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生活污水含纤维素、淀粉、糖类、脂肪、蛋白质等有机类物质,还含有氮、磷等无机盐类,其BOD5浓度约为:
100~250mg/L之间,TN的浓度为15~30mg/L。
生活污水中含有多种微生物,新鲜生活污水中细菌总数在5×
105~5×
106个/L之间,并含有多种病原体。
生活污水中悬浮固体物质含量一般在200~400mg/L之间。
由于生活污水中污染物以有机物为主,同时生活污水中还含有许多微生物,对有机污染物进行分解,因而生活污水是不稳定的、生物可降解的和易腐烂的,如果不经处理直接排放到环境中去会引起环境的污染。
污染物平均浓度见下表。
表----生活污水污染物平均浓度
(单位:
mg/L)项目
类别
CODcr
BOD5
SS
PH
原污水
300~350
100~250
1.2.2处理工艺选择
由于生活污水中的污染物是以有机物为主,其生化性较好,所以通常情况下生活污水的处理都是采用生物处理的方法。
生活污水的处理方法从处理工艺上分有:
厌氧生物处理和好氧生物处理。
从处理方式上分:
有集中处理和分散处理。
集中处理的方法多采用好氧生物处理,运行可靠,处理效果好,但存在着基建投资大、动力消耗多、运行费用高、剩余污泥处理难等问题;
分散处理方法大多数为厌氧生物处理,处理设施投资少、运行费用低,但相当一部分处理设施存在着处理效果不稳定、难以达到排放标准的问题。
城市生活污水处理大多数采用集中活性污泥法处理,但这种方法不完全适宜农村。
农村生活污水的处理应选用投资少、运行管理方便费用低的小型分散式处理方法为主。
经比较,选择人工湿地污水处理技术在农村最为合适。
人工湿地污水处理技术
“湿地”泛指暂时或长期覆盖水深不超过2米的低洼地、及低潮时水深不超过6米的沿海地区,包括各种咸水、淡水沼泽地、湿草甸、湖泊、河流以及泛洪平原、河口三角洲、泥炭地、湖海滩涂、河边洼地或漫滩、湿草原等。
人工湿地是通过模拟和强化自然湿地功能,将污水有控制地投配到土壤(填料)经常处于饱和状态且生长有芦苇、香蒲等水生植物的土地上,污水沿一定方向流动的过程中,在耐水植物和土壤(填料)的物理、化学和生物的三重协同作用下,污水中有机物通过过滤、根系截留、吸附、吸收和植物光合、输氧作用,促进兼性微生物分解来实现对污水的高效净化。
人工湿地按水流方式可分为潜流湿地和漫流湿地。
潜流湿地是在填料床表层面上栽种耐水、且根系发达的植物,污水经格栅池、沉淀池预处理后进入湿地床,以潜流方式流过滤料,污水中有机质被碎石滤料和植物根系拦截吸附过滤,和被微生物与植物根营养吸收、分解使污水获得净化。
漫流湿地(又称自由水面湿地)是污水进入湿地后,在湿地表面维持一定厚度水层,水流呈推流前进,形成一层地表水流,并从地表出流。
污水中有机物经沉淀,根系拦截,吸附,吸收,分解而获净化的。
按水流方向可将人工湿地又分为水平流湿地床和垂直流湿地床。
垂直流湿地床的水流通过导流管或导流墙的引导,在湿地床内上下流动,多个垂直流湿地床串联起来称之多级垂直流湿地。
水平流湿地床的水流是按一定方向水平流动。
在实际过程中有时将垂直流湿地床与水平流湿地床组合起来使用,这种湿地床称之组合式湿地床。
垂直流湿地床较水平流湿地床负荷高。
1.3.1特点
人工湿地有自由水面型(FWS)和潜流型(SFS)两类。
由于潜流型人工湿地处理效果好、受气温影响相对较少、卫生条件好等原因而采用较多。
潜流型人工湿地根据污水的流动方向又分成水平流和垂直流两种。
前者对BOD5、CODCr、SS、重金属等污染物处理效果好,后者脱氮、除磷效果较好。
人工湿地处理系统投资低,处理效果好,管理和维护简单,基本不用能源消耗,运行费用仅为常规处理的1/10,抗冲击性能强,适合广大农村地区、小城镇地区的污水处理。
1.3.2构造
下面重点介绍潜流型湿地。
潜流式人工湿地构造由进水区、处理区、出水区三部分组成,并且底部应做好防渗层。
垂直流人工湿地构造示意见图。
图---垂直流人工湿地构造示意
处理区为人工湿地工作区,为保证流程的长度和水流均匀,一般设计成上向流分格串联运行。
每格中的基质采用砾石或卵石,颗粒由下而上递减,基质厚度取60~80cm。
底层厚20cm,粒径40~60mm,为粗碎石层;
中层厚30cm,粒径20~40mm,为中碎石层;
上层厚15cm,粒径10~30mm,为细碎石层。
进水区与集水区的布置应尽量保证布水和集水均匀,避免在池内形成死水区和短流。
人工湿地的防渗层很重要,应保证污水处理过程中污水不向外渗漏,防止污水对地下水的污染和影响周围环境卫生。
一般湿地应选在厚土层地区,厚土层上再设防渗层,防渗层可用粘土、膨胀土、沥青和油毡铺设,现在也有做高密度聚乙烯树脂塑料膜铺垫。
人工湿地的植物品种对人工湿地的处理效果影响很大,所以湿地设计时应注意床内植物的选择和栽培。
植物选择通常选择根系发达,根茎粗壮的植物;
光合作用好、输氧机能强的植物;
当然也应考虑到植物的经济价值和观赏性。
人工湿地污水处理工艺
采用生物接触氧化与人工湿地组合工艺对农村生活污水进行处理,其工艺流程见图。
图---农村污水处理工艺流程
农村生活污水经过细格栅去除漂浮物和悬浮物后,进入集水调节池以达到均衡原水水质水量的目的,然后用污水泵提升至生物接触氧化池。
生物接触氧化池内设置填料,底部采用空气管曝气。
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的过程中,水中的有机物被微生物吸附、氧化分解和转化为新的生物膜。
从填料上脱落的生物膜,随水流到沉淀池后被去除,污水得到净化。
经生物接触氧化处理后,污水中大部分有机物得到了去除。
沉淀池出水进入人工湿地处理,进一步去除N、P营养盐。
采用潜流型人工湿地,平面尺寸为1.8m×
6.0m,床深为80cm,中间利用隔墙形成交替流,人工湿地上栽种芦苇、菰米等具有高效脱氮除磷功能的水生型植物。
处理后的出水直接外排。
人工湿地处理工艺设计
2.1.1细格栅
村里的污水多数为明渠收集,容易混入垃圾,因此在进水渠中设置了格栅。
栅条断面形状取圆形,细格栅计算结果如下:
(1)格栅的间隙数量
式中n——格栅栅条间隙数(个);
Q——设计进水流量(m3/s),Q0=80.1m3/d,由于实际进水流量很小,对后续处理带来不便,且对集水调节池后面的泵站造成不必要的电力浪费,因此规定每天进水时间为4小时,即Q=m3/s;
α——格栅倾角(o),α=60o;
b——格栅栅条间隙(m),b=10mm=0.01m;
h——格栅栅前水深(m),h=;
v——格栅过栅流速(m/s),v=0.6m/s。
(2)格栅槽总宽度
式中B——格栅槽总宽度(m);
S——每根格栅栅条的宽度(m),B=20mm
(3)进水渠道渐宽部分的长度
式中L1——进水渠道渐宽部分的长度(m);
B1——进水明渠宽度(m),B1=;
α1——渐宽部分展开角度(o),一般采用10o~30o,取α1=10o。
(4)栅槽与出水渠道连接处渐窄部分长度
L2=0.5L1=
(5)通过格栅的水头损失:
式中h1——过栅水头损失(m);
β——格栅条的阻力系数,查表得圆形栅条的β=;
k——格栅受污物堵塞时的水头损失增大系数,一般采用k=3
(6)栅后槽总高度
H=h+h1+h2
式中H——栅后槽总高度(m);
h2——栅前渠道超高(m),一般采用~0.5m,取0.3m。
H=h+h1+h2=++=
(7)格栅总长度
式中L——格栅总长度(m);
H1——格栅明渠深度(m);
H1=h+h2=+=
(8)每日栅渣量
在格栅间隙为10mm的情况下,设栅渣量为0.1m3/103m3污水,则栅渣量为
<
0.2m3/d,宜采用手动清渣。
2.1.2集水调节池
计算公式
WT=∑tQT
Q—在T时段内废水的平均流量m3/h
T—时段h
取T=W=×
×
3600=201.6m3
调节池尺寸有效水深取2m池面积为101m2
池宽取5m池长为21m
集水调节池简图
2.1.3生物接触氧化池
生物接触氧化池进水BOD5浓度为200㎎/L,污水在池内停留时间约为3h,池内溶解氧浓度3mg/L,曝气装置供气量按汽水比15:
1。
活性污泥浓度Xv一般采用2000~4000mg/L,设计中取Xv=3500mg/L,填料总高度一般取3m,采用硬填料时应分层装填,每层高1m;
每隔生物接触氧化池面积不宜大于25㎡,以保证布水、布气均匀。
流污泥浓度
式中Xr——回流污泥浓度(mg/L);
SVI——污泥指数,一般采用100;
z——系数,一般采用z=。
污泥回流比
解得:
r=64%
式中r——污泥回流比,r=64%;
Xr’——平均回流污泥浓度(mg/L),Xr’=fXr=×
12000=9000mg/L。
TN去除率
解得混合液回流比R=100%。
反应池总有效容积
反应池主要尺寸
有效水深h=3m,有效面积:
S=V/h
S=V/h=3=㎡
所以,反应池长4米,宽米。
2.1.4沉淀池
选择布水沉淀池,因为布水沉淀池一方面起到初沉池的作用,使污水中粒径较小的无机和有机颗粒沉降下来;
另一方面起到了调节水量和布水的作用。
池内布水区采用矩形堰口,均匀布置,出水方向呈放射状,使污水能够更加均匀地流入湿地系统。
沉淀池表面积F
q——表面水力负荷,一般采用~1.5m3/m2h,取q=m2h。
沉淀池直径D
设计中直径取为D=,半径为r=。
二沉池有效水深h2
t——沉淀时间(h),一般采用~,取为t=2h。
径深比
满足其取值在6~12的要求。
污泥部分所需容积
沉淀池总高度
h1——沉淀池超高(m),一般采用~0.5m,取0.3m;
h3——缓冲层高度(m),一般采用0.3m;
h4——沉淀池底部圆锥体高度(m),根据污泥部分的容积及二沉池污泥的特点,采用机械刮吸泥机连续刮泥,池底坡度为i=,r1——进水竖井半径(m),一般采用1.0m。
h5——沉淀池污泥区高度(m),
V2——沉淀池底部圆锥体容积(m3),
2.1.5人工湿地
有效面积
F=Q/
F==㎡
式中:
F—湿地床有效面积(m2);
Q—污水排放量,m3/日;
(或—潜流湿地床面积负荷为~0.6m3/m2·
日。
水利滞留时间
水利滞留时间是影响污染物去除效率和湿地水力学设计的重要参数,湿地设计大小的重要依据,在湿地面积确定后,床体深度和孔隙率将决定水力停留时间,其计算方式有:
t1=L/(kJ)
t2=Ahhε/Q
式中,t1—基于水力学的水力滞留时间;
t2—基于BOD去除率的水力滞留时间(d);
L—子湿地中线弧长(m);
h为床体深度(m);
一般床体的深度为~;
k—渗流系数(m/d);
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