国外人工湿地

sda5826

简评国外农村生活污水处理新方法

   

随着世界城市化的发展,城市生活用水量逐年增加。根据

有关资料,世界各国的城市生活和公共用水量已从80年代的

8 %上升至2000年的11 % (占世界年用水总量)。1999年我国

的总用水量为5 591亿m 3 ,其中城市生活用水量也已上升到

10. 1 %。在国家“十五”计划纲要中要求加快城市污水处理设

施建设,2005年城市污水处理率达到45 % ,2010年的城市污水

处理率达到60 %。这意味着全国未来几年将有1 000座以上城

市污水处理厂等待建设,预计日新增处理污水能力5 000～

6 000万t ,所需建设投资高达3 000亿元左右。

目前我国许多城市、乡镇的生活污水大都没有经过处理直

接排放到河流中,严重污染水资源。因此,学习国外先进经验,

积极创新,加快城乡生活污水的治理速度,势在必行。本文拟

对近些年来,国外采用的新技术进行简介和评论。

1　澳大利亚“FILTER”(非尔脱)污水处理系统

澳大利亚科学和工业研究组织(CSIRO)的专家于最近几年

提出一种“过滤、土地处理与暗管排水相结合的污水再利用系

统”,称之为“非尔脱”高效、持续性污水灌溉新技术,其目的主

要是利用污水进行作物灌溉,通过灌溉土地处理后,再用地下

暗管将其汇集和排出。该系统一方面可以满足作物对水分和

养分的要求,同时降低污水中的氮、磷等元素的含量,使之达到

污水排放标准。其特点是过滤后的污水都汇集到地下暗管排

水系统中,并设有水泵,可以控制排水暗管以上的地下水位以

及处理后污水的排出量,见图1。

澳大利亚曾在格林菲斯市进行田间试验。先后两次试验

的面积分别为8 hm2和16 hm2 ,种植小麦、玉米、燕麦、粟米和牧

草等作物。田间排水暗管的埋深为1. 0 m ,用初级处理后的城

市污水进行格田漫灌,每隔14天灌一次。该系统的试验效果

见表1。

表1　“非尔脱”系统的污水处理效果

污染物

浓度(mg/ L)

污　水排出水

污水量(kg/ hm2)

污　水排出水减少量( %)

全　磷6. 1 0. 4 46. 7 1. 7 96

全　氮19. 2 15. 0 131. 4 55. 8 58

有机物(以氮计) 6. 3 1. 2 46. 3 4. 9 90

NH4 -N 12. 5 0. 2 82. 4 0. 7 99

BOD5 10. 0 0. 9 80. 1 3. 9 95

SS 71. 0 16. 9 573. 3 88. 8 85

叶绿素a 0. 07 0 0. 01 0 100

油和油脂1. 8 0 15. 9 0 100

　　澳大利亚

CSIRO与我国水利水电科学院和天津市水利科

学研究所合作

,曾在天津市武清县建立试验区

,试验总面积

2

hm2 ,暗管埋深

1.2 m,两种处理的暗管间距为

5m和

10 m,引取

北京市初级处理后的污水和沿程汇集的乡镇生活污水

,灌溉小

麦。试验表明

,97 %～99 %的磷通过土壤及作物的吸收而被除

去

,总氮的去除率达

82 %～86 %,生物耗氧量的去除率为

93 %,

化学耗氧量的去除率为

75 %～86 %。排水暗管的间距小

,则去

污效率高。上述中澳双方试验研究成果

,在澳大利亚农业研究

中心的主持下

,于

2000年

12月在北京通过鉴定。

“非而脱”系统对生活污水的处理效果好

,其运行费用低

,

特别适用于土地资源丰富、可以轮作休耕的地区

,或是以种植

牧草为主的地区。该系统实质上是以土地处理系统为基础

,结

合污水灌溉农作物。人们担心长期使用污水灌溉后污水中的

病原体进入土壤

,污染农作物。但根据大量调查和试验表明

,

土壤

—植物系统可以去除城市污水中的病原体。为慎重起见

,

国内外一致认为

,处理后的城市污水适宜灌溉大田作物

(旱作

和水稻

)。因为大田作物的生长期长

,光照时间长

,病原体难以

生存

;而蔬菜等食用作物

,生长期短

,有的还供人们生食

,则不

宜采用污水灌溉。此外

,这种处理方法受作物生长季节的限

制

,非生长季节作物不灌溉

,污水处理系统就不能工作。暗管

图

1　“非尔脱”污水处理系统示意图



图3　JARUS2Ⅲ型污水处理系统流程

　　日本从1977年实行农村污水处理计划以来,至1996年底

图3　JARUS2Ⅲ型污水处理系统流程

　　日本从1977年实行农村污水处理计划以来,至1996年底

简评国外农村生活污水处理新方法　　曾令芳

排水系统在我国多用于改良盐碱地和农田渍害

,一般造价较

高

,若用于处理生活污水还需修建控制排水量的泵站

,则造价

更高

,推广应用有一定困难。

2　韩国的湿地污水处理系统

韩国的农业用水是最大用水户

,占总用水量的

53 %。韩国

农村的居民分散居住

,认为兴建集中处理的污水系统造价太

高

,小型和简易的污水处理系统适合在农村应用。因此

,研究

了一种湿地污水处理系统

,使污水中的污染物质经湿地过滤后

或被土壤吸收

,或被微生物转变成无害物。这种方法需要的能

源少

,维护的成本低。

韩国国立汉城大学农业工程系对湿地污水处理系统在田

间进行了试验

,见图

2。容器长

8 m,宽

2 m,高

0.9 m,用混凝土

制成。容器内填沙并种植芦苇

,未经处理的生活污水从一端引

入

,又从另一端卵石层中排出。生活污水是从一个学校收集而

来

,其年平均水质指标为

:pH值为

7. 85 ,溶解氧

(DO)为

0. 23

mg/L ,生化需氧量

(BOD)为

124. 35 mg/L ,悬浮固体物

( SS)为

52.36 mg/L,全氮量浓度

(TN)为

121.13 mg/L,全磷量浓度

(TP)

为24.23 mg/L。用经过湿地系统处理后的污水灌溉水稻。

图

2　湿地污水处理系统平面示意图

污水灌溉水稻试验是在用聚氯乙烯板制成的盆内进行。

盆宽

90 cm,长

110 cm,高

70 cm,表面积为

1.0 m2,底部铺一层

10 cm厚的卵石

,上盖过滤布

,然后用水稻土填满。在盆底安装

排水管

,控制渗漏水。盆外为用混凝土做成的大坑

,坑与盆之

间填满土壤

,以便消除温度对作物生长和微气候的影响。试验

设计有四种处理

,分别按污水浓度、施肥和不施肥等

,与常规处

理(用自来水灌溉并施肥

)进行对比。试验对水稻的生长过程

(稻株高度、分蘖数目、叶面积、叶面积指数、总干物质等

)进行

了详细观测和分析。主要结论

:①利用处理过的污水灌溉

,对

水稻的生长和产量无负面影响

;②利用处理过的污水灌溉

,并

加施肥料

,水稻产量达

5 730. 38 kg/ hm2 ,比常规对比田高约

10 %。

韩国试验研究的湿地污水处理系统

,实质上也是一种土地

—植物系统

,至今已广泛用于欧洲、北美、澳大利亚和新西兰

等。湿地上多种植芦苇、香蒲和灯心草等

,对病原体的去除效

果好。但其缺点是需要大量土地

,并要解决土壤和水中的充分

供氧问题及受气温和植物生长季节的影响等。一般来说

,利用

湿地处理后的污水灌溉水稻

,可取得更好的净化效果。

3　日本农村生活污水处理系统

日本在法律上规定

,要求严格保持河流、湖泊和海域的优良

水质。因此

,把污水处理工作放在十分重要的位置

,并有很高的

污水处理能力。日本农村污水处理协会主要负责日本乡镇污水

处理的技术发展工作

,研究了一系列适合于农村城镇中应用的

污水处理设备。设计了

JARUS模式的

15种不同型号污水处理

装置

,主要采用物理、化学与生物措施相结合的处理过程

,取得

了很好效果。这

15种不同型号的处理装置可分为两大类。一

类采用生物膜法

,污水通过塑料制成的滤层

,上面附有微生物。

通过生物膜后可使污水中的生物耗氧量下降到

20 mg/L以下

,悬

浮固体物下降到

50 mg/L以下

,总氮含量在

20 mg/L以下。另一

类是采用浮游生物法

,通过漂浮在污水中的微生物氧化作用

,可

使

BOD下降到

10～20 mg/L ,SS下降到

15～50 mg/ L ,COD下降到

15 mg/L以下

,TN下降到

10～15 mg/L以下

,TP下降到

1～3 mg/ L

以下。图

3为

JARUS -Ⅲ型污水处理系统流程。

已建成约

2 000座小型污水处理厂。日本农村污水处理协会设

计、推广的污水处理装置体积小、成本低、操作运行简单

,十分

适用于农村。一般每

1 000人农村人口可建立一个污水处理

厂

,最大的厂可处理

10 000人左右的污水。处理后的污水水质

稳定

,大多灌溉水稻或果园

,或将其排入灌排渠道

,稀释后再灌

溉农作物。污水中分离出来的污泥经脱水、浓缩和改良后

,运

至农田作肥料。

生物膜是近几十年来得到迅速发展的污水处理方法。众

所周知

,在自然界中存在着大量靠有机物生活的微生物

,它们

具有氧化分解有机物并将其转化为无机物的功能。生物膜法

就是利用微生物的这一功能

,采取人工措施来创造更有利于微

生物生长和繁殖的环境

,使微生物大量繁殖

,以提高对污水中

有机物的氧化降解效率。生物膜主要依靠固着于载体表面的

微生物来生长繁殖

,在载体表面形成一层粘液状的生物膜。这

层生物膜具有生物化学活性

,又进一步吸附、分解污水中呈悬

浮、胶体和溶解状态的污染物

,使污水得以净化。同时

,生物膜

上的微生物也不断生长与繁殖

,生物膜的厚度也随着增加。当

生物膜达到一定厚度时

,氧气不能透入到底层

,这时在靠近载

体表面就形成厌氧膜层

,其附着力减低

,生物膜呈现老化状态

,

最后被水流冲刷而脱落。接着新的生物膜又开始生长形成

,具

有较强的净化能力。生物膜法的设备类型很多

,按生物膜与污

水的接触方式

,有填充式和淹没式两大类。日本农村污水处理

协会采用的是生物接触氧化法

,属于淹没式生物滤池类。生物

滤池是由池体、滤料、布水装置和排水系统四部分组成。滤料

是生物膜的载体

,对净化作用的影响较大。常用的滤料有沙

子、碎石、卵石、炉渣、陶粒和红杉板条等。

(下转第

33页)



刚性衬砌渠道受冻胀时衬砌层受力的试验研究　　余书超　宋　玲　欧阳辉等

验的验证。至于该试件的应力为什么这样小

,分析其原因有

23　余书超

,宋玲

,等

1Study on the Structure Design about Cross Section of

个

:一是试件尺寸小

,边坡衬砌层

(板)和冻结土层之间约束力Rigid Lined in Cold Region.冰川冻土

, 2000 ,22 (增刊

)

的合力就小

,作用在边坡衬砌层

(板)上的反力自然小

;另一个

是该试件为封闭系统

,渠底土层无补给水源

,渠底与渠顶的冻[作者简介

]　余书超

,男

,60岁

,教　授

胀量差值小

,边坡衬砌层

(板)所受的压力当然小。

(收稿日期

:2001 -04 -24)

综上所述

,国外在城市生活污水处理方面有许多先进的技

术和经验

,但也有其不足之处。我国的城市生活污水量大

,它

是一种可利用的巨大潜在水资源。一方面我们应结合中国具

体情况

,创新研究简易和高效的污水处理技术

;另一方面要加

强开展处理后污水的再利用

,用于灌溉农田、草坪、花坛和林

木

,或冲洗车辆、马路、厕所等

,从而大量节约自来水用量

,为建

设节水型农业和节水型社会做贡献。

□

参考文献

1　D. W. Mittelheuser , Xu Zhifang. New Technology for productive and sus2

tainable reuse of wastewater for irrigated cropping. ACIRA Progject Review ,

2000

[作者简介

]　曾令芳

,女

,31岁

,工程师

(收稿日期

:2001 -06 -19)

试件

1:渠床土按含水量分布下大上小分

3层填筑

, W下

=

34 %,W中

= 24 %,W上

= 17 %,衬砌层与土层间抹泥浆接触。

试件

2 :渠床土按含水量分布下小上大分

3层填筑

,W下

=

6 %,W中

= 17 %,W上

= 23 %,衬砌层

(板)与土层间抹泥浆接触。

试件

3 :渠床土含水量为上下均匀一致

(W = 10 %) ,衬砌层

与土层间抹泥浆接触。

第二类

,对渠土进行换填

,只作

1个试件。

试件

4:先把渠床土的含水量分布做成与试件

1完成相同

,

然后把渠底粉质粘土挖去

,换填成含水饱和的砂砾土

,面层衬

砌同试件

1。

2　试验结果和讨论

2. 1　试验结果

对各试件边坡衬砌层所受力的电测结果见表

1。

表

1　试件电测结果

试件号

冷冻室温度

冻结时间

边坡衬砌层

(板)

( ℃)(h)应力

(MPa)

1 -10 72 -0.509

2 -10 72 0.125

3 -10 72 -0.017

4 -10 72 -0.365

　　注

:表中负值为压应力

,正值为拉应力。

2. 2　讨　论

(1)试件

1。渠床土含水量分布下大上小

,与工程实际情况

相一致

,测得的应力为

-0. 509 MPa ,表明其边坡衬砌层

(板)受

压

,这与参考文献

[1]的理论研究结论相吻合

,使理论得到了试

(上接第

31页)　日本石井勋教授发明的“石井法”

,是利用

用过的乳酸饮料瓶作曝气池填料。滤料表面积越大

,生物膜数

量越多

,但滤料之间的空隙太小

,影响通风和水流。因此

,理想

的滤料是表面积和空隙率都比较大。近些年来对滤料的研究

有很大发展

,如利用各种塑料和化学纤维制成的纤维球和蜂窝

式滤料等

,使每立方米滤料的表面积大大增加

,空隙率提高到

93 %～95 %。如日本尤尼奇卡公司用聚酯纤维制成的纤维球

滤料的密度为

1.38 g/cm3,充填密度为

50 kg/m3,空隙率达

96 %,比表面积达

3 000 m2/ m3 ;滤速高

,水头损失小

,经反冲洗

后

,滤料可以反复使用。国外对生物膜的理论研究和实际应用

已有几十年历史。生物膜法所需要的设备简单

,能源消耗低

,

成本和维护费用低

,而处理污水的效率高

,它是今后发展的一

个方向。

(2)试件

2。渠床土含水量分布与试件

1相反

,是下小上

大。这种情况在实际工程中并不存在

,是专为本试验研究而设

置的

,电测结果表明

,该边坡衬砌层

(板)所受的力与试件

1也

正好相反

,是拉力。

(3)试件

3。渠床土含水量分布为上下均匀一致

,从理论上

讲

,这种情况边坡衬砌层

(板)不受力

,但试验结果表明

,其边坡

衬砌层

(板)受压

,但其应力值很小

,只有试件

1的

3.3 %,可以

忽略不计

,试验结果与理论仍然一致。

(4)试件

4。设置此试件的目的是想了解用不冻胀或冻胀

性很弱的土对渠底部分的强冻胀性土进行换填

,来缩小渠底与

渠顶土之间的冻胀量差值

,以减小边坡衬砌层

(板)的受力。本

试件的试验结果与试件

1进行比较

,压应力降低了

29. 1 %,效

果显著。

3　结　论

(1)刚性衬砌渠道受冻胀时

,边坡衬砌层

(板)的受力与渠

床土含水量沿渠道横断面高度的分布直接相关

:当含水量的分

布下大上小时

,边坡衬砌层

(板)受压力

;当含水量的分布为下

小上大时

,边坡衬砌层

(板)受拉力

;当含水量的分布为上下均

匀一致时

(2)采用不冻胀土(砂砾土)对渠底的冻胀土进行换填,可

有效地削减边坡衬砌层(板)所受的冻胀力。

,边坡衬砌层

(板)基本不受力。