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    农村污水处理可行性研究

    农村生活污水造成的环境污染不仅是农村水源地潜在的安全隐患,还会加剧淡水资源危机,使耕地危机得不到有效保障,危害农村的生存发展。因此,加强农村生活污水收集、处理与资源化设施建设,避免因生活污水直接排放二引起的农村河道、土壤和农产品污染,确保农村水源的安全和农民身心健康,是新农村建设中加强基础设施建设、推进村庄整治工作的重要内容,也是农村人居环境改善需要解决的迫切问题。

    全国农村每年产生生活污水约80多亿吨,而96%的村庄没有排水渠道和污水处理系统。生活污水随意排放,严重污染了农村的生态环境,直接威胁广大农民群众的身体健康以及农村的经济发展。一方面,未经处理的生活污水自流到地势低洼的河流、湖泊和池塘等地表水体中,严重污染各类水源;另一方面,生活污水也是疾病传染扩散的源头、容易造成部分地区传染病、地方病和人畜共患疾病的发生与流行。目前全国农村的自来水普及率只有34%左右,还有3亿多农民存在饮水安全问题。在浙江省丽水市农民家庭用水水质的抽样检测结果中,63个水样中大肠杆菌、浑浊度等主要指标超标的占72%。水源地水质低的状况与农村生活污水未经处理直接排放有直接因果关系。

    与城市生活污水相比较,农村生活污水具有自身特色:

    1、 农村人口居住相对分散;

    2、 无统一污水收集管网;

    3、 以家庭生活污水为主(部分区域有农家乐);

    4、 部分地区存在小型工厂和作坊。

    目前这部分农村生活污水(部分生活污水中混有工业废水)不经处理均直排入周边河道中,对农村周边水环境造成严重污染,造成水体发黑发臭,对周边农村居民的身体健康造成巨大的威胁,严重影响了周边农村居民的正常生活与农耕,直接阻碍了农村经济的快速发展,因此必须尽快完成这些自然村落的污水整治与改造。

    一、 工程概况

    1.1工程名称

    ×××××××生活污水处理工程。

    1.2编制依据

    ⑴《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002;

    ⑵ 设计大你为对周围环境状况的调查与监测资料;

    ⑶ “七五”国家重点科技攻关项目成果《城市污水土地处理利用设计手册》,中国标准出版社;

    ⑷ 《城市污水土地处理技术指南》。国家环境保护总局科技标准司编,1997;

    ⑸《给水排水工程构筑物结构设计规范》GB50069-2002

    ⑹《给水排水构筑物施工及验收规范》GB50104-2002

    ⑺《室外排水设计规范》GB50014-2006

    ⑻《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002

    ⑼《给水排水设计手册》,中国建设工业出版社;

    ⑽《地下防水工程施工质量验收规范》GB50208-2002

    1.3编制原则

    ⑴ 处理后生活污水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中的一级B排放标准。

    ⑵从水务一体化的角度,科学论证污水量,优化系统布局,保护水环境。污水处理与综合利用相结合,构建人与自然和谐发展的优美生境。

    ⑶以改善人居环境为目标,走可持续发展道路。

    ⑷设计布局与周边环境相容,满足人与自然和谐共生的要求。依据生态、景观和高效处理的原则,尽量利用现有条件,降低污水处理的维护运行费,使其运行管理方便。

    1.4编制目的

       通过充分调查研究和收集、分析资料的基础上,达到如下目的:

    ⑴ 论述建设污水就地处理工程的必要性和可行性。

    ⑵ 对污水处理工艺进行选择。

    ⑶ 对污水处理系统的位置和面积进行论证。

    ⑷ 对污水的收集、处理和处置工艺、工程投资进行技术可靠性、经济合理性、实施可能性以及环境影响等多方面综合比较和论证。

    ⑸ 根据投资估算,提出资金筹措方式以及项目实施进度、通过以上研究工作,为项目决策提供科学依据。

    1.5工程建设的必要性

    1.5.1建设本项目是改善环境质量的需要

    根据现状以及调查资料显示,为进一步改善×××生产生活条件,统筹城乡发展,加快农村现代化、城乡一体化建设进程,西湖村建设规划以科学发展观为指导,以可持续发展为原则,以“致富门道明晰,基础设施完善,社保体系建立,社会和谐稳定”为主要任务,努力探索具有新洲特色的新农村建设之路。

    水环境质量恶劣,严重影响广大居民的身心健康和社会经济的健康发展,通过在各自然村实施污水收集和就地处理,可以减少污水对地下水的污染及污水直接排放对河道的污染,使农村的生态环境得到改善,对人民的生活质量起到积极的作用。

    1.5.2建设本项目是社会主义农村建设的需要

    随着人民群众生活水平的提高和全面建设小康社会的推进,全社会都在向“生产发展、生活宽裕、乡风文明、村容整洁、管理民主”社会主义新农村迈进,改善生活环境,整治村容村貌,消除脏、乱、差成为当前人民群众的迫切要求。根据党的十六届五中全会提出的建设社会主义新农村的重大历史人物和××市“加快农村城镇化、农业现代化和城乡一体化进程”精神,结合×××的实际情况,计划对××村的农村进行水环境治理和水生态建设,对村内污水进行必要的收集和处理,对排水管网进行统一的规划建设,显得十分重要。

    1.5.3 对其他各自然村的污水治理起着积极的示范作用

    通过对本项目的事实,进行区域内生活污水处理的试点工程建设,探求适合农村的污水收集和处理的方式方法,对解决其他各村的污水出路提供经验,起着示范作用。不仅顺应中央和××市新农村建设政策的方向,为老百姓实实在在做了实事,也为郊区河道建设与管理减轻压力。

    二、 处理工艺技术选择

    2.1概述

    农村生活污水处理技术多种多样,近年来,在全国各地都在农村生活污水处理的试点工程,在原有的技术之上开发出了众多的污水处理技术,除传统的集中式污水处理厂外,还有土地处理系统,人工湿地污水处理系统、生物接触氧化槽、生态塘污水处理系统,土壤渗滤污水处理系统。厌氧沼气池污水处理技术,各种有(无)动力式地埋式(半地埋式、地面式)污水处理设备等新兴的污水处理方式。

    农村生活污水处理与利用技术目前缺乏专著、技术规范的参考,农村居民区规模较小,污水排放分散、水质污染浓度较城镇的低、管网收集系统滞后且有些地区收集较为困难,同时多数情况下居民区又具有紧邻耕地、绿化带、林地、低洼地、水塘和废弃地等优点,因此要结合上述进行处理工艺的合理选择。农村污水处理的思路和技术路线不同于城市污水处理,更适合采用环境生态工程为主、环境工程为辅的技术路线。因此,在这一技术路线和治理思路指导下,选择一些可能形成农村生活污水处理与资源化利用的工艺技术比较。

    本工程范围内处理的进水为分散居民农户的生活污水,要求建设投资省、运行维护简单,且相对独立的工艺,本方案选择适合于本工程的工艺,即一体化污水处理设备,人工湿地处理系统及土壤渗滤污水处理系统进行比选。

    2.2一体化污水处理设备

    一体化污水设备和装置较多,形式也多样,主要是针对污水排放量少的工业企业,未截污又缺乏土地的城市或居住较为分散的农村,以及小型的厂矿、医院、宾馆等地方的污水处理方式。有的装置利用如硅藻土净化水质;有的则是在装置内利用动力消解污染成分。发展集预处理、二级处理和深度处理于一体的中小型污水处理一体化装置,是国外污水分散处理发展的一种趋势。

    日本研究的一体化装置主要采用厌氧—好氧—二沉池组合工艺,近年来开发的膜处理技术、可对TP和TN进行深度处理。欧洲许多国家开发了以SBR、移动床生物膜反应器、生物转盘和滴滤池技术为主,结合化学除磷的小型污水处理集成装置,近年来,我国在集成化小型污水处理装置的开发、研制和应用方面也开始了一些有益的实践,虽然我国许多环保公司开发了许多形式各异的无动力、少动力或低能耗型集成化污水处理装置,但这些装置的实际运行效果尚缺乏系统地信息。

    一体化污水处理系统具有如下的优点:

    1、 占地小,可埋入地表下。

    2、 全自动控制,不需人员管理。

    3、 无污泥回流。

    4、 操作简单、维护方便。

    5、 噪声低、无异味。

    6、 使用寿命长。

    本工艺适合于无可利用空闲地、处理程度要求较高的小型分散村落,以及农村宾馆,别墅区的生活污水处理。

    处理出水可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中的一级B排放标准。

    2.3人工湿地污水处理技术

    美国联邦管理机构曾这样定义“湿地”的概念,认为湿地就是那些经常或维持被地表水或地下水淹没饱和,在一般情况下,被饱和的土地适合用于特有生物普遍生长的区域。所谓“人工湿地”是指在人工模拟天然条件下,建造一个不透水层、使挺水植物生长在一个处于饱和状态基质上的一个湿地系统。

    人工湿地(Constructed Wetlands)处理系统源于对自然湿地的模拟,它利用自然生态系统中植物、基质和微生物三者的协同作用来实现水质的净化作用。湿地系统是由按一定级配充填的基质/填料( 石等)组成,并在床表种植经筛选具有处理性能好、成活率高、抗水性强、生长周期长、美观确具有经济价值的植物(芦苇等),构成独特的动植物生态系统。当水通过系统时,经过滤、媳妇、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解等作用,使水质得到净化。当基质为碎石或沙石材料时,这类人工湿地有较好的去除有机污染物的能力,但脱氮除磷的能力较低,。以土壤为基质的下行流垂直天壤湿地,以土壤为基质或以有脱氮除磷能力的复合基质为填料的人工湿地具有很好的去除N、P的效果,通常N去除率≧85%,P去除率≧95%,该技术在西欧、北美、澳大利亚和新西兰等国家得到了广泛应用。

    人工湿地适宜处理污染浓度或负荷较低的污水,其处理污染负荷一般低于传统二级生物处理法,但COD、BOD、N、P病原菌去除率高于传统二级生物处理法,处理出水水质更优且稳定。

    人工湿地系统具有如下特点:

    1、建造和运行费用远低于传统污水处理厂。

    2、易于维护,技术含量低。

    3、可进行有效可靠的污水处理。

    4、能耐受水力和污染负荷的冲击。

    5、可直接或间接提供效益,如造纸原料、绿化、野生动物栖息、娱乐和教育。

    荷兰、北美等对湿地的大规模应用始于二十世纪六十年代,我国在“七五”期间开始人工湿地的研究,人工湿地系统作为一种充分利用天然净化处理能力的污水处理技术得到越来越多的关注。

    2.4 土壤渗滤污水处理系统

    地下土壤渗滤法在我国日益受到重视.中科院沈阳应用生态所"七五"~"九五"期间的研究和过程示范表明,在我国北方寒冷地区利用地下土壤渗滤法处理生活污水是可行的,且出水能够作为中水回用,其中最典型的实例是处理沈阳工业大学学生楼生活污水的中水回用工程.1992年北京市环境保护科学研究院对地下土壤毛管渗滤法处理生活污水的净化效果和绿地利用进行了研究.清华大学在2000年国家科技部重大专项中,在昆明市呈贡县的农村地区推广应用地下土壤渗滤系统,取得了良好效果.

    土壤渗滤净化系统是一种基于自然生态原理,以节能、省资源作为指导思想,予以工程化、实用化而创作出的一种新型小规模的污水净化工艺技术。综合利用土壤—填料—微生物—植物共同作用处理生活污水的复合净化工艺。该工艺具有以下优点:

    ⑴ 整个处理装置放在地下,故不损害景观,不占用地表面积。

    ⑵ 净化出水水质良好、稳定、可用于农业灌溉。

    ⑶ 对进水负荷的变化适应性强,能耐受冲击负荷。

    ⑷ 不受外界气温影响,或影响很小.

    ⑸ 不易堵塞

    ⑹ 在去除BOD同时,能去除氨、磷。

    ⑺ 建设容易,维护简便,基建投资少,运行费用低。

    ⑻ 污泥产生少,污泥处置或处理费用低

    ⑼ 不污染地下水等。

    在日本,这种技术正方兴未艾,迄今已兴建了20000余套此类净化设施。在美国,据统计农村及零星分散建造的家庭住宅有36%采用了土壤渗滤沟系统。前苏联也曾组织了一些科研、设计和建筑单位对开发、应用此类小型净化构筑物作了大量工作,在制定工艺流程、净化方法、构筑物或是设施以及泵站等方面完成了系列工作,做到了定型化、系列化、并制定了相应的技术规范。

    2.5 方案选择

    农村村镇生活污水有以下特征和处理要求:

    ⑴ 村镇人口较少,分布广而且分散,生活污水水质、水量波动性大,排水管网很不健全。

    ⑵ 村镇经济力量薄弱,因此污水处理应充分考虑造价低,运行费用少、低能耗或无能耗的工艺。

    ⑶ 村镇缺乏污水处理专业人员,所选工艺应运行管理简单,维护方便。

    土壤渗滤污水系统与其它处理技术相比具有高效率、低投资、低运行费、低维护技术、低能耗等优点,且床体填充改良后的土壤,便于就地取材,因此土壤渗滤污水处理系统更适用于本工程。

    三、工程设计

    3.1 工艺流程及技术说明

    3.1.1工艺流程图

    3.1.2工程流程说明

    ⑴  化粪池

       化粪池的功能主要是截留生活污水中粪便等残渣,对粪便等发酵处理,只有上清液流入污水收集的管道,能够去除30%~40%的有机物质。

       化粪池的第一格为进粪池,主要用于接纳新鲜粪便,达到化粪和沉淀的作用,为下一步厌氧发酵提供条件;第二格为沉卵灭菌池,由于这里有良好的厌氧环境,可以对溢出进粪池的粪便中飘荡的虫卵进行沉降散出,粪渣进行发酵分解,形成粪渣粪液两层;第三格为排放池,当粪液到达这里时,已经过深度厌氧发酵,其中的有机物、悬浮物已所剩无几,同时将洗浴、厨房用水接入,进行简单的沉淀预处理等。

    ⑵ 格栅井

       在化粪池出水口设置简易拦渣格栅井,去除较大悬浮物,减轻后续处理负荷。定期有农户自行清理。

    ⑶ 集水池

       当重力流污水管道埋深达到一定深度时,由于技术和经济原因需要设置泵站将污水提升.污水在进入综合池之前,首先进入集水池,集水池的作用主要是收集污水,集水池内安装有污水泵,污水泵间歇运行,将污水提升入综合池.

    ⑷ 综合池

       综合池为长方形池体,废水沿池体长端自流入土壤渗滤系统中,在池底部设贮泥斗,污泥采用人工清理方式定期清理.

       农村生活污水中的主要污染物为SS,污水经过综合池预处理后,SS至少能够去除30%左右,为后续土壤渗滤池的处理减轻了压力.

    ⑸ 土壤渗滤系统

       土壤渗滤系统式污水处理系统的主体部分,对污染物的去除起着主要作用.

    1、BOD的去除

       BOD的去除机理包括土壤吸附和生物氧化作用。在慢速、快速和漫流系统中,BOD的去除基本上都在土壤表层进行的,微生物的生长和表层中形成的生物膜对污水中有机物的去除起主要作用,其主要反应为氧化反应。Amy认为,在土壤渗滤过程中,有机物在渗流区内的去除机理主要是生物降解,吸附只是一小部分。同时室内土壤渗滤模拟试验结果表明,以参数DOC表明的有机物提供降解作用可以减少50%~60%;Quanrud的研究还表明对于二级和三级进水(美国标准,相当于我国二、三级出水标准)而言,经过土壤渗滤处理系统的有机物出水你的基本上是一致的,说明稳定的出水浓度并不依靠进水的浓度,土壤渗滤系统有很大的缓冲能力。Gary Amy和Wilson等研究了在美国野外实验条件下,运用土壤渗滤系统去除二级和三级污染的可能性.结果表明,DOC和TOX(总有机卤化物)的平均去除率分别为90%和80%.

    2、悬浮物(SS)的去除

       通过土壤颗粒的吸附于过滤作用,投配污水悬浮物(SS)进入土壤颗粒间隙中,几乎可以全部由土壤截滤去除,渗出水SS值可达国标以下.

    3、N的去除

       生活污水中的氮以多种形式存在,主要由有机氮、铵态氮、硝酸态亚硝酸态氮等。对于一般生活污水而言,通过土地处理和植物吸收,污水中硝态氮等。对于一般生活污水而言,通过土地处理和植物吸收污水中硝态氮几乎可被全部去除。硝态氮在随渗水向下迁移时,可通过反硝化作用最终变为氮气。反硝化作用、挥发和植物吸收式土地处理去除氮的主要途径。土壤渗滤对有机物和氨氮的去除可以不断地进行下去,土壤含水层相当于一个由好氧、缺氧、厌氧组合的生物反应器。Kopchynski 认为氮在各种情况下都能够被有效的消化,但是即使为土壤渗滤系统提供反硝化后的进水,反硝化也不能自动进行,因此土壤渗滤适合处理反硝化出水,这样其出水总氮低于国标,有机碳浓度低于国标。虽然植物生长也需要一定的氮,但是由于植物吸收形成的总氮去除率一般不会超过20%。靠提高植物吸收的氮总量以提高系统的除氮能力,其上升空间不大,为系统提供良好的消化、反硝化条件是通过地下渗滤系统除氮能力的根本出路。

    4、P的去除

       土地处理系统中磷的去除主要通过土壤吸附固定与植物吸收实现,在土地处理系统中,土壤作为一个磷的储存库,对磷具有极大的吸附固定能力,污水中99%的磷可吸附而贮存于土壤中。土壤对磷的吸附容量与土壤所含的黏土成分与铝、铁等金属离子数量以及土壤PH值有关。一般来说,含有矿物质多并具有团粒结构的土壤对磷具有更大的吸附固定能力。土地处理系统除磷工艺主要是在缺氧及厌氧过程条件下运行的,因此缺氧及厌氧过程中土壤微生物对基质的利用率是该工艺在低碳源情况下正常运行的主要因素,控制进水的总磷的浓度和总氮以及污水在土壤中的停留时间,是提高除磷的关键。土壤对磷有较强的吸附特性,一般可以确定为砂质土壤。

    5、痕量有机物的去除

       近年来,人们对痕量有机物在环境中的生态行为、归宿以及对人体健康的短期、长期影响尤为关注。美国EPA所列的优先污染物有88%是痕量有机物,我国也很重视该类物质的研究与监测工作。痕量有机物在土地处理系统中的去除主要是由于挥发、光解和生物降解。

    一般来说,各种类似的土地处理系统对痕量有机物均有很高而且稳定的净化效果。但此类物质在土壤-植物系统中的积累和长期生态效应一直是人们所关注的焦点问题之一.通过点源控制和预处理措施,尽量避免此类物质进入土地处理系统,仍然是土地处理系统长期安全运行的保证.

    6、病原体的去除

       土壤渗滤就地处理系统作为一种生态处理系统,处理对以上污染物的去除外,对某些微量元素和病原微生物也有一定的去除效果,病原体的去除通过土壤----植物系统的吸附、干燥、辐射、过滤、生物性吞噬等作用实现,其中慢速渗滤和地下渗滤对病原体的去除最为有效。19世纪中期,科学家和医生们就发现,采用河水作饮用水源的城市比用地下水作为水源的城市霍乱等传染病的发病率高很多。


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