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太陽能驅動生物濾塔-人工濕地組合工藝處理農村生活污水

目前江西省農村地區基本上沒有任何污水處理設施，生活污水未經過任何處理便直接排放，直接造成對周邊水體的污染。農村生活污水具有水量小、有機物濃度偏高、日變化系數大等特點，且相對分散，宜采用小型、低能耗裝置處理。

太陽能驅動生物濾塔-人工濕地組合工藝技術處理農村生活污水具有占地面積小，工藝設施簡便易行、運行穩定、維護管理方便、運行費用低和污泥產量少等優點。

新干縣河頭村為新農村建設示范村，全村有150 多戶500 多人口，且規劃建設祈水山莊，最多容納70 人住宿，200 人就餐。該村莊有完善的廢水收集管網，廢水收集后進入生物濾塔-人工濕地組合處理系統。該組合工藝在投入工程實例前，已在實驗室進行了小試，并取得了較好的試驗效果。

1 設計的水質、水量

本工程設計水量為65 m3/d，24 h 運行。出水水質執行城鎮生活污水處理廠污染物排放標準（GB 18918－2002）一級B 標準。進出水水質如表1 所示。

 2 工藝流程及主要構筑物

2.1 工藝流程

農村生活污水處理技術的選擇，關鍵要適應村鎮的實際情況，采用投資少、運行費用少、除污效率高、管理簡單方便、維護容易、具有良好抗沖擊能力的處理工藝或技術[5]。生物濾塔-人工濕地組合技術將生物方法和生態方法結合于一體，綜合了滴濾池較好的硝化作用和人工濕地較好的反硝化及除磷作用，同時采用太陽能輔助動力，具有管理、操作、流程簡單、造價和運行費用低廉等優點，能最大程度地實現環境、經濟和社會效益。設計工藝流程如圖1 所示。

 2.2 處理工藝流程單元

2.2.1厭氧池

收集的生活廢水直接進入厭氧池，厭氧池內置填料，水流折向平流[6]，廢水在厭氧池厭氧菌胞外酶的作用下，將大分子有機物水解酸化變成小分子，將大部分不溶性有機物降解為溶解性物質。污水在厭氧池中，經過厭氧細菌的作用，能有效去除約30%的COD 和BOD5，總氮、總磷的去除率可達10%。厭氧池為地下式，占地面積為32 m2，有效容積為57.2m3，有效尺寸為9 m×3.25 m×2.5 m，有效水深2.2 m，水力停留時間21.12 h。

2.2.2調節池

廢水經厭氧池溢流進入調節池，該池起調節水質水量作用。調節池為地下式，占地面積為8 m2，有效容積為14.3 m3，有效尺寸為2.0 m×3.25 m×2.5 m，有效水深2.2 m，水力停留時間4.9 h。

2.2.3生物濾塔

廢水進入生物濾塔之前由泵將水泵至射流器進行高壓水射流充氧，然后通過布水裝置進入生物滴濾系統[7]。生物濾塔設計成2 層，塔壁有通風孔，內置RY 型生物填料，該填料比表面積較大（13.6～25.5 m2/g）、孔隙率較大（73%～82%），粒徑均勻（φ30～50 mm）。經兩級生物濾塔降解后的廢水在塔底層收集，塔底設有回流閥，回流水與脫落的生物膜由底部返回調節池，出水進入人工濕地[7]。生物濾塔置于室內，尺寸Ф2.0 m×3.0 m。經射流充氧后的廢水，與浮著在塔內填料表面的消化細菌發生消化反應，廢水中有機物大部分被降解[8]，其中COD 處理效率約為80%，BOD5處理效率約為85%，總氮、總磷約為35%。

2.2.4人工濕地

人工濕地設置為組合式，經生物濾塔處理的出水依次通過潛流人工濕地、一級表面流濕地、二級表面流濕地，人工濕地的主要目的是用來除磷脫氮[9]，人工濕地中隨水流方向交替好氧、缺氧甚至厭氧的微環境使得生物濾塔出水中所含的部分氨氮和高濃度硝態氮經微生物作用徹底將氮轉變為N2[10]。同時對厭氧池+ 滴濾塔組合工藝出水中的有機廢物可以進一步降解，使系統最終出水穩定達標。其中，潛流人工濕地有效面積15 m2，總深1.2 m，有效水深0.9m，水力停留時間2.4 h，內置填料卵石、碳酸鈣、清水沙，種植的濕地植物黃花鳶尾；一級表面流濕地面積50 m2，濕地植物為蘆葦，最大水深0.3 m；二級表面流濕地面積50 m2，濕地植物為本地茭白、菖蒲，最大水深0.3 m。

2.2.5太陽能驅動裝置

主要為水泵提供動力來源。太陽能驅動裝置安裝在滴濾裝置屋頂，設計運行負荷400 W/h，采用太陽能和交流電網雙線供電，光伏電優先使用。其中太陽能供電系統由太陽能電池板、蓄電池、控制器、逆變器、箱體及周邊設備等組成。

2.3 運行效果

系統運行初期，出水水質波動性很大，廢水水質中有機物、氮磷含量有時候較高，主要原因是生物濾塔內填料掛膜需要一段時間、人工濕地植物也未長成，直接影響了整個系統的去除效率。在整個系統運行1 個月后，濾塔內生物膜已基本形成，濕地植物也慢慢長成，出水水質趨于穩定。出水水質達設計要求，系統對COD、BOD5、NH3-N、SS、TN 和TP 的平均去除率分別為90.19%、88.19%、89.37%、90.59%、90.02%和95.67%。2012 年10 月27－29 日，系統進出水水質見表2。

 2.4 工藝技術特點

從采用“生物+ 生態”相結合的污水處理方法，生物技術有效去除有機物和部分氮磷，保證出水COD 達標；生態技術進一步去除廢水中的N、P，保證出水COD、BOD5、TN、TP 全部達標。

采用射流噴射器對厭氧出水充氧，為后續的好氧過程提供預充氧處理，射流充氧和生物滴濾被設計成一體化設備。噴射動力來自潛水泵富余壓頭，無需另外增加動力。

采用太陽能供電與水泵運行耦合，通過對太陽能系統蓄電、控制器及逆變器配置的優化改造，在日照正常情況下，太陽能系統產生的電能可供水泵穩定運行8 小時以上。

2.5 運行與維護

定期安排工作人員對厭氧池、生物濾塔、人工濕地進行維護和管理。厭氧池、生物濾塔每年清理1次，并定期對人工濕地內雜草、病蟲害進行清理。

2.6 效益分析

本工程具有良好的環境效益和經濟效益，按設計規模處理的廢水量計算，每年可減少COD、SS、NH3-N、TN 和TP 的排放量分別3.59、4.39、0.75、0.08、0.83 t。

該污水處理工程總投資32 萬元，運行成本低，每噸水的運行費用為0.29 元。具體http://www.redgold.cn更多相關技術文檔。

3 結論

采用太陽能驅動生物滴濾-人工濕地組合工藝處理農村生活污水，處理效果較好，出水水質能達GB 18918－2002 一級B 標準。系統對COD、SS、NH3-N、TN 和TP 的去除率分別為90.19%、90.59%、89.37%、90.02%和95.67%。

該組合工藝作為農村生活污水處理工藝，運行費用低，操作簡單，可以實現無人看守，處理效果好，適合在江西農村地區推廣應用。