF VERTICAL CONSTRUCTED WETLAND TO TREAT DISTRIBUTED

RURAL DOMESTIC SEWAGE

Liu Jian,Hu Xiao,Li Yi

（Key Laboratory of Integrated Regulation and Resource Development of Shallow Lakes of MOE,

School of the Environment,Hohai University,Nanjing 210098,China ）

Abstract:The characteristics of distributed rural domestic sewage and its treatment methods were summarized.Considering the fact of this project,the general design of vertical constructed wetland and characteristics of design were introduced.The matters needing attention in commissioning of vertical constructed wetland system were also proposed.Operating at 40.08h hydraulic retention time and a lower hydraulic loading rate of 0.042m 3

·m -2·h -1,the results showed that the average removal efficiencies of COD 、TN 、TP and NH 3-N are effective.The average concentrations of COD 、TN 、TP and NH 3-N in effluent were below 60mg ·L -1、20mg ·L -1、1mg ·L -1and 15mg ·L -1,respectively .The effluent indexes can reach the first level criteria specified in discharge standard of pollutants for municipal wastewater treatment plant (GB 18918－2002).

Keywords ：vertical constructed wetland;rural domestic sewage;wastewater treatment;project design

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刘建等，垂直流人工湿地处理农村分散生活污水的应用与工程设计

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