旅顺对庄沟生活污水处理方案-3

1、旅顺对庄沟生活污水处理方案大连理工大学环境工程设计研究院有限公司2011年6月目录1项目背景22水质水量33工艺论证43.1人工湿地处理系统工作原理43.2人工湿地处理系统工艺类型73.3人工湿地处理系统特点83.4人工湿地处理系统适用对象93.5人工湿地处理系统的应用93.6污水处理工艺方案的确定124主选工艺134.1工艺流程简图134.2工艺流程简介145主要构筑物及设备选型145.1集水井（利旧）145.2化粪池（利旧）145.3酸化水解池155.4一级人工湿地155.5中间阀井155.6二级人工湿地165.7清水井166投资估算166.1构建物投资估算166.2总投资估算177运行成

2、本估算171项目背景大连旅顺口区铁山街道对庄沟村坐落在风景秀丽的大连老铁山自然保护区，现有农户约600人，这里是远近闻名的水果之乡，其大樱桃更是以果大、质优、鲜美的口味而闻名遐迩。对庄沟村地处“环保核心区”，2009年以来，对庄沟村先后投资1200余万用于改善农民生产、生活和农村生态环境，为新农村建设奠定了良好的基础。现对庄沟预建设50t/d处理能力的人工湿地系统，主要处理对庄沟村民产生的生活污水和一个饭店的排水。2水质水量 设计水量为50t/d，即2.1t/h。生活污水水质可参考给水排水设计手册第五册表4-1生活污水水质示例中各指标的中限值，具体指标如表1。出水指标需达到辽宁地方标准污水综合

3、排放标准（DB_21_1627-2008），如表1。表1 生活污水水质示例序号指标浓度(mg/L)进水中限值排水指标1总固体TS7202总溶解性固体TDS5003非挥发性3004挥发性2005悬浮物SS200206非挥发性557挥发性1658可沉降物（mL/L）109生化需氧量BOD52201010溶解性11011悬浮性11012总有机炭TOC1602013化学需氧量CODCr4005014溶解性15015悬浮性25016可生物降解部分30017溶解性15018悬浮性15019总氮TN401520有机氮1521游离氮258（10）22亚硝酸盐023硝酸盐024总磷TP825有机磷326无机磷5

4、0.527氯化物Cl-10040028硫酸盐SO42-3029碱度CaCO310030油脂10031总大肠菌（个/100 mL）10710832挥发性有机化合物（g/L）100400注：（1）排水指标中氨氮括号外数值为水温12时的控制指标，括号内数值为水温12时的控制指标。（2）排水指标中氯化物（按氯离子计）只针对排放于淡水水域，海域不受限制，排水用于农田灌溉的排放标准为250mg/L，污水回用处理反渗透膜浓水排放标准为1000mg/L。3工艺论证3.1人工湿地处理系统工作原理人工湿地处理系统又称土壤-植物-微生物处理系统。该系统对污染物的净化的物质基础是土壤，是利用土壤内部的各种机制对进入土

5、壤中的污染物作用，在一定程度上减轻或消除土壤环境污染的能力。在土壤中起主要净化功能的是土壤的“三相”组成，其中以固相最为重要。土壤的固相是土壤中最活跃的部分，它包括无机矿粒、有机腐殖质、有机无机复合胶体、土壤酶和土壤微生物等，这些成分通过一系列相互交织的复杂过程共同对污染物起作用，使土壤成为一个巨大的“污染处理场”。土壤的净化过程既包括物理、化学和生物的作用；又包括物理化学和生物化学的作用，即有土壤的过滤、截留、渗透、物理吸附、化学吸附、中和、挥发、生物氧化、以及微生物及植物的摄取等过程。这里主要介绍SR、RI及OF系统对污染物去除的原理。（1）土壤对有机物的去除原理任何种类的污水土壤-植物-

6、微生物处理系统都能有效地去除BOD。去除机制包括过滤、吸附和生物氧化过程。在SR和RI系统中，这些过程主要发生在微生物活性最高的表层土壤或接近表层的土壤系统中。OF系统去除BOD所进行的过滤、吸附和生物氧化反应实质上完全在土壤表面进行。OF系统坡地上微生物的生长方式与其它固定膜污水处理系统中的微生物生长方式相似，因而在微生物黏液层中的好气带和厌气带都可以存在。因土壤-植物-微生物处理系统的最终污水处理机制是生物作用，故它具有连续去除BOD的能力。（2）土壤去除悬浮物固体的原理SR和RI系统均能有效地去除悬浮固体，其机制主要是土壤过滤；OF系统去除悬浮固体的机制是沉淀及植物枯枝落叶和微生物黏液的

7、截留，其去除效果一般较SR和RI系统差，但如果施入经过滤的原污水或经类似一级处理的污水，OF系统的出水的悬浮固体含量一般低于经过二级处理的污水。（3）土壤脱氮原理在典型的城市污水中，氮通常以有机N（占总的40%）和铵态N形态存在，土壤植物系统与污水中的氮可发生一系列相互联系的反应，由于氮能以多种形态存在，因此，污水土壤-植物-微生物处理系统对氮的去除方式是复杂多变的。污水中的有机N通常随着污水中的颗粒物质一起被土壤滤出或固定。含有机N的蛋白质既可和土壤腐殖质结合，又可为无机胶体所吸收固定而使其分解率大为降低。有机N的另一种转化形成是由土壤中的氨化细菌完成其矿质化过程，其矿化产物是氨态氮。氨态氮

8、有分子态（）和离子态（）两种形式，这两者间在一定条件下可相互转化。如土壤中无足够的吸附物质，可从土壤中挥发，此乃土壤脱氮的方式之一。既可被作物吸收，进入植物体内，有能为黏土矿物所吸附固定而去除。土壤中的还可在好氧条件下，由硝化细菌与亚硝化细菌作用生成硝态N（），称为硝化作用。由于带负电荷，与土壤粒子表面所带电荷相同，因此，它不易为土壤吸附面向下移动，但下层缺氧处于还原状态，这一过程称反硝化作用，它是土壤中最为主要的脱氮途径。硝化作用仅仅是氮的转化过程而不是去除途径，反硝化作用与作物吸收才是真正有效的脱氮途径。对于大多数SR系统来说，作物吸收是主要的除氮机制，此外，反硝化作用和的挥发也能去除一部

9、分氮，这取决于场地条件和污水类型。对于RI系统，反硝化作用是唯一的除氮机制，而OF系统的去氮则主要是作物吸收和反硝化作用共同作用的结果。（4）土壤除磷原理磷和氮一样，都是地表水富营养化的主要因素，因此污水中磷的去除是一个受到普遍关注的问题。在城市污水中磷以正磷酸盐、多磷酸盐、有机磷酸脂等形态存在。正磷酸盐能迅速地被土壤植物系统的生物所利用。多磷酸盐在一般土壤必须经过缓慢水解才能利用。污水土壤-植物-微生物处理系统的除磷机制包括作物吸收、生物、物理和化学的过程。磷的去除主要发生在土壤中，因此，土壤固磷能力必将逐渐削弱，但不完全丧失。土壤净化功能还包括土壤吸附固定重金属离子、土壤除去病原体、土壤清

10、除空气污染等方面。土壤的净化容量并不是无限的，它只是在一定的程度上才能表现出净化功能，因此在设计土壤-植物-微生物处理系统时，一定要充分考虑各种污染物质的负荷，最好在土壤-植物-微生物处理前进行污水的预处理，这样才能更好地发挥土壤的净化功能。3.2人工湿地处理系统工艺类型人工湿地根据湿地中主要植物形式可分为：浮水植物系统；挺水植物系统；沉水植物系统。沉水植物系统主要应用领域在于初级处理和二级处理后的深度处理。浮水植物主要用于N、P去除和提高传统稳定塘效率。目前一般所指人工湿地系统都是指挺水植物系统。挺水植物系统根据水流形式可建成自由表面流和潜流系统。（1）典型的表面流人工湿地是一个有大约20-

11、30 cm厚土壤的图章形的盆地。密植的挺水植物覆盖了大部分的表面，通常超过50%。水流从进水口流入，流经整个湿地，最后流出。浅水区、低流速、植物的存在、稳定的水流，尤其是狭长的水道，确保了其活塞流的状态。整个设计的初衷就是用活性的表面来处理废水。（2）潜流式人工湿地：潜流式人工湿地可根据流向分为水平流与垂直流。u 水平流潜流人工湿地：废水从进水口流入，缓慢的流经或多或少的碎石床表面下的多孔介质，一直到达出水区，然后通过排水管流出。在这个过程中，废水将与一个由好氧、厌氧和兼氧区域组成的网络相接触。好氧区出现在可以向填料供氧的地下根茎周围。在欧洲，大多数的水平潜流人工湿地称为“芦苇床处理系统”，这

12、主要是由于所选用的植物通常是芦苇。在北美，也称之为“植物潜流床”。水平潜流系统多用于城市污水的处理。近来，这种湿地也开始用于处理各种工业、农业废水，以及用于处理暴雨径流。 u 垂直流系统，垂直流系统又可根据流向分为下行流和上行流。垂直流湿地包括一个平铺的碎石床，上面的砂石种植水生植物。底层的砾石比较大，上面的小一些。 垂直流湿地采用间歇式进水。废水流过床体，在底部由一个排水网络收集起来。床体将水排净并且由空气重新充满。这种进水方式有助于氧气的传递，并且提高了硝化反应的能力。3.3人工湿地处理系统特点正是由于人工湿地系统这种特有的工艺流程决定了它特有的技术经济特征。也决定了它适合本建设项目的显著

13、特点。（1）充分利用水肥资源生态处理系统促进了废水中植物营养素的循环，使废水中所含的有用物质通过作物的生产而获得再利用；不但在处理系统中可直接利用水资源，经处理后的水也可收集用于农业灌溉、养殖业甚至作某些工业用途。（2）基建投资省、运行费用低、节省能源生态处理系统可利用废弃的荒劣地、坑塘洼淀、荒山来处理废水，其基建投资远比一般的二级处理要低，约为同等规模二级处理基建投资的1/3 - 1/4。由于土壤-植物-微生物处理系统开辟了新的生物物质能源来处理废水，就大大节省了运营的电力能耗，从而使运行费很低廉，约为一般二级处理的1/3。这样就能利用有限的投资和运营费去处理更多的废水。（3）能绿化大地，促

14、进生态系统的良性循环土壤-植物-微生物系统是生物圈的基本单元，它是环境的重要组成部分，同时也是土壤-植物-微生物处理系统中的主要组成部分。不论采用何种土地处理工艺类型一般都包括有植物。这些植物视具体处理工艺和水质可以是多年生牧草、森林、花卉或农作物。植物除了对系统中的污染物质进行吸收、吸附、降解和转化外，还兼有一定经济收益，并能起到绿化环境、调节气候、防止水土流失等促进周围环境良性循环的作用。这是其他任何处理工艺所不能比的。（4）运行简单，易于操作管理该生态处理系统与其他二级处理工艺相比，运行简便可靠，出水水水质稳定，易于操作管理。（5）处理污水的同时绿化环境，不仅实现环境效益，更有生态和社会

15、效益。（6）可以根据场地的具体情况而灵活设计，使该处理系统与周围环境更和谐。3.4人工湿地处理系统适用对象（1）城市生活废水；（2）小城镇生活污水；（3）自宾馆、酒店洗浴废水；（4）食品行业加工废水；（5）非有毒有害的工业废水；（6）含重金属污染废水（由于重金属在生物体内易积累，对该类废水的处理需要采用特殊的控制技术，处理后的植物及土壤须考虑再生及回收）。3.5人工湿地处理系统的应用（1）生态处理工艺技术及其在国内外的应用污水生态处理系统最早由德国植物学家Seidel于1957年提出，并于1967年得到证实， 该系统可以净化含酚废水， 曾经引起了学术界的广泛关注，以后陆续建立了一些处理规模较小

16、的实际运行系统，第一个完整的人工湿地是 1974年在西德建成的， 人工湿地在1980年后得到迅速发展。在国外，人工湿地已成功地处理了生活废水、暴雨废水、农田径流废水、食品加工、矿山、酸性废水等工业废水及垃圾渗滤液等。目前欧洲已有数以百计的人工湿地投入运行，规模大小差别很大， 从最小为一家一户的处理到相当大的处理系统，墨西哥的一处人工湿地用于处理 10万人的生活废水，人工湿地在北美通常用来为较大城市的二级处理出水提供三级处理，而欧洲一般用于小城镇和村庄的废水二级处理， 而澳大利亚与非洲则用于处理各类废水。目前，各国的研究集中在改良人工湿地的技术上，包括开发高效经济填料，有效的冬季运行策略和寒冷地

17、区的推广应用等。污水生态处理技术在国内的应用相对较晚，始于90年代中后期，开始主要集中在四川、武汉、深圳等气候炎热地区，逐渐向我国北方转移。例如：深圳洪湖公园、甘坑河、成都活水公园等的应用均比较成功。处理效果较好，可以达到一级排放标准，处理出水可用于浇灌绿地、洗车、冲厕和景观用水。1998 年，在山东省荣城市建成的荣成市污水处理厂，利用闲置盐碱地，采用自然湿地处理工艺，共占用芦苇荒地80 hm2，处理规模为20000 m3/d，承担市区及沿途10多个村庄，约12万居民的生活污水及少量工业废水。该处理厂于1998年10月开始投入运行，经过三年满负荷运行，出水水质稳定，出水 COD 浓度小于 12

18、0 mg/L，BOD5 浓度小于30mg/L，处理后出水水质优于国家二级排放标准，处理成本仅为 0.16元/3，具有投资少、运行管理简单、费用低等特点，而且从长远考虑，还具有改进生态系统结构、促进物质能量的循环、保护湿地系统、防止近海区域赤潮的优点；污水的直接资源化可进行淡水养鱼、水生植物种植，能获得一定的经济效益。2003年10月，东北第一座人工湿地生态污水处理厂进入冬季调试阶段，占地 6.3 hm2，日处理污水 30000 t；2004 年7月，北京城区内最大的人工湿地北京元大都公园人工湿地建成，面积达 17000 m2；2004 年11月，云南首块规模化人工湿地大清河入湖河口复合人工湿地

19、建成，经过4个月的试运行，可日处理污水 2000 m3/d，湿地水中的主要富营养化指标均优于国家排放标准中的一级A标准。人工湿地在城市生活污水处理中成功应用的实践表明，人工湿地系统是一种正在不断得到研究、应用和发展的污水处理新技术，其基建投资低、处理效果好、操作运行简单和美化环境。（3）大连理工环境工程设计研究院的成果大连理工大学环境工程设计研究院早在1999年就与德国国家环境与健康研究中心（GSF-National Research Center of Environment and Health）及德国北方环境工程有限公司(Umwelt Schutz Nord) 建立了有关应用人工湿地处理

20、工业及生活污水的合作研究，并在德国南部慕尼黑建成了占地面积400平方米, 日处理量2-10吨/天的中试处理设备和工艺处理流程，实验结果见表2。表2 工业污水中试处理实验结果水质指标处理规模进水水质 (mg/L)出水水质 (mg/L)去除率（%）备注TNT 2吨/天100 1.2 98.8TNT生产废水苯酚5吨/天2500 49.8 98含酚废水CODcr10吨/天4530 12597.1生活污水SS80 2.297.32003年，本院开始与挪威农业大学环境科学与工程系的Prof. Dr. Williams Warner进行合作研究，共同开发针对寒冷气候区的生态处理工艺。目前在挪威农大校园内已经

21、建成处理规模为200吨水/天的处理厂，占地均为绿化用地。本所在原反应器的基础上不断改进，针对寒冷气候区冬季结冰，植物和微生物处理效率下降和水流动困难特点，开发出适应中国北方的污水生态处理反应器。目前已经有2名硕士研究生以该课题为研究内容顺利毕业，另有2名博士研究生和2名硕士研究生和1名留学生正在继续有关机理方面的探讨。本所技术特点是通过改进工艺设计（包括布水方式，运行管理方式，反应池构造等），选择适宜填料及筛选合适植物品种(包括水生植物和旱生植物)，达到强化冬季运行效果的目的。具体的反应器结构见图1. 利用本所开发的工艺进行生活污水处理，得到结果见表3：表3 人工湿地处理生活污水户外实验结果

22、（2002年6月2004年6月）。指标CODTNPO4-TP进水浓度 (mg/L)224-42511-29.82.0-4.01.5-4.7出水浓度 (mg/L)4-17.50.2-0.50.08-0.180-0.1去除率(%) （平均）95%93%94%98%在工程上，现已实际运行的人工湿地处理系统包括大连海事大学人工湿地污水处理系统、大连汉枫生态科技有限公司人工湿地污水处理系统、西安御苑人工湿地废水处理系统（见表4）。表4大工研究院人工湿地项目项目简称规模t/dCOD处理效果mg/L投资万元运行成本元/t水大连海事500400303500.665大连汉枫53505014.80.12西安御苑1

23、500112302570.176（3）旅顺对庄沟生活污水生态处理面临的挑战生态处理系统由植物、微生物和填料等组成，由于植物生长受季节影响较大，气候条件对人工湿地有重要影响。我国南方地区洪水及雨季对人工湿地的运行影响很大，北方地区的冬季气温则是影响人工湿地运行的最重要因素。该处污水生态处理面临的挑战如下：u 地处“环保核心区”，应严格避免臭气、噪声、蚊蝇孳生，抑制病菌等有害微生物生长与传播。u 改进湿地结构，加强湿地系统的防冻保温技术措施，保证冬季处理效果，提高低温污水的处理效率。3.6污水处理工艺方案的确定与传统生化处理工艺（生物接触氧化、SBR、CASS等）相比，污水经过生化处理后，水中尚存

24、在的有机物被称为不可生化或难以生化的不可降解物质，要进一步除去比较困难，需要采取特殊手段，如膜分离技术、絮凝固液分离技术、物化吸附技术、杀菌消毒技术等，才能使废水处理达到中水回用的要求。它们只是将废水中的有机物或有害物质分离或者浓缩，是将一种物质状态转化成另一种物质状态，最终并没有消除污染物，而湿地处理技术是借助自然的植物和微生物状态，将废水中的有机物最终氧化分解，是真正意义上的环境保护，其获得的水质也是最自然的地表水。用传统生化处理技术需增加终端处理，其运行成本也将比湿地处理技术高出一倍甚至更多。这其中包括投加絮凝剂的费用和消毒剂的费用。生态工艺具有处理效果好、出水水质稳定、水质达标率高的优

25、势，而且工艺设备简单、运行管理方便、维修和运行费用少。从经济、技术、运行维护等各方面综合考虑，本方案设计推荐生态处理工艺为本建设项目的工艺方案。4主选工艺4.1工艺流程简图集水井化粪池酸化水解一级人工湿地二级人工湿地清水井(溢流)一级人工湿地二级人工湿地排水进水50t/d4.2工艺流程简介村民生活污水及饭店排水经管网收集后输送入现场已有的集水井，集水井可起到一定的稳定水质、水量的作用，集水井与化粪池相通，污水经过初步稳定沉淀后进入化粪池，现场原有化粪池两座，容积分别为17.5m3和11.25m3，化粪池一方面可起到沉淀污水，使污水与杂质分离，另一方面可使沉淀下来的污泥在其中厌氧分解，杀死寄生虫

26、卵，起到降解污染物的作用。化粪池出水自流入酸化水解池，酸化水解池停留时间约为8h，经过酸化水解后污水的可生化性进一步提高，污染物也得到进一步降低，同时污水中的杂质在经过化粪池和酸化水解池后，含量大大减少，降低了SS过多导致堵塞后续人工湿地的危险性。酸化水解出水自流入一级人工湿地，一级人工湿地设两座并联，总面积约400m2，一级人工湿地处理后出水进入二级人工湿地，该段总面积约320m2，同样设置两座并联。人工湿地采用级内并联的运行方式，通过运行方式控制，保证湿地内溶解氧的充足。除此之外根据季节的不同，人工湿地可分别采用夏季运行方式和冬季运行方式，保证在北方冬季低温条件下系统能够正常运行。人工湿地出水自流入清水井，清水井内设置自控的清水提升泵，用于控制工作方式、状态及充氧