河网型农村污水治理工程的设计

　　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=507 m3/d=21.2 m3/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1502402504056.0~9.0

　　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30100150253.06.0~9.0

　　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100 m3/d，2#和4#湿地的处理规模可达到为200 m3/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

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文章名称： 河网型农村污水治理工程的设计

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