河网型农村污水治理工程的设计

　　摘要:本文通过工程实例介绍河网型农村污水建设存在技术难点和农村污水处理的原则，详细介绍了分散处理的污水收集方式和人工湿地工艺，结合实例说明了湿地设计参数选定与运营费用，工程实践表明人工湿地适合在农村污水中推广应用。
　　关键词:河网型农村，农村污水，人工湿地，分散处理
　　为实现节能减排的整体目标，我们在大力推进城市污水处理工程建设的同时，不得不重视农村污水处理工程的建设。现阶段广州农村随着经济的发展，农民生活与工作方式的改变，农村的生活污水日渐增多。据统计，广州市约有7000多个自然村，约300万农村人口，加上大量外来流动人口，农村污水量渐渐超出附近水体的承载能力，农村的水环境严重恶化。
　　为全面改善水环境，广州市政府在全力整治城镇污水的同时，也不遗余力地开展农村污水的治理工作。要完成全市7000多条自然村的污水建设是一个非常艰巨的工作。本文所述案例作为河网型农村的典型，房屋沿涌分散分布，污水就近排入河涌。笔者仔细踏勘现场，根据污水排放情况与地形地貌，提出采用人工湿地的污水分散处理方案，力求改善农村原有水环境，建造一流的社会主义新农村示范点。
　　1工程背景
　　该农村面积约为445公顷，村民及外来流动人口共有5000人。河涌遍布村内每一个角落，村民以种植农作物与养鱼为生，大部份土地用作农田与鱼塘，只有一小部分为小型加工厂。该村是一条典型的河网型农村（见图1），村民房屋基本是沿河两岸建设，因历史习惯，村民的生活污水基本就近排入河涌，现状没有任何的污水收集管道。污水包括粪便及洗涤污水，在旱季，河涌水质已为劣V类水质。村内道路、村屋等经过建设已焕发新貌，但贯通全村的河涌污染严重，与村容形成强烈的反差。本工程的建设让社会主义新农村建设达到更高的高度，是一个很有示范意义的工程。
　　
　　图1村河网及人工湿地位置示意图
　　2工程设计方案
　　2.1设计依据
　　作为河网型农村，村民居住地分散在河涌边，排水分散，全村面积较大，地势平坦，污水收集集中处理难度大，管网敷设的长度与埋深都较大，投资金额高。因此我们考虑进行划分区域，分区域建设污水收集管道与处理设施，降低建设成本与运营成本。
　　（1）污水量
　　村内常住人口3500人，流动人口1500，统计实际用水19000m3/月，共计用水量633m3/d，排水量以用水量的80%计算，实际统计污水排放量为633×0.8=507m3/d=21.2m3/h。考虑随着经济发展，预留20%远期人口增长空间，本项目的污水排放量以600m3/d计算。
　　（2）污水进出水水质
　　农村生活污水包括厨房、洗涤、洗浴废水及厕所和家禽养殖废水等，污染物主要以有机污染物为主。相对城镇生活污水，农村生活污水具有分散、污染物成分简单、易处理，水量变化大等特点。现场抽样检测村民生活污水水质，并考虑随着建设的发展，排水系统将逐步完善，进水浓度将进一步提高，推荐设计进水水质如下表示：
　　名称 BOD5（mg/L） CODCr（mg/L） SS
　　（mg/L） NH4+-N（mg/L） TP（mg/L） PH
　　平均值 150 240 250 40 5 6.0~9.0
　　本工程排放口水体为IV类水体，处理后出水水质按照《城镇污水处理厂污染物排放标准》出水标准要求执行二级标准（GB18918-2002）。主要污染物排放指标见下表：
　　名称 BOD5（mg/L） CODCr（mg/L） SS
　　（mg/L） NH4+-N（mg/L） TP（mg/L） PH
　　平均值 30 100 150 25 3.0 6.0~9.0
　　2.2污水收集管道设计方案
　　我们考虑把该地区划分为四个区域，不同区域的污水单独收集处理，管道建设成本将会大大降低，同时也降低日后运行污水提升的用电量。
　　建设村内污水收集系统，将每户污水接入到该系统中，最大程度地完成村内的雨污分流系统建设。对于目前已经建有雨污合流的沟渠，大部分紧贴化粪池和房屋外墙而建，村内的巷道上除了化粪池和雨水沟外，几乎没有空间来建设新的排水管道，考虑到这个因素，污水管道宜按以下两个方式建设：
　　（1）当巷道内有位置敷设污水管道时，宜将污水管紧挨现状雨水排水沟建设，并且在满足排水要求的情况下，应尽可能的减少埋设深度。
　　（2）当巷道没有位置敷设污水管道时，可考虑将原有合流沟渠改造为污水收集渠，雨水采用地表漫流的方式排放。
　　污水管道的设计要根据农村排水的特点，增加个性化的设计，以确保最大量收集污水：
　　（1）连接每户卫生间出水的管道不应小于DN100，坡度不小于1%，出户后首先接入化粪池，化粪池有效容积2～3m3。
　　（2）连接每户生活洗涤水出水的管道不应小于DN100，坡度不小于2.5%。
　　未经化粪池的生活污水在排入收集系统前应设置格栅或格网，拦截固体物。
　　（3）污水管道宜根据地形沿道路铺设，在满足排水标高的情况下，应尽可能的减小埋深，管道规格采用DN150～DN300，车行道下管道覆土不小于0.7m，非车行道下采用浅埋方式，覆土不应小于0.6m，管道坡度不应小于3‰。
　　（4）管材采用UPVC管。采用检查口替代检查井，每隔30～40m设置污水检查口，在管道的交汇点，选用D700或者600x600的检查井。
　　2.3人工湿地设计方案
　　人工湿地近年大量应用到污水处理中。人工湿地净化机理就在于充分利用湿地环境中发生的物理、化学和生物学作用的综合效应来净化污水，它们包括沉淀、吸附、过滤、溶解、气化、固定化、离子交换、络合反应、硝基化、反硝基化、营养元素的摄取，生物转化和细菌、真菌的异化作用等具体过程。
　　复合垂直流人工湿地是在原来水平潜流与表面流人工湿地改良过来，它创新地把下渗流与上渗流相耦合，形成复合水流方式，更高效地处理流经的污水。垂直流人工湿地，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，氧通过大气扩散和植物传输进入人工湿地系统，垂直流人工湿地的硝化能力高于水平潜流湿地，可用于处理氨氮含量较高的污水。
　　（1）工艺流程
　　污水先经过格栅处理，隔离塑料等较大的杂质；格栅池出水通过泵井提升流入一级植物塘，植物塘是一个升流式厌氧池，将大分子有机化合物转化为小分子有机物，可提高污水的可生化性，出水再自流进入垂直流人工湿地，利用植物的吸收，微生物的降解、填料过滤吸附等作用去除污水中的污染物。经过两级碎石过滤后，最后是采用细颗粒的砂过滤，这样处理后的水质可以达标排放。处理工艺流程图如图2：
　　
　　图2人工湿地处理工艺流程图
　　
　　（2）湿地构筑物设计
　　本设计处理规模为600m3/d，按区域划分为四个人工湿地，分别编号为1#、2#、3#、4#人工湿地，根据接入的污水量，1#和3#湿地的处理规模可达到为100m3/d，2#和4#湿地的处理规模可达到为200m3/d。1#和3#湿地具体构筑物分别如下：
　　格栅井,采用地下式钢筋混凝土结构，设计尺寸0.6m×0.8m×1.0m，设置两道格栅，第一道10mm粗格栅，第二道5mm细格栅，人工定期清渣。
　　提升泵池，总占地面积：12m2，设计尺寸3.0mx4.0mx2.5m；内设50WQ10-15-1.1潜水污水泵2台，1备1用。
　　一、二级植物塘，采用钢筋混凝土结构，每级设计尺寸4.8m×12.8m×2.2m；
　　一、二级碎石床，采用钢筋混凝土结构，每级设计尺寸8.5m×12.8m×1.7m；
　　砂滤池，采用钢筋混凝土结构，设计尺寸7.3m×12.8m×2m，。
　　2#和4#湿地的具体构筑物如下：
　　格栅井，采用地下式钢筋混凝土结构，设计尺寸1m×1m×2m，
　　设置两道格栅，第一道10mm粗格栅，第二道5mm细格栅，人工定期清渣。
　　提升泵池，总占地面积：14m2，设计尺寸3.5mx4.0mx3m；内设50WQ25-10-1.5潜水污水泵2台，1备1用。
　　一、二级植物塘，采用钢筋混凝土结构，每级设计尺寸5.8m×19.8m×2.2m；
　　一、二级碎石床，采用钢筋混凝土结构，每级设计尺寸12.8m×19.8m×1.7m；
　　砂滤池，采用钢筋混凝土结构，设计尺寸6.8m×19.8m×2m，。
　　关于湿地的填料和植物：
　　一级碎石床碎石粒径为30～50mm，二级碎石床碎石粒径为25-30mm，砂滤池用碎石和粗砂，池底先填100mm厚碎石，碎石粒径25-30mm，再填1500mm厚粗砂，砂粒径为5-10mm。
　　植物种植：花叶芦荻、凤眼莲、风车草、芦苇等耐污性强、净化效果好的植物，并根据实际情况种植少量观赏性植物，既达到净化污水的目的，又产生美化环境的效果。植物塘每平方米种植30棵植物，碎石床与砂滤池每平方米种植10棵植物。
　　2.4人工湿地运行管理措施
　　（1）一级植物塘底部设有排泥管，每月排一次泥，排泥时可人工清理。
　　（2）人工湿地进水时应尽量做到均匀进水，碎石床的水位控制在碎石床面以下2公分处。
　　（3）人工湿地中植物的维护工作主要包括：水位调节、补种、杂草控制、病虫害控制，收割。严格养护好各系统中的高等植物，缺苗时应及时补苗，及时清除人工湿地的杂草和凋落物。无论水位如何调节，绝不可将植物完全暴露在水位线以上。
　　3运行成本
　　为了保证工程将来的正常运行，应对湿地系统进行适当地管理，但是由于湿地系统管理简单，维护方便，故整个工程劳动定员为1人，由村内人员培训合格后兼管湿地。产生的费用如下：
　　管理费：湿地设备管理员1人（工人），管理费800元/月，则800×12=9600元/年；电费：以一千瓦时0.8元计费，提升泵:：每天工作20h，一台工作，产生电费5.2×20×0.8×365=30368元；
　　本工程综合运行费用：39968元/年，年处理水量219000m3，折合处理成本为0.18元/m3。其它污水处理工艺在同样出水水质条件下的运行费为0.4~1.0元/m3，故本项目的经济性、合理性是显而易见的。
　　4结语
　　采用人工湿地处理农村污水有节省投资成本，运营费用低，管理要求低等优点，适合推广到其它类似的工程项目中去。本项目投入使用后，村内的水环境得到彻底的改变，污水不再随意排放，河涌也不再黑臭，慢慢恢复往日生机。
　　参考文献：
　　[1]张克强，杨鹏，李野，等,农村污水处理技术，北京：中国农业科学技术出版社，2006
　　[2]广州市水务局，广州市农村生活污水处理适用技术指引，2008

《河网型农村污水治理工程的设计》

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