收藏 分享(赏)

厌氧池-两级复合型潜流人工湿地工艺设计.pdf

上传人:weiwoduzun 文档编号:5703962 上传时间:2019-03-13 格式:PDF 页数:4 大小:266.80KB
下载 相关 举报
厌氧池-两级复合型潜流人工湿地工艺设计.pdf_第1页
第1页 / 共4页
厌氧池-两级复合型潜流人工湿地工艺设计.pdf_第2页
第2页 / 共4页
厌氧池-两级复合型潜流人工湿地工艺设计.pdf_第3页
第3页 / 共4页
厌氧池-两级复合型潜流人工湿地工艺设计.pdf_第4页
第4页 / 共4页
亲,该文档总共4页,全部预览完了,如果喜欢就下载吧!
资源描述

1、厌 氧池 - 两级复合型潜流人工湿地工艺设计杨文婷1, 3, 王德建1, 纪荣平2(1.中国科学院南京土壤研究所 , 江苏 南京 210008; 2.扬州大学 , 江苏 扬州 225009;3. 中国科学院研究生院 , 北京 100049 )摘 要 : 针对农村生活污水成分简单 、浓度较低的特点 ,提出了厌氧池 - 两级复合型潜流人工湿地的设计原理和设计方法 ,通过对厌氧池 - 人工湿地的组合 、两级人工湿地的选用 、环形人工湿地的设计以及湿地设计中相关参数的系统研究 ,从工艺组合和水力学的角度对厌氧池 - 两级复合型潜流人工湿地系统进行优化设计 。 系统运行结果表明 ,厌氧池 -两级复合型潜

2、流人工湿地结构设计合理 ,符合水力学要求 ,处理效率高 ,出水优于 GB 189182002 城镇污水处理厂污染物排放标准 一级 A 类排放标准 。关键词 : 人工湿地 ; 农村污水处理 ; 水力学 ; 设计参数 ; 农村生活污水中图分类号 : X7 文献标识码 : B 文章编号 : 1674-4829(2010)03-0001-04人工湿地 (Constructed Wetland, CW)污水处理系统最早于 20 世纪 70 年代出现在德国 ,20 世纪 80年代由试验阶段进入应用阶段 , 并相继在德国 、丹麦 、奥地利 、比利时 、新西兰等国家建立了大量的芦苇床系统 ,主要用于小城镇污水

3、处理1-2。我国人工湿地的研究起步较晚 ,“七五 ” 期间才开始逐步发展起来3-4,但随着面源污染问题的日益突出 ,人工湿地工程在我国得到广泛应用 , 尤其是在云南滇池地区和江苏太湖地区 。对于浓度较低 、 污染物成分简单的农村生活污水 ,工艺简单 、处理效果有保证 、运行维护简便的人工湿地处理系统是一种具有最佳综合效益的选择5-7,它包含污水处理和资源化利用双重意义 , 强调就地处理和尽可能回收营养物质 。目前对于人工湿地的研究多集中在处理效果和处理机理上 , 对于湿地设计参数和工艺组合原理的研究比较少 。本文将从这方面出发 ,并结合建于中国科学院常熟国家生态实验站的 1 座厌氧池 -两级复

4、合型潜流人工湿地小试系统的运行效果进行探讨 ,以期对将来人工湿地设计和工艺选择提供可供参考的依据 。1 组合工艺选择及原理1.1 工艺选择1.1.1 厌氧池 -人工湿地组合有研究表明 , 如果在湿地前有有效的预处理设施或湿地面积足够大的话 , 水平和垂直流湿地可去收稿日期 :2010-03-15基金项目 :国家科技支撑计划项目 (2006BAJ10B06).作者简介 :杨文婷 (1985-),女 ,湖南常德人 ,硕士研究生 ,从事人工湿地方面的研究 .Process Design of Anaerobic Pond - Secondary Subsurface Flow Constructed

5、 Wetland SystemYANG Wen-ting, WANG De-jian, JI Rong-pingAbstract: The design principle and method of anaerobic pond - secondary subsurface constructed wetland system werediscussed in this paper for treating the rural domestic sewage. The design was optimized from technics assembling andhydraulics pa

6、rameters based on the analysis of design and parameters of anaerobic pond - secondary subsurface constructedwetland, secondary subsurface constructed wetland, ring-shape constructed wetland and wetland. The results indicated thatanaerobic pond - secondary subsurface constructed wetland system had do

7、minating advantage in small area of reasonabledesign, low cost in building and operation, and high removal efficiency. The effluent can meet class A level one of thenational discharge standard of pollutants for municipal wastewater treatment plant.Key words: Constructed wetland; Rural sewage treatme

8、nt; Hydraulics; Design parameter; Rural domestic wastewater.第 23 卷 第 3 期2010 年 6 月环 境 科 技Environmental Science and TechnologyVol23 No3Jun2010环 境 科 技2010 年 6 月沉淀池 三格厌氧池一级环形水平流湿地二级矩形垂直流湿地除 90%以上的有机物和所有的 N,P8。 然而 ,在江苏苏州地区 ,农村经济水平较高 、人口密集 ,耕地资源紧张 , 选择足够大面积的湿地作为处理系统显然不合适 ,因此 ,本系统选择预处理设施与人工湿地相结合的工艺 。目前 ,

9、用于生活污水处理的人工湿地系统中最常用的前处理系统有 Septic Tanks (ST) 和 ImhoffTanks (IT),然而这 2 种系统在运行过程中经常出现问题 。 由于不能有效去除污水中悬浮物 (SS), 因此ST-CW 和 IT-CW 系统经常遭遇堵塞的问题 , 尤其是在有机质含量较高的情况下 ,堵塞问题尤为严重 。将厌氧池作为预处理系统与人工湿地相结合 , 是一种最近发展起来的有效组合工艺 。 该系统相比以上两者 ,对 SS 的去除率可提高 30% 50%9,这可以有效的防止湿地堵塞问题 。 而且 , 厌氧池占地面积小 , 可减少人工湿地 30% 60%的有效占地面积 ,并可防

10、止恶臭的产生 。 当然厌氧池预处理系统也存在一定的不足 ,尤其是对有机物的去除效果有限 ,但这完全可以由对有机物及营养物质有高效去除效果的人工湿地弥补10。 简言之 ,厌氧池 -人工湿地组合工艺 ,不仅可有效去除污水中有机物质和营养成分 ,而且具有经济技术投资少 、耗能低 、维护简便 、产泥量少等优势 , 这在农村地区污水的处理上具有其他工艺无法比拟的优势11。 因此本工程选用厌氧池 -人工湿地组合工艺处理农村生活污水 。1.1.2 两级人工湿地的选用农村生活污水成分比较简单 , 主要是有机物质和营养盐 ,如 N, P 等 ,人工湿地系统可以有效去除这类物质 ,使出水达到排放要求 。按照工程设

11、计和水体流态的差异 , 人工湿地污水处理系统可以分为表面流湿地 、 水平潜流湿地和垂直流湿地 3 种主要类型 ,各类型在运行 、控制等方面的诸多特征存在着一定的差异 。研究表明 ,水平潜流湿地和垂直流湿地相比 , 表面流湿地具有较高的水力负荷和比较好的运行环境状况 , 其中水平潜流湿地对 BOD,COD 等有机物和重金属的去除效果较好 , 垂直流湿地对 N,P的去除效果较好 。对于人口密度大 、耕地资源紧张而且环境要求较高的苏南农村地区 , 水平潜流湿地和垂直流湿地显然更为合适 。 JAN V12研究发现 ,单级湿地很难有高的 TN 去除率 , 因为它们难以同时形成好氧和缺氧 2 种环境 。

12、垂直流湿地可有效去除NH4+-N, 因为垂直流尤其是垂直下行流湿地中 ,污水从表面纵向流入填料床底 ,床底处于不饱和状态 ,O2通过大气扩散与植物根传递进入湿地 ,硝化能力强 ,因此适于处理 NH4+-N 含量高的污水 。 但垂直流不易去除 NO3-N,处理有机物能力欠佳 ,而且落干 /淹水的时间长 ,夏季易孳生蚊蝇 ,而水平流对于后者有较好的表现13。 因此 ,本组合工艺湿地部分选择水平潜流和垂直流相结合的方式 ,构成两级湿地 。一级为水平潜流湿地 ,二级为垂直流湿地 。1.1.3 环形人工湿地的设计思路目前 ,人工湿地多采用矩形 ,然而多年的研究和实践运行表明 ,矩形人工湿地易产生布水不均

13、匀 ,出现死角 ,占地面积大等一系列问题 。 张克强等14通过设计廊道式人工湿地处理生活污水的研究表明 ,湿地的环流设计与常规的矩形湿地相比 , 在同等污水处理量同滞留期的前提下 ,减少了占地面积 ,延长了水流的硝化处理路程 ,消除了系统死区 ,提高了微生物的附着量 ,大幅度减少了蚊虫的孳生量 ,降低运行成本 ,在更大程度上 ,实现了景观美化与环境治理的双重效益 。 因此 ,本小试工程结合场地条件 ,将环形湿地与矩形湿地相结合构成两级湿地系统 , 环形池为一级水平潜流湿地 ,矩形池为二级垂直流湿地 。1.2 厌氧池 -复合人工湿地小试系统构造该小试系统位于江苏省常熟市中国科学院常熟农业生态国家

14、实验站内 ,由沉淀池 、三格厌氧池 、一级环形水平流湿地和二级矩形垂直流湿地 4 部分组成 。 沉淀池面积为 2 m 2 m,深 1 m;三格厌氧池每格面积为 1 m 1m,深 2.5 m,共 3 格 ;一级环形水平流湿地为内径 0.5 m,外径 1.5 m 的圆环 ,深 0.7 m;二级矩形垂直流湿地为比较不同基质及植物的处理效果 , 共设计 18 个小区 , 小区面积为 1.5 m 1 m,深0.55 m,整体构造全部用砖块水泥砌成 ,见图 1。其中 ,三格厌氧池是整个系统的预处理部分 ,由3 个大小相同 ,长 、宽 、深分别为 1,1,2.5 m 的池子组成 ,并在中间池子中填充塑料球悬

15、浮填料 ,具体结构如图 2 所示 。污水经过厌氧池后 ,进入一级环形水平流湿地 ,该部分由内部中心布水池和外围水平流湿地构成 ,图 1 厌氧池 -复合人工湿地小试系统流程图 2 厌氧池构造示意2第 23 卷 第 3 期进水管 布水孔穿孔布水管填料出水口波纹布水管杨文婷等 厌氧池 -两级复合型潜流人工湿地工艺设计设计进水设计出水(CODCr)40050(BOD5)10020(TSS)30010(TP)50.5(NH4+-N)408进水口布水孔中心布水池波纹布水管出水口如图 3 所示 。 其中布水池上与出水口相反方向的位置设置布水孔 ,向环形湿地中布水 ,湿地墙体内侧底部设置波纹排水管 ,收集出水

16、 。一级湿地的进水由水泵泵入 ,从中心布水池上部进水 。水从管道出口自然落下 ,到布水池有一定的高度 ,可进行自然充氧 。图 3 一级环形水平流湿地示意污水经过一级环形流湿地后 ,进入集水缸 ,然后通过表面布水管进入垂直流湿地 。 垂直流湿地小区及穿孔布水管剖视图如图 4 所示 。图 4 二级矩形垂直流湿地小区剖视2 湿地设计2.1 设计进出水情况通过查阅农村地区生活污水基本情况 , 并对常熟站生活污水排放情况进行估计 , 确定相关水力学设计参数 ,如表 1 所示 ,最大进水量为 2 m3/d。表 1 常熟站生活污水相关水力学参数 mgL-12.2 一级水平潜流人工湿地因水流在湿地中流速缓慢

17、,通常是 1.0 10-41.0 10-3m/s15,故 Ah可应用达西定律 :Q = KsAhj (1)可得横截面积公式 :Ah= Q/Ks j (2)式中 : Ah为一级子湿地中线处横截面积 , m2; Q 为设计流量 , m3/d; Ks 为渗率系数 , m/d; j 为水力坡度 ,无量纲 。在常熟站人工湿地小试系统设计中 , 取 Q = 2m3, Ks = 40 m/d, j = 0.01,代入式 (2)可得 :Ah= Q/Ks j = 2/(40 0.01) = 5 m2(3)而 ,Ah= 2R h (4)且 ,2R= R + r (5)式中 : R为第一级湿地中线半径 ,R 为第一

18、级湿地外半径 ,r 为第一级湿地内半径 ,取 0.5 m。 由式 (3),(4)和式 (5)可得 :R = 1.8 m。由一级动力学反应式 :C/C0= esp(-Kt T) (6)又有 :T = nR2 h/Q (7)式中 : C 为出水 BOD 质量浓度 , mg/L, 取 50 mg/L;C0为进水 BOD 质量浓度 , mg/L, 取 100 mg/L; Kt为一级反应动力学常数 ,d-1;T 为水力停留时间 , d;n 为孔隙率 (取平均值 );R 为第一级子湿地的半径 ;h 为第一级子湿地深度 , m(取 0.7m);Q 为系统设计流量 , m3/d。将 (7)式代入 (6)式可得

19、 :C/C0= esp(-Kt nR2 h/Q) (8)取对数可知 :lnC-lnC0=-KtnR2 h/Q (9)由式 (9)可知 : nA水平= nR2= Q(lnC-lnC0)/(-Kt h),目前上式中仅 Kt未知 。因试验地处于苏州常熟市辛庄镇农村 ,该地气候比较温和 ,取 Kt= K20= K0(37.3n4.172),因 ,典型城市污水取 K0= 1.839d-116。 另外 ,n 取 0.35, 则 可 求 得 Kt= K20= 1.839 (37.3 0.354.172)由以上结果可得 : nA水平= n(R2- r2) = 2.31,故可得 R = 1.5 m。与根据达西定

20、律计算的结果相差不大 , 因为此次处理为第一级湿地 ,下面还有第二级湿地 ,可取较小值 ,则 R = 1.5 m 。2.3 二级垂直流子湿地垂直流人工湿地中水的流态满足一级推流动力学 , 所以可以采用一级动力学方程计算湿地所需表面积 :As = Q(lnC0- lnCe)/(KTDn) (10)式中 : As 为系统表面积 ;Q 为系统平均流量 , m3/d;C0为进水 COD 质量浓度 , mg/L,(因为已经经过厌氧池和一级环形流湿地处理 , 故该处进水取 100mg/L);Ce为出水 COD 质量浓度 , mg/L (取 50 mg/L);KT为与温度有关的一级反应速率常数 ,1/d (

21、取K20= 0.859);D 为床层深度 , m(取 0.5 m);n 为床层孔隙率17。As= Q(lnC0- lnCe) / (KTDn) = 2 (ln100-ln50)/(0.859 0.5 0.35) = 9.3 m2共设置 18 个湿地小区 ,每个小区宽 1 m,因有3环 境 科 技2010 年 6 月As = 18 1 L,可得到 L = 0.5 m。考虑到实际运行过程中存在的死角等问题 ,并充分利用空地 ,取 L =1.5 m。2.4 水力负荷核算该小试工程主要包括沉淀池 、厌氧池 、一级环型水平流湿地和二级垂直流湿地四部分 , 工程总占地面积 : 2 2 + 3 + 1.52

22、 + 18 1.5 1 = 41.3 m2将以上数据进行水力负荷核算 ,得出总水力负荷为 :2 m3/d 41.3 m2= 0.048 m3/(m2d)。 有研究表明水力负荷在 20 620 mm/d 的范围内可得到较好的处理效果18,该设计可达到要求 。3 运行效果及结论采用本文提出的方法所建的常熟站厌氧池 -两级复合型潜流人工湿地 , 用于处理该站工作人员生活污水 ,处理规模为 2 m3/d。 该湿地系统为厌氧池与二级子湿地相结合的处理模式 , 污水在运行的过程中要经过沉淀 、升降流 、布水 、跌水 、集水 、布水 、集水 、排放几个过程 ,在运行工艺上 ,将厌氧池作为前处理系统 ,与水平

23、潜流湿地 、垂直流湿地相结合 ,并将环形湿地与矩形湿地相结合 ,进行优势互补 。在整个系统中 ,通过悬浮填料 、湿地植物 、湿地基质 、粗石 、细沙和土壤等多种处理手段配合应用 ,优化系统功能 ,工程能够满足 COD,TSS,TN,TP,NH4+-N 等多项水质指标的出水水质要求 , 实现了对污水的有效净化 。 另外 ,该小试工程建设及运行费用较低 :基本土建 、管道 、水箱 、水泵以及人工费用约 5 000 元 ,运行过程中仅有 2 台 1 500 kWh 水泵耗能 , 每吨水的处理费用不超过 0.1 元 。通过对该复合湿地系统连续一段时间的运行监测 ,结果显示 ,其对 COD,NH4+-N

24、,TN,TP,TSS 的平均去除率分别 达 到 79.8%,98.9%,45.3%,80.4%,74.0%, 其中厌氧池部分对 COD,TP,TSS 的去除率分别达到 57.1%,40.3%,52.1%,处理效果良好 。出水中 COD,NH4+-N,TN,TP 质 量 浓 度 分 别 为5.67,0.24,7.85,0.31 mg/L, 优 于 GB 189182002城镇污水处理厂污染物排放标准 一级 A 类排放标准 ,达到设计要求 。本设计在比较分析国内外湿地污水研究的基础上 ,采用垂直与水平 、环形与矩形相结合的两级湿地系统处理生活污水 ,初步运行结果表明 ,本工程设计合理 、参数可行

25、,可作为农村生活污水处理的一种模式 。参考文献 1 王爱萍 , 周 琪 . 人工湿地处理污水的研究 J. 四川环境 ,2005, 24(2): 76 - 80.2 吴亚英 . 人工湿地在新西兰的应用 J. 江苏环境科技 ,2000, 13(3): 32 - 33.3 吴振斌 , 詹德昊 , 张 晟 , 等 . 复合垂直流构建湿地的设计方法及净化效果 J. 武汉大学学报 (工学版 ), 2003, 36(1):12 - 16.4 阮红权 , 杨海真 . 构造人工湿地技术及其应用 J. 江苏环境科技 , 2004, 17(3): 35 - 37.5 陶 静 , 汪德爟 . 小型复合流人工湿地的设计

26、及对有机物去除效率的分析 J. 水电站设计 , 2004, 20(2): 90 - 92.6 梁继东 , 周启星 , 孙铁珩 . 人工湿地污水处理系统研究及性能改进分析 J. 生态学杂志 , 2003, 22(2): 49 - 55.7 于少鹏 , 王海霞 , 万忠娟 , 等 . 人工湿地污水处理技术及其在我国发展的现状与前景 J. 地理科学进展 , 2004, 23(1):22 - 29.8 VOLKER L, ELKE E, MARTINA L W, et al. Nutrient re-moval efficiency and economics of vertical flow and

27、 horizon-tal flow constructed wetlandsJ.Ecological Engineering, 2008(18): 157 - 171.9 ALVAREZ J A, RUIZ I, SOTO M. Anaerobic digesters as apretreatment for constructed wetlands J. Ecological Engi-neering, 2008(33): 54 - 67.10 PILAR B , ISABEL R , MANUEL S. Performance of ananaerobic digester-constru

28、cted wetland system for a smallcommunityJ. Ecological Engineering, 2008(33): 142 - 149.11 VON S M. Comparison among the most frequently usedsystems for wastewater treatment in developing countriesJ.Water Sci. Technol, 1996, 33(3): 59 - 72.12 JAN V. Removal of nutrients in various types of constructe

29、dwetlands J. Science of the Total Environment, 2007(380):48 - 65.13 严 弋 . 人工湿地系统处理干旱区农村生活污水的应用研究 D. 北京 : 北京化工大学 , 2008.14 张克强 , 杨 莉 , 杨 鹏 , 等 . 适合农村污水分散处理的廊道式人工湿地设计参数研究 J. 西北农业学报 , 2008,17(1): 286 - 291.15 王久贤 . 白泥坑人工湿地水力学计算研究 J. 广东水利水电 , 1997(6): 50 - 52.16 王 薇 , 俞 燕 , 王世和 . 人工湿地污水处理工艺与设计J. 城市环境与城市生态 , 2001, 14(1): 59 - 62.17 韩耀宗 , 念 宇 . 污染物负荷与组成对潜流人工湿地脱氮效果影响研究 J.环境科技 ,2009,22(6): 1 - 5.18 徐光来 . 复合垂直流人工湿地对污水中氮去除效果研究D. 武汉 : 武汉大学 , 2004.(责任编辑 曹恩伟 )4

展开阅读全文
相关资源
猜你喜欢
相关搜索

当前位置:首页 > 企业管理 > 管理学资料

本站链接:文库   一言   我酷   合作


客服QQ:2549714901微博号:道客多多官方知乎号:道客多多

经营许可证编号: 粤ICP备2021046453号世界地图

道客多多©版权所有2020-2025营业执照举报