塔式蚯蚓生态滤池处理集中型农村生活污水工程设计

1、中国给水排水CHNA WATER &WASTBVATER第25卷第4期2009年2月Vol 25 Na 4Feh 2009塔换低滤池处畴中型耐歸詠工程如李军状，罗兴章，郑正，李培培，孟卓（南京大学环境学院污染控制与资源化国家重点实验室，江苏南京210093）:采用塔式蚯蚓生态滤池处理系统对集中型农村生活污水进行处理并在江苏宜兴建 设了 16个示范工程。2007年的运行数据表明.该系统基建及运行费用低、处理效果好.对COD、氨 氮、总氮和总磷的平均去除率分别为86 7%、91. 3%、72 4%、96 2%0处理规模为10 m3 /d的滤池 系统建设成本 环含管网建设费）为1 656 1

2、元/m,总运行成本为Q 671元/m'。:农村生活污水；塔式蚯蚓生态滤池；设计:X703. 1: C: 1000 4602（2009）04 0035 04Desgn of Tower Earthworm Ecofliter System for Treatnent of CentralizedRural Domestic SewageL I Jun-zhuang, LUO Xing-zhang, ZHENG Zheng, L 1 Pei-pei, MENG Zhuo(State Key Lab of Pollution Control and Resounes Reuse9 Nanji

3、ng University. Nanjing 210093. China)Abstract: The tower curthwo mi c co filter systan was used Id treat centralized rural domestic sew age, and sixteen dcnionstratbn projects were constmcted in Yixing, J iangsu Province The operating data firm 2007 shew that the system has good treatnent effect, Uv

4、 constructbn and operating costs The aver age removal rates of COD. NH- N, TN and TP are 86 7%. 91. 3%. 72 4% and 96 2% respective ly The constnictbn cost of 10 /d system (non including construction cost of pipe neKvork) is 1 656 1© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.

5、AU rights reserved. 中国给水排水CHNA WATER &WASTBVATER第25卷第4期2009年2月Vol 25 Na 4Feh 2009yuan/ml and die operating cost is Q 671 yuan/m Key words: mral domestic sewage: kver国家对太湖的大规模治理始于1991年，至 2006年水污染治理已累计投入资金120多亿元，重 点区域的城镇污水处理率有所提髙陆续实施了面 源污染控制、小流域综合治理、畜禽养殖污染治理、 底泥疏浚、调水及生态恢复等工程措施。但2007 年5月底太湖无锡水域大面枳暴

6、发蓝藻，证明太湖 水质恶化趋势并没有得到遏制水体富营养化问题 没有得到根本控制。目前太湖流域农业人口达 1 91防。太湖流域农村中进入公共污水处理管网 的污水量仅占总污水量的2%5%。农村的一些eardKvom ecofilter design主要利用自净和环境容量的污水处理设施都会因 环境容量被耗尽而逐渐丧失处理能力。在工业和城 镇污染得到基本控制后量大而面广的农村生活污 水成为加速太湖富营养化进程的一个主要原因121 0 2002年一2005年对无锡某镇24 kn】河网面源污染 控制示范区进行的调査显示：农村生活污水排放对 太湖污染的贡献率中氮占25%、磷占34%o控制农 村生活污水无序排

7、放成为当前的迫切任务。目前应用人工强化生态系统处理污水成为研究 热点131，蚯蚓生态滤池就是基于蚯蚓具有吞食有机© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. AU rights reserved. 中国给水排水CHNA WATER &WASTBVATER第25卷第4期2009年2月Vol 25 Na 4Feh 2009© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. AU rights reserved. 中

8、国给水排水CHNA WATER &WASTBVATER第25卷第4期2009年2月Vol 25 Na 4Feh 2009(863)(BS2007148)(2002AA60I0122IB);(WTWER0716);© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. AU rights reserved. 中国给水排水CHNA WATER &WASTBVATER第25卷第4期2009年2月Vol 25 Na 4Feh 2009© 1994-2010 China Academic Jour

9、nal Electronic Publishing House. AU rights reserved. 中国给水排水CHNA WATER &WASTBVATER第25卷第4期2009年2月Vol 25 Na 4Feh 2009 35 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. AU rights reserved. 第25卷第4期中国给水排水vww watergasheat oom血处理技术。农村生活污水排放具有日变化系数物、提高土壤通气透水性能和蚯蚓与微生物的协同 作用等生态学功能而设计的

10、一种污水生态处理系 统.由于其具有基建及运行管理费用低、氮磷去除能 力强、处理出水水质好且可回用等特点而首先在城 市生活污水处理、污泥稳定和处置中得到应用和初 步研究f 对于污水收集相对困难、技术水平相 对落后、生活污水亟需得到治理的农村地区来说这 是一种极具推广价值的污水处理技术，因此江苏宜 兴某镇建造了 16个科研性塔式蚯蚓生态滤池示范 工程处理集中型农户生活污水及能用明沟收集到 的地表径流以削减入湖面源污染负荷。1背景调查通过资料调研、问卷调査以及对农户定点连续 监测等方式对太湖西岸某重点控制区域内临近太 湖的7个行政村进行了广泛的社会、经济、农居分布 及污水排放特征等调査研究。结果显示

11、农村生活 污水具有与城市污水不同的特点:从水量上看.集中 居住的新建居住区（约占集中居住区的30%）农户 用水量为166207 L/（d 户），平均约为180L/（d 户）.集中居住的陈旧居住区（约占集中厨住区的 70% ）农户平均用水量约为120L/（d户）；从排放 方式看有22%的农户将生活污水直接排入村河， 45%的农户排入屋后及地表后渗入地下排入沟渠 的农户有25%.还有少数农户排入化粪池、田地。 从水质上看，旧居住区OOD排放浓度可达780 1 349mg/L.新居住区COD排放浓度可达350450 mg/Lo新居住区的总氮、总磷平均排放浓度分别为 20、1. 93 mg/L.旧居住

12、区分别为 9. 7、1. 19 mg/L.其 差距的主要原因是旧居住区居民经济条件相对较 差用水时反复使用后排放从而造成有机物浓度较 高。同时由于旧居住区农户基本没有使用卫生洁 具造成生活污水中粪便成分较少，IN、TP浓度偏 低。污水管网收集系统的进水水质见表loPHSS/(mg L ')BODS/ (mg L UOOD/ (mg )TN/ (mg L1)NH；N/(mj)TP/ (mg L J7200 40(145 32(220 45(24丁17 32137. 635721638531222 3Tah 1 Rural domestic sewage quality in denion

13、stratbn area指标2工艺设计在蚯蚓生态滤池工程设计中需考虑如下问题: 较大、水质波动明显的特点需要设计组合工艺，以 使整个系统运行稳定、高效：Q提高系统的表面水力 负荷。小试中单级蚯蚓生态滤池的表面水力负荷较 低有利于污染物的去除但这同时带来系统占地面 积较大的问题。在中试中需通过采取合理的结构设 计来提高系统的表面水力负荷；优化配置工程水 力负荷因水力负荷过大或配置不当会导致壅水： 自动控制。小试时发现采用淹水与落干交替运行 的工作方式不仅使蚯蚓的生态作用得以发挥而且 形成了系统内不断变化的氧化TS原环境而且对 污染物（特别是总氮及有机物）有良好的净化效果. 因此在工程设计中在保证

14、系统稳定、可靠运行的前 提下应设计采用人工和自动控制相结合的运行方 案。2. 1系统工艺流程见图1。农IH冋灌地義衿说|吊观设计|1Fig 1 FUv chart of Ireatnent piucess根据农村污水的排放特征.系统在管网末端、 配水槽前建设了一座水解酸化池为有进、出口和检 査口的埋地池。污水通过管网收集，流入酸化池内. 在池内实现固液分离与厌氧发酵:经过一定的停留 时间后酸化池内的污泥和悬浮渣中的细菌对污水 进行了降解和稳定.将复杂有机物转化成小分子挥 发性脂肪酸这易于蚯蚓取食,便于系统适应有机污 染冲击负荷。酸化池设有砖混结构的挡板，以防止 发生短流。根据实际情况出水可直接

15、用干农田、菜地回 灌:也可结合地表径流治理将尾水引入人工湿地进 行深度处理。在工程示范区村落周围有可利用的水 塘及废弃洼地可以根据当地的环境特点设计水环 境景观。2.2塔式蚯蚓生态滤池的结构如图2所示。采用模 块化结构、梯度塔层、多级单-元串联处理的方式，每 一层塔为一个处理单元.可以是方形、矩形或圆形。 在实际操作中可以根据实际地形采取不同的结构 361994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. uuw waieiasheat con李军状等:塔式蚯蚓生态滤池处理隼中型农村

16、生活污水工程设计第25卷第4期© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights “served. uuw waieiasheat con李军状等:塔式蚯蚓生态滤池处理隼中型农村生活污水工程设计第25卷第4期模式组合:楼梯型或回转型。这种串联萱层布置，增 加了光照面积有助于滤池填料表面植物生长强化 其根部对污水中污染物质的吸附转化及泌氧作用0污水经过每一单元的吸附、转化后流入下一单元进 行净化这种集约化布置更便于滤池管理、维护。农圧布水骨 散水丿占蚯蚓床）岛位配水横"动控制柜*

17、水解酸化池旁通储内层布水怦匸"n:寸仃1一rrT；| 沪討fl2砂 fib!Fig 2 Stmcture of leaver eartlwoin ecofilter根据系统的工作原理并针对传统蚯蚓生态滤 池系统的主要缺陷，对塔式蚯蚓生态滤池的内部结构提出了一套新的设计方案要点如下:土来改善土壤的渗透性及蚯蚓和微生物的作用环境。（2在散水层下面铺垫多层不同粒径的细砂、碎态系统实现污染物的有效转化。2.3按照集中居住区居民排放水量约为20（）L/（d 户）来确定污水处理量:工艺允许的进水水质为: 00D <600 mg/L, BOD5 W500 mg/L, TN <40 mg

18、/L. NH； N <30 mg/L. TP<5 mg/L. SS<400 mg/L,可 以满足太湖流域集中型农村生活污水的水质波动要 求0工程设计采取以系统透过水量为限制的水力负 荷设计法.同时参考以污染物去除能力为限制的污 染物负荷设计法。塔式蚯蚓生态滤池的单级设计表 面水力负荷为lm3/（m2小:配水周期：12 d;湿 干投配比为1 ：3。系统通过定时器来控制潜水泵 电源开关.可实现蚯蚓生态功能的最大化及填料中 好氧我氧环境的交替。3运行效果16个科研性塔式蚯蚓生态滤池示范工程于 2005年10月陆续投入运行。经过一年多的运行. 2007年3月一10月对其中某村塔式蚯蚓

19、生态滤池 进、出水进行了监测结果见图3o石鹅卵石其粒径结构从上往下依次加大,形成一种多层过渡结构能够将污水中的颗粒有机物分散于多个砂.土层内及其界面上同时确保水流通畅。 Q在散水层中増设布水管形成表层、内部双层布 水。内层布水是在散水层25 m深度处增设PVC 管材的布水管布水管周圉是用合成纤维织物包裏 的青石子。纤维织物外层即是特殊配制的土壤填 料。污水从布水管出来时首先经过青石子上的生4(X)30()2001008584Fl SH 6一n IAU 6一=sU A进水出水 o左除率2 099 9 9 X物膜净化:然后通过纤维织物和经人工配制的特殊 土壤渗滤层的毛管浸润作用缓慢扩散进入周围土

20、壤。双层布水可克服表层布水管布水过于集中、不 均匀的问题同时使污水中的有机污染物不完全被 吸附截留在土壤填料表层増加人工土填料内部脱氮所需的电子供体从而达到提高系统水力负荷.延长系统寿命的目的。分吸取小试经验合理配置蚯蚓的不同种群实现生态功能的最大化。滤池上部既是散水层，同时也是蚯蚓床。蚯蚓床中蚯蚓密度为812 g/L填料。蚓种分为表层种和深层 种-表层种为大平2号蚯蚓投放在37 cm深度 内：深层种为威廉环毛蚯蚓，投放在蚯蚓床1520 g深度处。蚯蚓能加速构建高效的污水T地生H芸匸0一L一 6一恥9 :二亠9H 6二二 nsH SH CZ亍 -z H bU 6Z 匸 Z© 1994

21、-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights “served. 第25卷第4期中国给水排水z、vw. watergasheat can 38 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights “served. hltp:/第25卷第4期中国给水排水z、vw. watergasheat can项目水解 酸化池滤池 土建填料蚯蚓管材、 阀门泵与控 制丟统投资4 727. 24 3251 14(1 2

22、291 41 1008403 2002Tah 2 Cost of porject元6rTWCLLZI6一6一 J w HHS运行费用统计如下:装置折旧费用为Q 227元/ 维护费用为Q 219元/n?.水电费用为Q 18元/ 品.填料及蚯蚓损耗费用为Q 045元/ml则总运行 成本为Q 671元/m5结语采用塔式蚯蚓生态滤池处理农村生活污水，表 面水力负荷可达d).而传统的土地处理 系统的水力负荷仅为Q 05Q 2m3/(m2d)。该 系统构造简单如果能够合理利用地形只需一次动 力提升随后依靠重力自流即可故能耗低,而且整 个系统运行过程中没有药剂消耗通过控制柜来控 制系统配水时间运行维护非常方

23、便可节省人力物 力.适合村镇污水处理造价低、运行费用少、低能耗 或无能耗的要求。示范工程的实际运行结果表明在表面水力负 荷较高、平均进水浓度较低的条件下塔式蚯蚓生态 滤池对总氮、总磷的平均去除率达72 4%、96 2%. 出水各项指标可达到城镇污水处理厂污染物排放 标准(GB 189182002)的一级B标准。 38 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights “served. hltp:/第25卷第4期中国给水排水z、vw. watergasheat can3Fig 3 Effect of pollutant removal由图3可以看出，滤池系统对CO