塔式蚯蚓生态滤池处理集中型农村生活污水工程设计

塔式蚯蚓生态滤池处理集中型农村生活污水工程设计第25卷第4期2009年2月中国给水排水CHINAWATERWASTEWATERVO125NO4FEB2O9塔式蚯蚓生态滤池处理集中型农村生活污水工程设计李军状,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摘要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867,913,724,962处理规模为10M/D的滤池系统建设成本不含管网建设费为L6561元/M,总运行成本为0671元/M关键词农村生活污水塔式蚯蚓生态滤池设计中图分类号X7031文献标识码C文章编号100046022009O4003504DESIGNOFTOWEREARTHWORMECOFILTERSYSTEMFORTREATMENTOFCENTRALIZEDRURALDOMESTICSEWAGELIJUNZHUANG,LUOXINGZHANG,ZHENGZHENG,LIPEIPEI,MENGZHUOSTATEKEYLABOFPOLLUTIONCONTROLANDRESOURCESREUSE,NANJINGUNIVERSITY,NANJING210093,CHINAABSTRACTTHETOWEREARTHWORMECOFIHERSYSTEMWASUSEDTOTREATCENTRALIZEDRURALDOMESTICSEWAGE,ANDSIXTEENDEMONSTRATIONPROJECTSWERECONSTRUCTEDINYIXING,JIANGSUPROVINCETHEOPERATINGDATAFROM2007SHOWTHATTHESYSTEMHASGOODTREATMENTEFFECT,LOWCONSTRUCTIONANDOPERATINGCOSTSTHEAVERAGEREMOVALRATESOFCOD,NH4一N,TNANDTPARE867,913,724AND962RESPECTIVELYTHECONSTRUCTIONCOSTOF10M/DSYSTEMNONINCLUDINGCONSTRUCTIONCOSTOFPIPENETWORKIS16561YUAN/M,ANDTHEOPERATINGCOSTIS0671YUAN/MKEYWORDSRURALDOMESTICSEWAGETOWEREARTHWORMECOFIHERDESIGN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高,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积暴发蓝藻,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1915万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25农村的一些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2002年2005年对无锡某镇24KM河网面源污染控制示范区进行的调查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控制农村生活污水无序排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,蚯蚓生态滤池就是基于蚯蚓具有吞食有机基金项目国家高技术研究发展计划863项目2002AA60101221B教育部工程研究中心项目WTWER0716江苏省科技厅项目BS200714835第25卷第4期中国给水排水物,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,问卷调查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查研究结果显示,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166207L/D户,平均约为180L/D户,集中居住的陈旧居住区约占集中居住区的70农户平均用水量约为120I1D户从排放方式看,有22的农户将生活污水直接排人村河,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,还有少数农户排人化粪池,田地从水质上看,旧居住区COD排放浓度可达7801349MG/L,新居住区COD排放浓度可达350450MG/L新居住区的总氮,总磷平均排放浓度分别为20,193MG/L,旧居住区分别为97,119MG/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,TN,TP浓度偏低污水管网收集系统的进水水质见表1表1示范区农村生活污水水质TAB1RURALDOMESTICSEWAGEQUALITYINDEMONSTRATIONAREASS/BOD/C0D/TN/NN4一,指标PHMGMGMGMGN/MGMGLL,LL1LI1L范围7820O40O1453202204502437173213均值763572163853122232工艺设计在蚯蚓生态滤池工程设计中需考虑如下问题前处理技术农村生活污水排放具有日变化系数较大,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一还原环境,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21工艺流程系统工艺流程见图1农田回灌出水图1工艺流程FIG1FLOWCHLLRTOFTREATMENTPROCESS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,出口和检查口的埋地池污水通过管网收集,流人酸化池内,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,出水可直接用于农田,菜地回灌也可结合地表径流治理,将尾水引人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22滤池结构设计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36李军状,等塔式蚯蚓生态滤池处理集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叠层布置,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污水经过每一单元的吸附,转化后,流人下一单元进行净化,这种集约化布置更便于滤池管理,维护水管图2塔式蚯蚓生态滤池结构FIG2STRUCTUREOFTOWEREAWORMECOFIHER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,要点如下采用人工土来改善土壤的渗透性及蚯蚓和微生物的作用环境在散水层下面铺垫多层不同粒径的细砂,碎石,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,同时确保水流通畅在散水层中增设布水管,形成表层,内部双层布水内层布水是在散水层25CM深度处增设PVC管材的布水管,布水管周围是用合成纤维织物包裹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,增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充分吸取小试经验,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812L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37CM深度内深层种为威廉环毛蚯蚓,投放在蚯蚓床L520CM深度处蚯蚓能加速构建高效的污水一土地生态系统,实现污染物的有效转化23设计参数按照集中居住区居民排放水量约为200L/D户来确定污水处理量工艺允许的进水水质为COD4600MG/L,BOD54500MG/L,TN40MG/L,NH4一N430MG/L,TP45MG/L,SS4400MG/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1RLL/MD配水周期12D湿干投配比为13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一缺氧环境的交替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1O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生态滤池进,出水进行了监测,结果见图337口皿RRR缸RRRHNOT”QT”Q_N寸LNIN日期ACOD血皿窭0皿皿N寸皿M日期BNHN皿皿92919O8988篓87稍8685841OO9O80錾稍7060第25卷第4期中国给水排水,吕乏血皿口皿暖日期CTN皿RRR20皿皿皿血皿NQN寸LNLN日期DTP10O908070鬟6050R”RRW宝01OO9590篓稍8580图3污染物去除效果FIG3EFFECTOFPOLLUTANTREMOVAL由图3可以看出,滤池系统对COD和NH4一N有较好的去除效果,平均去除率分别为867和913系统的叠层串联结构有利于TN的去除,平均TN去除率可达724由于人工土填料和砂石层填料均对TP有较好的去除效果,所以系统TP去除率比较稳定,可达962系统出水COD50ME/L,TN5ME/L,NH4一N2ME/L,TPO2ME/L,达到了城镇污水处理厂污染物排放标准GB189182002的一级B标准4工程经济分析处理能力为10ILL/D的塔式蚯蚓生态滤池组合工艺工程投资不含管网建设费用与人工湿地等强化处理工艺费用见表2可见,塔式蚯蚓生态滤池组合工艺的总建设费用为165616元,建设成本为16561元I/M表2工程总投资TAB2COSTOFPORJECT元水解滤池管材,制系统,J页目填料蚯蚓酸化池土建阀门艮资472724325L1401229411O0840I3200运行费用统计如下装置折旧费用为0227元/ITI,维护费用为0219M,水电费用为018M,填料及蚯蚓损耗费用为0045G/M,则总运行成本为0671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1M/MD,而传统的土地处理系统的水力负荷仅为00502IN/MD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724,962,出水各项指标可达到城镇污水处理厂污染物排放标准GB189182002的一级B标准参考文献1金相灿,叶春太湖重点污染控制区综合