摘要:采用表面流人工濕地、潛流式人工復合生態(tài)床和生態(tài)塘組合工藝,結合生態(tài)及景觀建設進行了滇池流域農村污水處理工程設計。該工程既處理了生活污水,又改善了生態(tài)環(huán)境,體現了污水處理與生態(tài)環(huán)境建設相結合的新理念。

關鍵詞:滇池流域,生活污水,人工濕地

1　設計基礎資料及依據

由于國內缺乏對村鎮(zhèn)污水治理的基礎資料,設計前進行了為期1年的場地信息調查以及現場試驗,從而確定了工藝流程及相關的工藝參數。①　確定生活污水的排放量及水質。在示范區(qū)的4個行政村,采取隨機抽樣的方法(內容包括家庭人口、取水方式、日用水量、洗衣方式、洗澡方式、家庭廁所等)共調查530戶(占總戶數的27%),選擇其中的16戶作為典型,連續(xù)3ｄ跟蹤調查水量及水質。②　人工復合生態(tài)床工藝研究[1]。通過1年的現場模擬試驗,對不同運行條件及工況下人工復合生態(tài)床的運行進行了系統(tǒng)研究,確定了工藝參數。③　示范區(qū)的氣象、水文資料。包括近3年氣溫、降雨量、蒸發(fā)量,地下水位及滇池的水位變化。④　地形勘測。為村里生活污水的溝渠收集系統(tǒng)設計和場地選擇提供了依據。

2　設計水質、水量

①　設計處理水量:80m3 /d(考慮20%的人口發(fā)展系數)。②　設計進水水質:COD為200mg/l,總氮為30mg/l,氨氮為23mg/l,總磷為5mg/l。③　設計出水水質:COD去除率≥80%,總氮去除率≥85%,總磷去除率≥85%。

3　工藝流程的確定

經村里新建溝渠收集系統(tǒng)匯過來的污水將依靠重力流首先進入到表面流人工濕地內。根據現場試驗結果,表面流人工濕地對氨氮有很好的去除效果(對氨氮去除率≥90 %) 。另外,污水處理系統(tǒng)位于低洼荒地處,在滇池高水位時期一部分土地將處于水淹狀態(tài),里面生長著許多天然水生植物,因此稍加人工修整即可構建成良好的表面流人工濕地�？紤]到表面流人工濕地對磷的去除效果差、S S 濃度高、出水渾濁,故在其后緊接著串聯一級潛流式人工復合生態(tài)床。在床內填充水力傳導性能好和具有多孔結構的介質,通過介質吸附和微生物的作用來強化系統(tǒng)的除磷脫氮效果。濕地系統(tǒng)除具除污作用外,還應具有景觀及生態(tài)效果,這對于滇池流域環(huán)境的恢復及保護具有特殊的意義,鑒于此在設計計算時作了適當的放大。整個系統(tǒng)工藝流程見圖1 。

4 各主要單元設計

4.1 　溝渠收集系統(tǒng)
設計中要求考慮與村莊未來規(guī)劃相協調,能夠達到90 %以上的污水收集率,盡量利用原有溝渠以降低工程造價。首先,在村內主干道修建“三面光”的石砌結構干渠(鋪設蓋板) ,以連接主要的居民住宅區(qū)域。然后再修建磚砌結構的支渠以匯集各部分住宅區(qū)的生活污水。最后修建支溝將各家的生活污水引入到溝渠系統(tǒng)里。
值得指出的是,在村外部分或一些特殊地段修建了生態(tài)溝渠,依靠其內生長的水草等植物和水流作用自然凈化污水。

4.2 　布水沉淀池
村里的生活污水多數為明渠收集,容易混入垃圾,因此在進水渠中設置了格柵。格柵寬為0. 60m ,長為1 m ,柵條間距為30 mm ,采用人工清渣。布水沉淀池一方面起到初沉池的作用,使污水中粒徑較小的無機和有機顆粒沉降下來;另一方面起到了調節(jié)水量和布水的作用。池體長×寬×深為20m ×2 m ×0. 8 m ,有效容積為27 m3 ,停留時間為8h 。池內布水區(qū)采用矩形堰口,均勻布置,出水方向呈放射狀,使污水能夠更加均勻地流入濕地系統(tǒng)。

4.3 　表面流人工濕地
表面流人工濕地面積為2 000 m2 ,水力負荷為4 cmPd。地面以上維持30 cm 的自由水位,滇池流域氣候溫暖(平均溫度為14. 7 ℃Pa) ,故不用考慮冬季冰凍情況。濕地內種植的水生植物主要為茭白,還有蘆葦、慈菇和水花生等,基本上是利用場地內的原有植物,但對其進行了分栽和移栽以保證分布均勻。由于濕地邊界不規(guī)則,平均長寬比較小,而且布水區(qū)較長(20 m) ,故沿布水方向將濕地分為面積狹長的兩個區(qū),以保證布水均勻和一定的推流效果。設計時充分利用地形、地勢,避免出現水流死區(qū),盡量減少工程開挖量和對原水生植被的破壞。

4.4 　潛流式人工復合生態(tài)床
潛流式人工復合生態(tài)床為地上式,床體從池底開始堆積,總面積為300 m2 ,設計水力負荷為30 cmPd。床體長×寬×深為50 m ×6 m ×0. 8 m ,里面填充了爐渣等水力傳導性能良好的填料。生態(tài)床上部種植水芹等常綠水生植物。為了防止暴雨對生態(tài)床的沖擊,在填料層里安裝了直徑為150 mm 的穿孔PVC管,高于正常水位時水流會直接從溢流管內流走。地上式潛流人工復合生態(tài)床適用于地勢低、地下水位淺的場地,這樣既保護了地下水還可以大大降低工程量和工程費用。

4.5 　綜合生態(tài)塘
綜合生態(tài)塘與濕地組成了一個完整的植物塘、床系統(tǒng)。綜合生態(tài)塘面積為1 400 m2 ,平均水深為0. 6 m ,該區(qū)除可對水質進行深度處理外,還具有生態(tài)和景觀作用。池塘區(qū)種植了蓮及慈菇等水生植物,也為魚、蝦等提供了生存環(huán)境。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關技術文檔。

5 　生態(tài)、景觀設計
將生態(tài)和景觀設計納入到濕地系統(tǒng),是該污水處理工程的一個新思路。按照“紅、黃、綠”三種顏色協調搭配、植物高低錯落有致的設計原則,對濕地周邊進行了綠化:種植了花石榴、柳樹、千頭柏、毛葉丁香等,并鋪植了草皮。綜合生態(tài)塘內填筑了“葫蘆島”,島上種植的紅葉小波和金葉女貞,從遠處看去給人以美的享受。另外,預留了供人們活動的場所。為了給魚類等水生動物提供一個良好的生存環(huán)境,對綜合生態(tài)塘進行了人工清淤(30 cm) ,放養(yǎng)了泥鰍、田螺等,這些水生動物可吞食濕地中的底泥,間接消耗水體中的氮、磷等營養(yǎng)物質。茂盛的水生植物以及生長在其中的魚、青蛙、蛇及水鳥等構成了一個良性的濕地生態(tài)系統(tǒng)。

6 　建設及運行費用
整個工程的建設費用(溝渠收集系統(tǒng)除外) 為5. 2 萬元,其中綠化及景觀建設費用為2. 2 萬元(約占總費用的42 %) 。處理設施的運行僅需要少量的人工費用,其運行成本為0. 03 元Pm3 。(清華大學環(huán)境模擬與污染控制國家重點聯合實驗室)