行业技术 | 新农村污水处理“良方”——厌氧池+人工湿地

时间:2019-04-28 09:46:23

来源:岭南论坛

作者:佚名

      慧聪水工业网 编者按:近年来,农村污染治理、生态环境保护及美丽乡村规划建设受到国家和各级政府的重视。本期将结合南雄新农村案例,给大家介绍一种契合农村的、维护方便、运营费用低的生态污水处理工艺(厌氧池+人工湿地)。

为提高农村人居环境的质量,防止生活污水直接排放引起环境污染,切实改善农村居民生活条件和村容村貌,对农村生活污水收集及处理设施设计、建设和运行管理需要科学合理的方法。

南雄新农村建设项目选择一种契合农村、维护方便、运营费用低的生态污水处理工艺(厌氧池+人工湿地)改善农村生态环境,工程的实施完全符合环境保护、生态建设的总体要求。

一、厌氧池的基本原理

厌氧生物处理技术在水处理行业中一直都受到环保工作者们的青睐,由于其对有机性污染物质具有良好的去除效果,更高的反应速率和对毒性物质高适应性,更重要的是其对比好氧生物处理废水来说,不需要为氧的传递提供大量的能耗,使得厌氧生物处理在水处理行业中应用十分广泛。 一般来说,废水中复杂有机物物料比较多,通过厌氧分解分四个阶段加以降解:

01 水解阶段

高分子有机物由于其大分子体积,不能直接通过厌氧菌的细胞壁,需要在微生物体外通过胞外酶加以分解成小分子。废水中典型的有机物质比如纤维素被纤维素酶分解成纤维二糖和葡萄糖,淀粉被分解成麦芽糖和葡萄糖,蛋白质被分解成短肽。分解后的小分子能够通过细胞壁进入到细胞的体内进行下一步的分解。

02 酸化阶段

上述的小分子有机物进入到细胞体内转化成更为简单的化合物并被分配到细胞外,这一阶段的主要产物为挥发性脂肪酸,同时还有部分的醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等产物。

03 产乙酸阶段

在此阶段,酸化阶段的产物进一步被转化成乙酸、碳酸、氢气以及新的细胞物质。

04 产甲烷阶段

在这一阶段,乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇都被转化成甲烷、二氧化碳和新的细胞物质。这一阶段也是整个厌氧过程重要的阶段和整个厌氧反应过程的限速阶段。

二、人工湿地的基本原理

人工湿地是模拟自然湿地在人工生态系统,类似“自然沼泽地”,但由人工建造和监督控制,是一种人为的将石、沙等一种或几种介质按一定比例构成基质,并有选择性的植入植物的污水处理生态系统。

人工湿地的净化机理:人工湿地对废水的处理综合了物理、化学和生物三种作用。湿地系统成熟后,填料表面和植物根系将由于大量微生物的生长而形成生物膜。废水流经生物膜时,大量的 SS 被填料和植物根系阻挡截留,有机污染物则通过生物膜的吸收、同化及异化作用而被去除,最后湿地系统更换填料或收割栽种植物将污染物最终除去。

三、新农村污水处理的的基本原则

(1)通过物理、化学、生物或生态技术将农村生活污水中对农村生活或者环境有害的污染物质进行消除、降解或无害化处理;

(2)根据村庄所处区位、人口规模、集聚程度、地形地貌、排水特点及排放要求、经济承受能力等具体情况,采用适宜的污水处理模式和处理技术;

(3)靠近城区、镇区且满足市政排水管网接入要求,宜就近接入市政排水管网,将村庄生活污水纳入城镇生活污水收集处理系统。应调研周边城镇管网建设情况,当附近有在建的市政排水管网时,应考虑将村庄生活污水接入在建的市政排水管网;

(4)优先选用工艺简单,运行维护管理方便,运行费用低的方法。

四、新农村污水的收集要求

(1)因地制宜地选择农村排水措施。村庄宜采用分流制,污水经污水管道进入污水处理设施进行处理,雨水通过沟渠或地表径流排放;

(2)收集的污水包括黑水和灰水。黑水指村民厕所污水,包括粪便、尿液和冲厕污水;灰水指盥洗污水和厨房排水。

五、污水处理设施处理流程

农村生活污水经过格栅后,进入厌氧生物膜池,利用其中发生的厌氧水解酸化反应去除有机物;生物反应池出水进入人工湿地系统,进一步去除氮、磷营养物。

步骤一:生活污水排至三级化粪池

主要利用沉淀和厌氧发酵的原理,去除生活污水悬浮性有机物(SS)。

步骤二:格栅池

作用原理主要是物理拦截,拦截污水中的大块污染物、悬浮物和漂浮物。

用来去除可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗大悬浮物,并保证后续处理设施能正常运行。人工清除格栅渣、防止孔隙堵塞,同时检查格栅池内的沉砂情况,及时清砂并找出积砂原因;检查周期为 1~3 个月。

步骤三:厌氧生物膜池

利用其中发生的厌氧水解靓化反应大幅度的去除污水中呈胶体和溶解状态的有机性污染物质。

(1)厌氧生物膜池是通过在厌氧池内填充生物填料强化厌氧处理效果的一种厌氧生物膜技术。正常运行时,污水中的部分有机污染物将被除去,能有效降低后续处理单元的有机污染负荷。

(2)填料。在反应区悬挂填料,填料须有利于微生物生长、易挂膜且不易堵塞,从而提高对BOD5和悬浮物的去除效果。一般采用软性填料或半软性填料(雪花片),为厌氧微生物附着生长提供固体表面,使其在填料表面形成生物膜。每年应对填料进行检查更换一次。

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▲厌氧池填料

(3)污泥储存区。厌氧生物膜池的下层设置污泥储存区,脱落的生物膜污泥应定期排放(抽排)并进行专门的处置(可就近农用或脱水干燥后焚烧)。

(4)厌氧生物膜池的调试包括接种(投加菌种)及驯养,定期对厌氧池进、出水水质进行监测,直到厌氧生物膜池的工作状态逐步稳定。

(5)试运行。经调试启动阶段达到稳定工作状态后进入试运行阶段,定期监测进出水水质,定期对填料进行检查更换和清掏污泥。

步骤四:人工湿地

利用自然生态处理系统中的物理、化学、生物三重协同作用进一步去除前阶段未能讲解的有机物和氮、磷等能够导致水体富营养化的可溶性无机物,同时降低水体氮、磷含量。

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▲人工湿地

(1)由于人工湿地中的植物根系要长期浸泡在水中和接触浓度较高且变化较大的污染物,因此所选用的水生植物除了耐污能力要强外,对当地的气候条件、土壤条件和周围的动植物环境都要有很好的适应能力;根据南雄市的地理位置及气候特点,湿地选择的植物为美人蕉、黄菖蒲、风车草;植物种植时,应保持介质湿润,介质表面不得有流水,植物生长初期,应保持池内一定水深,逐渐增大污水负荷使其驯化。

(2)管理要求。

①人工湿地一般分为清水调试和污水联动调试,采用负荷逐步提高法,也可采用污水直接调试,但需注意控制污水的浓度及进水流量;

②植物系统建立后,应保证连续提供污水,保证水生植物的密度及良性生长;应根据植物的生长情况,进行缺苗补种、杂草清除、适时收割以及控制病虫害等管理,不宜使用除草剂、杀虫剂等;定期对植物进行收割,并就近焚烧或捣碎反应成沼气;

③在调试期各阶段须对进出水质进行检测,污水接纳量趋于正常,植物根系深入下层基质,出水水质达标,则人工湿地系统开始正常运行;

④启动阶段期间监测的水质指标包括:化学需氧量(COD)、悬浮物(SS)、生化需氧量(BOD5 )、总氮(TN)、总磷(TP)等,对于进出水水质指标反映的问题,应及时对前段处理工艺或湿地基质提出调整及改进方案。

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▲人工湿地

六、厌氧+ 人工湿地体积和容量的选择

根据《广东省农村生活污水处理技术指引》用水定额为 80~100L/(人•天),因农村户籍人口与常住人口的存在较大的差异,根据污水量计算公式 Q w =n×q×z×η/1000,南雄市贫困村的日用水量约为 200~250 升/每户,厌氧池与人工湿地的设施规模根据每个的自然村实际管网接户数参照《污水处理设施基本规格表》进行选择,如下图所示:

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以南雄市-水口镇-沙头村-武台岗自然村为例,登记户数 70 户,实际可接户数 30 户,参照上表所述,则采用 10T(m3/d)厌氧+人工湿地。

七、厌氧池+ + 人工湿地施工工艺流程

01 厌氧池

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▲厌氧生物膜池平面图(1:50)

厌氧池施工流程:

施工前准备→基坑开挖→基础处理→垫层浇筑→钢筋捆扎→模板安装→底板、墙身浇筑→模板拆除、养护→隔墙砌筑→防水砂浆上墙→结构试水→顶板浇筑→厌氧池填料→基坑回填

02 人工湿地

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▲人工湿地平面图(1:100)

人工湿地施工流程:

施工前准备→基坑开挖→基础处理→垫层浇筑→钢筋捆扎→模板安装→底板浇筑→砖墙砌筑→防水砂浆上墙→结构试水→湿地填料、布管→水生植物种植→净化排放→基坑回填

03 厌氧池+ 人工湿地施工注意事项

(1)混凝土浇筑

① 要求振捣充分,无蜂窝、麻面;

② 浇筑过程中随压随抹,达到表面光滑、无抹痕、色泽均匀一致;

③ 养护充分、到位,拆模后保持混凝土面潮湿,避免混凝土干缩开裂;

④ 厌氧池底板与墙身若分开浇筑,其施工缝须设止水钢板,待主体浇筑完成后在开展后续工序。

(2)钢筋绑扎

① 严格控制间距,间距合格率需达 90%以上;

② 底板筋绑扎必须要加垫片,满足砼浇筑时的保护层要求;

③ 严禁不按图施工,随意置换钢筋等级、大小。

(3)模板安装

① 要求拼缝严密,保证不漏浆;

② 不得使用腐朽、扭裂、劈裂的材料作支撑;

③ 模板要具有足够的强度、刚度和稳定性,能可靠地承受浇筑时产生的荷载。

(4)砖墙砌筑与批面

① 灰缝须饱满,不得有竖向通缝,第一皮砖不得干铺在底板上。

② 由于个别地区无商品混凝土供应的,采用自拌混凝土时,厌氧池要求内外两侧都用 1:2 水泥砂浆(掺5%防水剂)抹面(20mm 厚)压光,避免因自拌混凝土不达标导致渗水的事故发生。

(5)填料布管与植物种植

① 禁止在人工湿地填料上盖土;

② 集水及布水管道禁止采用安全网等孔隙大的材料包裹;

③ 水生种植后应立即接管入户,通水提高植物存活率。

八、基坑支护及软基处理措施

01 基坑支护

(1)放坡开挖

因污水处理设施施工场地选址一般为自然村村内最低处,土质较为复杂多变,施工环境相对较差,所以基坑开挖时要根据土质情况放坡开挖,具体土质对应的放坡系数与支护方式见下表。

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基坑采用一级放坡开挖,参照各类土质情况进行放坡。在土质较好的地区(岩石层、卵石土与风化土、粉质粘土),采用放坡开挖即可。

如在土质较松软(流沙、淤泥)、施工环境在特殊区域(池塘等)的基坑,则选用放坡与松木桩或沙袋等材料进行支护、围堰。

基坑支护随土方开挖进程分段进行,支护过程中指派专人密切注意检查边坡顶部和侧面沉降监控点。如超过警戒数值应立即报告项目部并迅速采用加固等措施。

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(2)软基开挖具体措施

①开挖放坡:严格按土质情况,并参照放坡支护表进行放坡与支护。开挖时,应随时注意土壁的变动情况,如发现有裂纹或部分坍塌现象,应及时进行支撑,并注意支撑的稳固和土壁的变化;

②排水措施:在坑边布置好排水土沟(30×30cm)、集水坑(50×50×50cm),使地表水能按指定流向流动,防止其倒流渗入基坑冲刷边坡,影响开挖及导致基坑边坡失稳坍塌。当坑面、边坡出现裂缝,应立即用水泥砂填补封塞,以免雨水渗入;

③坑边荷载:在基坑边缘上侧堆土时,应于基坑边缘保持 2m 以上的距离,以保证边坡的稳定,基坑边缘 2m 以上距离堆土高度,不宜超过 1.5m,以免使边坡土壁塌方。在坑深一倍范围内地面荷载设专人进行管理,不得随意放置机具、停放大型机械和物料,防止荷载加大引起边坡失稳;

④基坑支护变形监测:本工程污水处理池位于农低洼处村,周边无建筑物、管线等设施,施工过程中主要对基坑边坡的水平位移、沉降、裂缝进行监测,出现异常情况,立即停止开挖,上报项目部及时处理;

⑤基坑上下应先挖好阶梯或支撑靠梯,或开斜坡道,并采取防滑措施,禁止踩踏支撑上下;

⑥基坑开挖支护示意图:

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02 软基处理

基坑开挖到设计标高时,通知业主、设计、监理单位相关代表到现场进行地基承载力检测。采用轻型动力触探仪,检测结果满足设计图纸要求,即可进行下一道工序的施工。若基底承载力达不到设计要求时,要进行软基处理。本工程软基处理方法有两种:

第一种:松木桩或沙包边坡支护,基底下层采用大块石挤淤,上层采用级配良好的碎石 30cm 找平。

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第二种:松木桩或沙包边坡支护,基底打φ120 松木桩(长度 3m),间距 500mm 梅花布置,上层采用级配良好的碎石 30cm 找平。

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在新农村建设当中,厌氧+人工湿地是一种工艺简单、运行维护管理方便、运行费用低的污水处理工艺。不同的新农村建设项目可根据实际情况,寻求合适的建设方向。

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