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太陽能驅(qū)動生物濾塔-人工濕地組合工藝處理農(nóng)村生活污水

目前江西省農(nóng)村地區(qū)基本上沒有任何污水處理設(shè)施，生活污水未經(jīng)過任何處理便直接排放，直接造成對周邊水體的污染。農(nóng)村生活污水具有水量小、有機(jī)物濃度偏高、日變化系數(shù)大等特點(diǎn)，且相對分散，宜采用小型、低能耗裝置處理。

太陽能驅(qū)動生物濾塔-人工濕地組合工藝技術(shù)處理農(nóng)村生活污水具有占地面積小，工藝設(shè)施簡便易行、運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)管理方便、運(yùn)行費(fèi)用低和污泥產(chǎn)量少等優(yōu)點(diǎn)。

新干縣河頭村為新農(nóng)村建設(shè)示范村，全村有150 多戶500 多人口，且規(guī)劃建設(shè)祈水山莊，最多容納70 人住宿，200 人就餐。該村莊有完善的廢水收集管網(wǎng)，廢水收集后進(jìn)入生物濾塔-人工濕地組合處理系統(tǒng)。該組合工藝在投入工程實(shí)例前，已在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了小試，并取得了較好的試驗(yàn)效果。

1 設(shè)計的水質(zhì)、水量

本工程設(shè)計水量為65 m3/d，24 h 運(yùn)行。出水水質(zhì)執(zhí)行城鎮(zhèn)生活污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 18918－2002）一級B 標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)出水水質(zhì)如表1 所示。

 2 工藝流程及主要構(gòu)筑物

2.1 工藝流程

農(nóng)村生活污水處理技術(shù)的選擇，關(guān)鍵要適應(yīng)村鎮(zhèn)的實(shí)際情況，采用投資少、運(yùn)行費(fèi)用少、除污效率高、管理簡單方便、維護(hù)容易、具有良好抗沖擊能力的處理工藝或技術(shù)[5]。生物濾塔-人工濕地組合技術(shù)將生物方法和生態(tài)方法結(jié)合于一體，綜合了滴濾池較好的硝化作用和人工濕地較好的反硝化及除磷作用，同時采用太陽能輔助動力，具有管理、操作、流程簡單、造價和運(yùn)行費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)，能最大程度地實(shí)現(xiàn)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會效益。設(shè)計工藝流程如圖1 所示。

 2.2 處理工藝流程單元

2.2.1厭氧池

收集的生活廢水直接進(jìn)入?yún)捬醭兀瑓捬醭貎?nèi)置填料，水流折向平流[6]，廢水在厭氧池厭氧菌胞外酶的作用下，將大分子有機(jī)物水解酸化變成小分子，將大部分不溶性有機(jī)物降解為溶解性物質(zhì)。污水在厭氧池中，經(jīng)過厭氧細(xì)菌的作用，能有效去除約30%的COD 和BOD5，總氮、總磷的去除率可達(dá)10%。厭氧池為地下式，占地面積為32 m2，有效容積為57.2m3，有效尺寸為9 m×3.25 m×2.5 m，有效水深2.2 m，水力停留時間21.12 h。

2.2.2調(diào)節(jié)池

廢水經(jīng)厭氧池溢流進(jìn)入調(diào)節(jié)池，該池起調(diào)節(jié)水質(zhì)水量作用。調(diào)節(jié)池為地下式，占地面積為8 m2，有效容積為14.3 m3，有效尺寸為2.0 m×3.25 m×2.5 m，有效水深2.2 m，水力停留時間4.9 h。

2.2.3生物濾塔

廢水進(jìn)入生物濾塔之前由泵將水泵至射流器進(jìn)行高壓水射流充氧，然后通過布水裝置進(jìn)入生物滴濾系統(tǒng)[7]。生物濾塔設(shè)計成2 層，塔壁有通風(fēng)孔，內(nèi)置RY 型生物填料，該填料比表面積較大（13.6～25.5 m2/g）、孔隙率較大（73%～82%），粒徑均勻（φ30～50 mm）。經(jīng)兩級生物濾塔降解后的廢水在塔底層收集，塔底設(shè)有回流閥，回流水與脫落的生物膜由底部返回調(diào)節(jié)池，出水進(jìn)入人工濕地[7]。生物濾塔置于室內(nèi)，尺寸Ф2.0 m×3.0 m。經(jīng)射流充氧后的廢水，與浮著在塔內(nèi)填料表面的消化細(xì)菌發(fā)生消化反應(yīng)，廢水中有機(jī)物大部分被降解[8]，其中COD 處理效率約為80%，BOD5處理效率約為85%，總氮、總磷約為35%。

2.2.4人工濕地

人工濕地設(shè)置為組合式，經(jīng)生物濾塔處理的出水依次通過潛流人工濕地、一級表面流濕地、二級表面流濕地，人工濕地的主要目的是用來除磷脫氮[9]，人工濕地中隨水流方向交替好氧、缺氧甚至厭氧的微環(huán)境使得生物濾塔出水中所含的部分氨氮和高濃度硝態(tài)氮經(jīng)微生物作用徹底將氮轉(zhuǎn)變?yōu)镹2[10]。同時對厭氧池+ 滴濾塔組合工藝出水中的有機(jī)廢物可以進(jìn)一步降解，使系統(tǒng)最終出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。其中，潛流人工濕地有效面積15 m2，總深1.2 m，有效水深0.9m，水力停留時間2.4 h，內(nèi)置填料卵石、碳酸鈣、清水沙，種植的濕地植物黃花鳶尾；一級表面流濕地面積50 m2，濕地植物為蘆葦，最大水深0.3 m；二級表面流濕地面積50 m2，濕地植物為本地茭白、菖蒲，最大水深0.3 m。

2.2.5太陽能驅(qū)動裝置

主要為水泵提供動力來源。太陽能驅(qū)動裝置安裝在滴濾裝置屋頂，設(shè)計運(yùn)行負(fù)荷400 W/h，采用太陽能和交流電網(wǎng)雙線供電，光伏電優(yōu)先使用。其中太陽能供電系統(tǒng)由太陽能電池板、蓄電池、控制器、逆變器、箱體及周邊設(shè)備等組成。

2.3 運(yùn)行效果

系統(tǒng)運(yùn)行初期，出水水質(zhì)波動性很大，廢水水質(zhì)中有機(jī)物、氮磷含量有時候較高，主要原因是生物濾塔內(nèi)填料掛膜需要一段時間、人工濕地植物也未長成，直接影響了整個系統(tǒng)的去除效率。在整個系統(tǒng)運(yùn)行1 個月后，濾塔內(nèi)生物膜已基本形成，濕地植物也慢慢長成，出水水質(zhì)趨于穩(wěn)定。出水水質(zhì)達(dá)設(shè)計要求，系統(tǒng)對COD、BOD5、NH3-N、SS、TN 和TP 的平均去除率分別為90.19%、88.19%、89.37%、90.59%、90.02%和95.67%。2012 年10 月27－29 日，系統(tǒng)進(jìn)出水水質(zhì)見表2。

 2.4 工藝技術(shù)特點(diǎn)

從采用“生物+ 生態(tài)”相結(jié)合的污水處理方法，生物技術(shù)有效去除有機(jī)物和部分氮磷，保證出水COD 達(dá)標(biāo)；生態(tài)技術(shù)進(jìn)一步去除廢水中的N、P，保證出水COD、BOD5、TN、TP 全部達(dá)標(biāo)。

采用射流噴射器對厭氧出水充氧，為后續(xù)的好氧過程提供預(yù)充氧處理，射流充氧和生物滴濾被設(shè)計成一體化設(shè)備。噴射動力來自潛水泵富余壓頭，無需另外增加動力。

采用太陽能供電與水泵運(yùn)行耦合，通過對太陽能系統(tǒng)蓄電、控制器及逆變器配置的優(yōu)化改造，在日照正常情況下，太陽能系統(tǒng)產(chǎn)生的電能可供水泵穩(wěn)定運(yùn)行8 小時以上。

2.5 運(yùn)行與維護(hù)

定期安排工作人員對厭氧池、生物濾塔、人工濕地進(jìn)行維護(hù)和管理。厭氧池、生物濾塔每年清理1次，并定期對人工濕地內(nèi)雜草、病蟲害進(jìn)行清理。

2.6 效益分析

本工程具有良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，按設(shè)計規(guī)模處理的廢水量計算，每年可減少COD、SS、NH3-N、TN 和TP 的排放量分別3.59、4.39、0.75、0.08、0.83 t。

該污水處理工程總投資32 萬元，運(yùn)行成本低，每噸水的運(yùn)行費(fèi)用為0.29 元。具體http://www.j2889.cn更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3 結(jié)論

采用太陽能驅(qū)動生物滴濾-人工濕地組合工藝處理農(nóng)村生活污水，處理效果較好，出水水質(zhì)能達(dá)GB 18918－2002 一級B 標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)對COD、SS、NH3-N、TN 和TP 的去除率分別為90.19%、90.59%、89.37%、90.02%和95.67%。

該組合工藝作為農(nóng)村生活污水處理工藝，運(yùn)行費(fèi)用低，操作簡單，可以實(shí)現(xiàn)無人看守，處理效果好，適合在江西農(nóng)村地區(qū)推廣應(yīng)用。