农村生活污水处理毕业设计Word下载.doc

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徐洪斌等4针对我国太湖地区农村生活污水研究发现,其总体排水水质为（COD）=350～770mg/L,（BOD5）=200～400mg/L,（TP）=2.5～3.5mg/L（TKN）=30～40mg/L,（BOD5）/（COD）在0.45～0.55之间。

（2）农村生活污水中的黑水（包括粪尿及厕所冲洗水）和灰水（洗浴、洗衣和厨房产生的水）

在水质、水量上均存在很大差异。

灰水水量较大,一般占总水量的50%～80%5,但水中污染物

质含量明显较低,便于处理,且存在回用价值。

研究表明6,将灰水回用于冲厕或浇灌,可节

约家庭用水总量的30%～50%。

黑水虽然水量小,但污染物质、病原菌含量高,处理难度大。

Almeida等7针对生活污水进行分析,发现黑水对生活污水中COD、TSS、NH3-N、PO4-P的贡献

率分别达到了43～9%、77～4%、97～1%、79～8%,可见黑水是生活污水的主要污染来源。

（3）大部分农村生活污水的性质相差不大，水中基本上不含有重金属和有毒有害物质（但

随着人们生活水平的提高，部分生活污水中可能含有重金属和有毒有害物质），含一定量的氮、

磷，水质波动大。

（4）不同时段的水质不同。

1.2.2水量特征

（1）一般农村的生活污水量都比较小，除小城镇外，农村人口居住分散，水量相对较少，相应地产生的生活污水量也较小；

（2）变化系数大，一般在3.0～5.0之间。

居民生活规律相近，导致农村生活污水排放量早晚比白天大，夜间排水量小，甚至可能断流，水量变化明显，即无水排放呈不连续状态，具有变化幅度大的特点；

（3）在上午、中午、下午都有一个高峰时段。

第二章农村生活污水处理技术状况

目前国内外应用农村生活污水治理的处理技术比较多，从工艺原理上可归为两类：

第一类是自然处理系统,利用土壤过滤、植物吸收和微生物分解的原理，又称为生态处理系统。

常用的有：

人工湿地处理系统、土地处理系统、稳定塘等。

第二类是生物处理系统，又可分为好氧生物处理和厌氧生物处理。

好氧生物处理是通过动力给污水充氧，培养微生物菌种，利用微生物菌种分解、消耗吸收污水中的有机物、氮和磷，常用的有：

AB法、A2/O法、A/O法、SBR法、生物接触氧化法等。

厌氧生物处理是利用厌氧微生物的代谢过程，在无需提供氧气的情况下把有机污染物转化为无机物和少量的细胞物质，常用的有：

厌氧-兼氧无能耗污水生物净化处理、厌氧滤池、复合厌氧处理技术等。

2.1生态处理系统

2.1.1人工湿地处理系统

人工湿地污水处理技术是利用人工水生态系统内多级生物的稀释降解作用来去除或削弱水中污染物的方法。

主要由人工基质、水生植物、微生物三部分组成。

其中，基质表面巨大的生物膜一方面为微生物的生长提供稳定依附表面，同时也为水生植物提供了载体和营养物质，目前，广泛应用的主要为砂、砾石和卵石;

湿地中植物在污水净化工程中有直接和间接作用，水生植物通过通气组织的运输,将氧气运送到根区，在植物根系周围微环境中依次会出现好氧区、兼氧区和厌氧区，废水中大部分有机物可在好氧区被好氧微生物氧化分解，常见的微生物有放线菌、磷细菌、硫细菌、亚硝化细菌、硝化细菌等，它们在分解有机物、脱N除P的过程中发挥了重要作用。

人工湿地的造价和运行费用远比传统的生物吸附氧化和活性污泥处理工艺费用低，且土建施工较简单，污水可自流进入，无需额外动力，据调查，人工湿地处理系统比普通污水处理系统的工程投资节省40%～50%，运行费用仅为普通污水处理系统的10%～30%。

此系统不仅能使COD和BOD的去除率达到85%以上，还能除磷脱氮。

据统计，人工湿地对不同污染物成分的处理效果见表111。

因此人工湿地是一个综合的生态系统，具有显著的经济效益、生态效益和社会效益，适合我国国情，尤其适合广大农村、中小城镇的污水处理，具有极其广阔的应用前景。

2.1.2土地处理系统

污水土地处理技术属于土壤渗滤系统，是实现污水资源化的重要途径，它对BOD、COD、氨氮、总氮和总磷有着较高的去除率，具有投资省，运行费用低，管理简单和处理效果稳定等优点，有净化污水，美化绿化环境和节约水资源的综合效果，但有占地面积大、受气候影响大、对土质要求较高等缺点，一般以土质通透性能强，活性高，水力负荷大，处理效率好为原则。

适用于地下水位深、有废弃土地资源的村镇。

土地处理技术包括慢速渗滤、快速渗滤、地表漫流等处理技术，进入土地处理前需考虑预处理，污水预处理的程度和方式应综合土壤性质、污水土地处理的方法、处理后水质要求及场地周围环境条件等因素确定，一般来说，慢速渗滤和快速渗滤系统需要一级沉淀预处理，地表漫流系统需要格栅和沉淀池。

2.1.3稳定塘

稳定塘是经过人工适当修整后设围堤和防渗层的污水池塘。

其净化原理类似自然水体的自净机理，通过微生物（细菌、真菌、藻类、原生动物等）的代谢活动，以及相伴的物理、化学、物化过程，使污水中污染物进行多级转换、降解和去除。

按净化作用机理分为兼性塘、曝气塘、好氧塘、厌氧塘和综合生物塘等。

稳定塘建造投资少、运行维护成本低、无需污泥处理，但负荷低、占地大、受气候影响大、处理效果不稳定。

适宜我国村镇以生活污水为主的小水量污水处理。

为进一步强化处理效果，国内外相继推出了许多新型塘和组合塘。

如装有连续搅拌装置的高效藻类塘、利用水生维管束植物提高处理效率的水生植物塘、多个好氧和厌氧稳定塘相连的多级串联塘以及高级综合塘等。

其中，高效藻类塘应用较多，是对传统稳定塘的改进，其充分利用菌藻共生关系，对污染物进行处理，正因其最大限度地利用了藻类产生的氧气，塘内的一级降解动力学常数值比较大，故称之为高效藻类塘15。

目前已在太湖地区开展了高效藻类塘系统处理太湖地区农村生活污水的实验研究。

2.2生物处理系统

2.2.1好氧生物处理

（1）AB工艺（Adsorption-Biooxidation）

AB工艺是吸附生物氧化工艺的简称，80年代初应用于工程实践。

该工艺是在传统两段活性污泥法（Z-A法）和高负荷活性污泥法的基础上开发的一种新工艺，对曝气池按照高低负荷分二级供氧。

A级负荷高，减省了曝气池的容积曝气时间短，产生污泥量大，污泥负荷在2.5KgBOD5/（KgMLSS.d）以上。

B级负荷低，污泥龄较长。

A、B两级各设沉淀池单独成系统。

系统负荷高，运行较稳定，污泥不易膨胀，有一定的脱氮除磷能力。

适用于进水浓度高的各种规模的污水处理厂。

但也存在流程较长，污泥回流量较大，能耗较高等问题。

（2）A2/O工艺（Anaerobic-Anoxic-Oxic）

A2/O工艺是随着污水中的氮、磷浓度越来越高,而排放标准对氮、磷的排放要求也越来越高的情况下开发出来的一种具有除磷、脱氮功能的二级处理工艺。

通过该工艺可获得优质的出水。

A2/O工艺通过污泥回流和内回流（硝化液回流），在流程中形成厌氧-缺氧-好氧三个反应阶段。

通过好氧菌、硝化菌、聚磷菌和反硝化菌的作用，达到除磷、脱氮的效果。

A2/O工艺出水优质、稳定，是一种高效的污水处理工艺。

但其具有流程长、占地面积较大、投资和运行费用较高、操作运行较复杂的缺点。

（3）A/O工艺

若在A2/O工艺的基础上取消缺氧阶段和内回流（硝化液回流），降低污泥浓度、压缩污泥龄、控制硝化，以去除CODcr、BOD5和磷为主，就是A/O除磷工艺；

如果在A2/O工艺的基础上取消厌氧段,抑制磷的释放，以去除CODcr、BOD5和反硝化脱氮为主，就是A/O脱氮工艺。

A/O工艺出水除TN指标或总磷指标较A2/O工艺高外，其他方面具有与A2/O工艺相似的特点，且投资和运行成本均比A2/O工艺低，运行管理较A2/O工艺简单。

该工艺具有以下特点：

（1）总水力停留时间少于其它脱氮除磷工艺；

（2）缺氧（厌氧）、好氧交替运行，不利于丝状菌繁殖，无污泥膨胀之虞；

（3）A段维持缺氧（厌氧）环境，不需曝气，只需缓慢搅拌，运行费用较低。

（4）SBR法（SequencingBatchReactor）

SBR工艺又称序批式活性污泥法工艺，是一种一体化的工艺，其进水、反应、沉淀、出水均在一个池内完成，使污水在厌氧、缺氧、好氧不断交替的条件下完成对有机污染物的降解，同时达到脱氮除磷的目的。

在传统SBR工艺的基础上又发展了很多改良工艺，如ICEAS、CAST、UNITANK、MSBR等。

SBR工艺流程简单、占地少、处理效率较高、抗冲击负荷能力强的特点，因为间歇运行和水位变化，设备和构筑物闲置率较高，自动化控制水平要求较高，与后续处理工艺衔接上存在困难。

（5）生物接触氧化法

生物接触氧化法是生物膜法的一种。

该方法是在池内设置填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定的速度流经填料。

填料上长满生物膜，污水与生物膜相接触。

在生物膜微生物的作用下，污水得到净化。

生物接触氧化法适于可生化性较好的废水，无常规活性污泥法的污泥膨胀等问题，但存在耗电量高、设备材料维护困难等问题，处理效率不如常规活性污泥法。

2.2.2厌氧生物处理

（1）厌氧-兼氧无能耗污水生物净化处理

该系统利用生物膜、生物滤池等手段进行兼氧、好氧分解,以厌氧消化工艺为主体,辅以生物氧化塘作深度处理,通过多级自流、分段处理、逐级降解的形式,处理村内汇集来的污水,整个处理过程不耗用动力,而是利用重力自然推流。

由于采取厌氧消化工艺,污泥减量明显,一般仅需3-5年清掏1次,运行费用低、维护管理简便。

经该系统处理后的污水,SS、COD、BOD5、NH3-N、TN、TP平均去除率分别为49%、21%、41%、51%、40%、45%,出口水质各项指标均优于GB8978-1996《污水综合排放标准》一级标准的要求。

（2）厌氧生物滤池

厌氧生物滤池的构造类似好氧生物接触氧化池，不同之处在于池顶密封[12]，其工程投资、运行费用低，对维护人员的要求不高，已在我国农村应用。

如北京胡家垡村采用厌氧生物滤池处理生活污水，出水水质达北京市《水污染物排放标准》（DB11／307—2005）的二级标准。

另外，若将厌氧生物滤池技术与好氧生物技术联合使用，出水水质可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）的一级A标准[20]。

（3）复合厌氧处理技术

复合厌氧处理技术是厌氧活性法和厌氧生物膜法相结合的处理方法。

上海市政工程设计研究总院根据多年积累的污水治理经验，结合农村生活污水处理的实际需求，自主开发了复合厌氧反应器，并成功应用于农村生活污水处理。

该复合厌氧反应器由轻质滤料层、悬浮厌氧污泥床等组成，经厌氧活性污泥和生物膜的双重协同作用，污染物去除效率极大提高。

此外，通过在反应器中设置特殊轻质滤料层，防止了污泥流失，提高了反应器的容积负荷和处理效果。

实际工程的跟踪检测结果表明，复合厌氧反应器对COD和SS表现出良好的去除效果。

第三章人工湿地概述

3.1人工湿地的含义

　在1971年《湿地公约》中，湿地定义为:

不论其为天然或人工、长久或暂时的沼泽地、泥炭地或水域地带，带有静止或流动，或淡水、半咸水或咸水水体者，包括低潮时水深不超过6m的水域。

湿地是地球上水陆作用形成的独特生态系统,是重要的生存环境和最富生物多样性的自然生态景观之一。

而且它在抵御洪水、调节径流、改善气候、控制污染、美化环境和维护区域生态平衡等方面有非常重要的作用,被誉为“自然之肾”。

而人工湿地是在自然条件下不存在湿地的地方，人为地创造湿地条件及种植相应植物等而发展成的湿地。

美国著名湿地研究、管理和设计专家Hammer等将人工湿地定义为:

为人类的利用和利益，通过模拟自然湿地人为设计与建造的，以饱和基质、挺水和沉水植物、动物和水体组成的复合体。

而我国国内学者对人工湿地的定义为:

通过模拟天然湿地的结果和功能，选择一定的地理位置和需要，根据人们的需要设计和建造的湿地。

人工湿地污水处理系统利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用来实现对污水的净化作用。

这种湿地系统是在一定长宽比及地面坡度的洼地中,由土壤和按一定坡度充填一定级别的填料（如砾石等）混合结构的填料床组成,并在床体的表面种植具有处理性能好、成活率高、抗水性强、生长期长、美观且具有经济价值的植物（如芦苇、茳芏等挺水植物）,它与在水中、填料中生存的动物、微生物形成一个独特的动植物生态环境,污水流经床体表面和床体填料缝隙时,通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解等实现对污水的高效净化处理16。

污水处理型人工湿地是以人工湿地（床和塘系统）处理为主的包括前处理和后处理的污水处理工艺。

前处理单元包括各种预处理工艺，如格栅、沉砂池、沉淀池、调节池、化粪池等；

后处理单元即人工湿地单元主要是人工建造的多级植物床、植物塘组合的湿地单元及水流控制设施。

在实际运用中，人工湿地可由单一或多个植物床（具有一种或多种植物、一种或多种基质及一种或多种水流方式构成），又可是一个或多个植物床和植物塘或兼性塘、氧化塘等多种类型湿地单元组合而成。

3.2人工湿地的分类

当今国内外学者对人工湿地系统的分类多种多样。

从工程设计的角度出发,按照系统布水方式的不同或水在系统中流动方式不同一般可分为自由表面流人工湿地、水平潜流人工湿地、垂直潜流人工湿地。

3.2.1自由表面流人工湿地。

这种类型的人工湿地和自然湿地类似,污水以较慢的速度从湿地表面流过,污水中有机物的去除主要依靠生长在水下的植物的茎和杆上的生物膜来完成,湿地中的氧主要来自于水体表面扩散、植物根系的传输和植物的光合作用，水深多在0.1-0.6m之间，难以利用填料表面和生长丰富的植物根系对污染物的降解作用。

常用的植物包括：

香蒲、芦苇、慈菇、莎草等。

这种类型的人工湿地具有投资少、操作简单、运行费用低等优点,但占地面积较大,水力负荷率较小,去污能力有限;

而且系统的运行受气候影响较大,水面冬季易结冰,夏季易生蚊蝇,散发臭气。

自由表面流人工湿地示意图

3.2.2水平潜流人工湿地。

污水从进口经由砂石等系统介质，以近水平流方式在湿地床的表面下流动，基质通常由矿石和粗砂组成，从而能提供较多的孔隙以使污水能迅速渗漏到整个基质床。

一方面可以充分利用填料截留、过滤等作用，充分利用植物根系周围的微生物群落，提高处理效果和处理能力；

另一方面由于水流在地表以下流动，保湿性较好，处理效果受气候影响较小，占地较少，而且卫生条件较好。

介质通常选用水力传导性良好的材料，氧主要通过植物根系释放。

一般情况下，这种人工湿地的出水水质优于传统的二级生化处理。

但是它较表面流湿地建设成本高、控制也相对复杂，脱氮、除磷效果不如垂直流湿地。

目前欧洲国家大多采用这种设计类型，主要应用芦苇，因此又称芦苇床处理系统。

香蒲也是常用的湿地植物。

潜流人工湿地示意图

3.2.3垂直潜流人工湿地。

污水从湿地表面纵向流向填料床的底部,床体处于不饱和状态,氧可通过大气扩散和植物传输进入湿地。

其硝化能力高于水平潜流人工湿地,可用于处理氨氮含量较高的污水。

但处理有机物能力不如水平潜流人工湿地系统,落干/淹水时间较长,控制相对复杂,夏季有孽生蚊蝇的现象。

三种人工湿地处理污水系统类型比较

3.3人工湿地的构成

人工湿地是一个完整的生态系统，主要由五个基本要素组成，各部分协同作用。

（1）透水性的基质

人工湿地的基质用来支撑湿地植物、蓄纳污水和为污染物提供物理、化学和生物转化场所。

常用的人工湿地基质主要包括砾石、碎石、砂、土壤、有机质，为微生物提供稳定的依附表面，同时为水生植物提供载体和营养物质。

基质选择主要考虑其质地、有机质含量、pH、电导率等，同时需要考虑待处理污水的类型、地理因素和经济因素。

（2）好氧和厌氧微生物

微生物是人工湿地净化污水的主要“执行者”。

人工湿地的许多功能是由微生物及其代谢作用调节的。

人工湿地中的微生物包括细菌、酵母菌、真菌、原生动物和藻类，他们是净化污水的主要贡献者，是人工湿地主要的有机碳汇。

微生物的作用：

转化有机或无机物质为无毒或不可溶物质、改变基质的氧化还原条件来影响湿地的处理能力、参与湿地的养分循环。

随着污水处理的时间，人工湿地某些微生物的数量逐渐增加，并形成能够适应并利用污水中污染物的特定群落。

（3）水生植物

水生植物自身的吸收作用以及为微生物提供生境，使之成为湿地必不可少的一部分。

其主要的功能就是向基质输送氧气，为微生物降解污染物创建好氧微环境。

最常用的人工湿地植物是自然湿地挺水植物，如芦苇和香蒲等。

但是由于人工湿地的植物必需能忍耐长期的淹水和浓度时常变化的各种污染物，因此并不是所有的湿地植物都适合污水处理。

选择人工湿

地植物的首要原则是植物有发达的根系，并且能迅速扩繁，其次，植物必须具有良好的通气组织，以便有效地将氧输送到根际，为植物根系和微生物创造良好的微生境。

人工湿地植物应尽可能选用当地的乡土植物，因为它们更能适应当地的气候、土壤和周围的动植物环境。

（4）无脊椎或脊椎动物

如大量的土坡动物、鱼类、鸟类等。

（5）水

水是湿地得以存在的前提和保障，也是水生植物和动物生存的必需条件，是湿地生态系统的重要组成部分和显著特征之一。

水文周期和水中营养物质的含量变化均会对湿地产生重大影响。

湿地中水的运动受降雨、蒸发、风、基质的性质及植物的影响。

对人工湿地而言，这些因素将以各种方式影响污水处理的效果。

例如，降雨可以稀释污水的浓度、增加出水径

流、从而缩短污水中的污染物与人工湿地生态系统相互作用的时间。

相反，蒸发作用则会浓缩污水、减少出水，从而增加污水的水力停留时间。

3.4人工湿地的净化机理

人工湿地具有独特而复杂的净化机理,利用基质—微生物—植物复合生态系统的物理、化学和生物的三重协调作用,通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对废水的高效净化。

同时,通过营养物质和水分的生物地球化学循环,促进绿色植物生长并使其增产,实现废水的资源化和无害化。

（1）有机物的去除。

湿地对有机物的去除主要是靠微生物的作用。

土壤具有巨大的比表面积,在土壤颗粒表面形成一层生物膜,污水流经颗粒表面时,不溶性的有机物通过沉淀过滤吸附作用很快被截留，然后被微小生物利用;

可溶性有机物通过生物膜的吸附和微生物的代谢被去除。

植物向土壤中传输氧气,使得人工湿地中的溶解氧呈区域性变化,连续呈现好氧、缺氧及厌氧区域。

因而土壤中存活着好氧菌、厌氧菌和兼性菌。

好氧菌通过代谢将有机物分解为二氧化碳和水;

厌氧菌发酵将有机物分解为二氧化碳和甲烷。

污水中的大部分有机物最终被异养微生物转化为微生物体、二氧化碳、甲烷和水、无机氮、无机磷。

（2）氮的去除。

污水中的氮基本以有机氮和氨氮两种形式存在。

有机氮在微生物作用下被分解为氨氮。

废水中无机氮的去除,植物直接吸收只占很少的一部分,主要的去除途径还是通过微生物的氨化、硝化和反硝化作用来完成的。

如前所述,人工湿地中连续呈现好氧、缺氧及厌氧区域,相当于许多串联或并联A/O处理单元,使硝化和反硝化作用可以同时进行:

在这样的土壤环境中,氨氮被亚硝化菌转化为亚硝态氮,亚硝态氮又被硝化菌氧化成硝态氮,最后反硝化菌又把硝态氮转化为氮气,最终从污水中去除。

（3）磷的去除。

污水中磷的去除是通过植物的吸收、微生物的积累及湿地床的物理化学等几方面共同作用完成的。

污水中的溶解性的磷可被植物直接吸收,通过植物的收割从湿地系统中去除,但植物的吸收作用只占很少的一部分,缪绅裕等17在研究中发现,加入系统中的磷主要存留在土壤中,留存于植物体和凋落叶中的很少。

磷的另一去除途径是通过微生物的作用,一方面磷为微生物正常代谢所需要被微生物正常同化吸收,另一方面是通过聚磷菌的过量摄磷作用使磷去除的。

还有,磷被介质（土壤或填料）通过吸附或离子交换作用而得以去除。

在这几种作用中介质的吸附是主要的,通过对湿地床的定期更换而将其从系统中去除。

（4）硫化物的去除。

人工湿地对硫的去除主要是微生物的分解及植物的吸收。

有机硫化物经矿质化被分解成硫化氢,部分硫化氢挥发逸出湿地,部分则通过硫磺细菌和硫化细菌的硫化作用形成硫磺、硫酸,它们与土壤中的各种离子结合形成无机硫化物。

无机硫化物部分会被植物吸收利用,也有一部分会在反硫化细菌的作用下经反硫化作用形成硫化氢,硫化氢再逸出湿地或又参与硫化作用。

（5）重金属的去除。

湿地对重金属的去除主要是土壤或填料对重金属的吸附和反应,吸附有离子交换吸附和专性吸附。

污水中重金属离子浓度一般很低,不能与土壤中无机阴离子形成金属沉淀,它可以与土壤中的有机质络合,增强重金属对土壤的亲和性。

土壤中微生物对重金属的去除也有相当的作用,它们可通过胞外络合作用、胞外沉淀作用固定重金属,还可把重金属转化为低毒状态,也有的转化为毒性更强的物质。

另外还有植物对重金属的积累,重金属以各种形态存在,其中溶解性的可被植物吸收在植物中积累,茎以上部分可随植物的收割最终从湿地中去除,不溶性的可被介质的过滤作用截留。

还有大片密集的植株以及它们发达的地下部分形成的高活性根区网络系统和浸水凋落物,使进入湿地的污水流速减慢,这样有利于污水中悬浮颗粒的沉降,及吸附于水中重金属的去除。

3.5人工湿地的工艺组合

人工湿地的工艺组合有多种形式，其中常用的有推流式、回流式、阶梯进水式和综合式四种。

回流式可稀释进水的有机物和悬浮物浓度