第7卷第3期中國水利水電科學研究院學報Vol. 7 No 32009年9月Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research September, 2009文章編號:1672-3031(2009)03-021105污水灌溉與污水土地處理系統(tǒng)在公廁污水處理中的應用程先軍',許迪,楊繼富',陸軼峰2(1.國家節(jié)水灌溉工程技術研究中心(北京),中國水利水電科學研究院水利研究所,北京10004;2.昆明市環(huán)境科學研究院,昆明650032)摘要:位于昆明市下游的滇池,因受市區(qū)排放的生活污水、工業(yè)廢水以及當?shù)匚鬯挠绊?水污染問題十分突出,急需治理。污水灌溉與污水處理相結合的土地系統(tǒng)是一種可供選擇的技術揹施。本文闡述了將該系統(tǒng)用于公水處理的工程構造型式與運行管理方式,建立了示范應用工程,開展了污染物去除效果研究和效益分析。結果表明,采用污水灌溉與污水土地處理系統(tǒng)處理公廁污水,處理后回用于廁所沖洗,可獲得良好的污水處理效果,并可節(jié)約寶貴的淡水資源。該技術在實際應用中具有經濟可行性關鍵詞:污水灌溉;污水土地處理;排水;污染物;水質中圖分類號:S273.5文獻標識碼:A研究背景水資源短缺和水環(huán)境惡化已成為制約我國經濟社會發(fā)展的主要因素之一。通過污水灌溉與污水土地處理系統(tǒng)處理(處置)和開發(fā)利用城鎮(zhèn)生活污水資源,既可在一定程度上緩解灌溉用水緊張的局面,又可借助土壤的吸附、凈化作用以及作物吸收利用能力,達到去除污染物、節(jié)肥增效、減輕水環(huán)境污染的目的-2。傳統(tǒng)的污水灌溉(污水土地處理系統(tǒng))已在我國部分地區(qū)得到應用,但水力負荷小、占地面積大、在低溫季節(jié)無法正常運行等問題制約了該系統(tǒng)的廣泛應用3·。在傳統(tǒng)的污水灌溉(污水土地處理系統(tǒng))中,通過設置必要的排水工程措施,可提高系統(tǒng)的水力負荷改善污染物去除效果。田間應用試驗研究結果表明,改進的污水灌溉與污水土地處理系統(tǒng)的水力負荷可增大2~3倍,在明顯提高去除效果的同時,還適當增加或維持原有的作物產量云南省昆明市氣候宜人,是我國著名的旅游度假勝地。近年來,位于該市下游的滇池受市區(qū)排放的大量生活污水、工業(yè)廢水以及當?shù)匚鬯挠绊?水華現(xiàn)象季節(jié)性大爆發(fā),尤其是夏秋兩季受藍藻堆積影響湖面呈綠色膏狀,空氣中臭味彌漫,水污染問題十分突出。因此,急需對滇池水污染進行治理。其中,污水灌溉與污水土地處理系統(tǒng)是一種可供選擇的技術措施。本文在對污水灌溉與污水土地處理系統(tǒng)用于公廁污水處理的工程構造型式與運行管理方式進行闡述基礎上,重點介紹應用該工程獲得的污染物去除效果以及投資與效益分析。2工程概況用于公廁污水處理的污水灌溉與污水土地處理系統(tǒng)示范應用工程,建在滇池國家級旅游度假區(qū)海埂公園內距滇池直線距離不到百米的公共廁所旁(圖1)。海埂公園緊臨滇池北岸,氣候溫暖,有利于污水灌溉與污水土地處理系統(tǒng)的常年運行。目前該園的年接待旅游人數(shù)約35萬,日均960人,高峰期內日近萬人,眾多游人帶來的糞便污染問題嚴重收稿日期:200803-31基金項目:“十五”國家重大科技專項(863計劃)課題(2002AA2Z4061)作者簡介:程先軍(1964-),男,山東人,教授級高級工程師。主要從事農業(yè)灌溉與農村供水水質問題研究。E-mail:cheng-xj@iwhr.com211污水灌溉與污水土地處理系統(tǒng)在公廁污水處理中的應用程先軍許迪楊繼富陸軼峰公廁占地面積85m2,配套建有化糞池,設計日污水排放量30m3/d污水灌溉與污水土地處理系統(tǒng)設計水力負荷為50mm/d。糞便污水經處理后的水質排放標準應滿足《生活雜用水水質標準》和《污水綜合排放標準》(表1)。處理后的污水主要回用于沖洗廁所,不足部分由公園供水系統(tǒng)補充表1糞便污水處理后應達到的水質排放標準指標排放標準6.5-9.0COD_/(mg/L)TP/(mg/L)≤0.5sS/(mg/L)圖1公廁糞便污水處理示范應用工程3工程構造型式與運行管理方式3.1結構型式與處理工藝流程圖2給出污水灌溉與污水土地處理系統(tǒng)示范應用工程的處理工藝流程,整個工程由布水系統(tǒng)、土壤系統(tǒng)和集水系統(tǒng)構成,其橫斷面結構型式如圖3所示。其中的布水系統(tǒng)由布水渠和與其相連的布水管組成,經化糞池初步處理后的糞尿污水經調節(jié)池由污水泵提入到布水渠前端的布水井內;進入土壤系統(tǒng)的污水受到土壤吸附、微生物分解、植物吸收等凈化處理作用后,匯入集水系統(tǒng);集水系統(tǒng)由集水管、集水渠和集水井組成,將經過處理后的污水匯集到回用池,再經消毒后,用于沖洗廁所或綠地灌溉。為了提高污水灌溉土地處理復合系統(tǒng)的污水處理能力,將布水管周圍的土壤置換為按照紅壤土60%、爐渣30%、草酶土10%的比例專門配制的土壤,以便加大土壤透水率。在配制的土壤上回填原土后,種植生長期短、耐水、耐肥、不怕踐踏的牧用型黑麥草。與此同時,在土壤系統(tǒng)底部鋪設有土工膜防滲材料,以便有效地收集經污水處理后的水量,并防止污水下滲進入地下水。廁劂所→化糞池→調節(jié)池→布水系統(tǒng)→上壤系統(tǒng)回用沖廁或綠地灌溉-消毒池-[回用水池·[集水系統(tǒng)!圖2公廁糞便污水處理示范應用工程的處理工藝流程統(tǒng)示范應用工程運行過程中,需對積淀在化糞池和調枯社情32運行管理方式在污水灌溉與污水土地處理系節(jié)池內的污泥每半年清理一次,將清理出的污泥作為肥料施入土壤系統(tǒng)中。此外,還需對種植的黑麥草根狀配制土壤據(jù)其生長狀況適時進行修剪,剪下的草葉可作為飼料投喂給旁邊池塘里放養(yǎng)的魚群。由于在該系統(tǒng)的運礫石昃集水層行管理過程中對排出的廢物進行了循環(huán)利用并注30-390700意到對生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)的保護與利用,從而使污水處理與周邊景觀環(huán)境保護達到有機的統(tǒng)一,做到彼此間的圖3公廁糞便污水處理示范應用工程的橫斷面結構型式相互和諧。4污染物去除效果在2003年4月至2003年10月示范應用工程運行期間,每隔10d分別對污水處理系統(tǒng)進水口處的212污水灌溉與污水土地處理系統(tǒng)在公廁污水處理中的應用程先軍許迪楊繼富陸軼峰灌溉污水和出水口處的排水進行水質監(jiān)測,取樣化驗的水質指標包括:化學需氧量COD、總氮TN氨態(tài)氮NHN、總磷TP和懸浮物Ss。采用重鉻酸鹽法、堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法、納氏試劑比色法、鉬酸銨分光光度法和重量法分別測定COD、 TN, NH-N、TP和SS。用于公廁污水處理的污水灌溉與污水土地處理系統(tǒng)示范應用工程從2003年4月開始投人運行,其日排水量視游客人數(shù)在10~30m3之間波動,對工程應用效果進行監(jiān)測的結果表明,污染物去污效果良好(表2)。表2污水處理系統(tǒng)進、出水口處水質狀況及污染物去除率進水口/(mgL)出水口(mg/L)去除率/%指標最高最低最低平均984.0287.0530.049.789.0441.040.544396.972.713.98.21.3212.04.08.075.441化學需氧量COD圖4給出污水處理系統(tǒng)進00一灌溉污水水口處的COD及其去除率變化情況。由于周末游6一排水客人數(shù)激增,而平時人數(shù)相對較少,故進水口處的CoD濃度在237-984mg/L之間波動,平均為8530mg/L。當污水處理系統(tǒng)工作運行穩(wěn)定后,出水9口處的平均COD濃度為497m/L,去除率基本保三日期(M-D)持在90%左右,達到水質排放標準。4.2總氮TN和氨態(tài)氮NHN污水處理系統(tǒng)進圖4運行期間灌溉污水和排水中COD的變化過程水口處的總氮、氨態(tài)氮及其去除率的變化情況如圖5和圖6所示。由于氨態(tài)氮是糞尿污水氮素的主要成分,故進水口處的TN和NHN濃度具有相同的變化趨勢,前者的濃度范圍在455~441.0mg/L,平均為1732mg/L,后者的濃度范圍在38.7-4048mg/L,平均為136.1mg/L,且兩者的濃度峰值均出現(xiàn)在8月14日,在節(jié)假日期間的氮素濃度均處于較高水平。污水處理系統(tǒng)出水口處的TN平均濃度為49.7mg/L,與進水口處相比,降低近3.5倍,去除率在40.5%-90.2%的范圍之間波動,而NHN的平均濃度為16.4mg/L,去除率基本保持在87.0%,達到水質排放標準。雖然處理后的水體中TN濃度仍稍高,但其全部回用沖洗廁所或灌溉綠地,沒有直接排放到自然水體中一灌溉污水一溉污水一排水一排水互盒▲血日期M-D日期M-D)圖5運行期間灌溉污水和排水中總氮的變化過程圖6運行期間灌溉污水和排水中氮態(tài)氮的變化過程4,3總磷如圖7所示,污水處理系統(tǒng)進水口處的TP濃度在272-13.10mg/L之間變化,平均濃度為8.10mg/L。當污水處理系統(tǒng)工作運行穩(wěn)定后,出水口處的TP平均濃度為0.39mg/L,去除率基本保持在95%,滿足水質排放標準。4.4懸浮物Ss污水處理系統(tǒng)進水口和出水口的懸浮物變化情況如圖8所示。經化糞池和調節(jié)池的預處理,排水中的懸浮物濃度大為降低。進水口處的Ss濃度變化范圍在51~212mg/L之間,平均濃度213污水灌溉與污水土地處理系統(tǒng)在公廁污水處理中的應用程先軍許迪楊繼富陸軼峰95mg/L,污水處理系統(tǒng)運行穩(wěn)定后的出水口Ss平均濃度為8mg/L,去除率保持在90%左右,滿足水質排放標準。一灌派污水一灌派污水排水▲加日期/MD)日期/M-D)圖7運行期間灌溉污水和排水中磷濃度的變化過程圖8運行期間灌溉污水和排水中懸浮物的變化過程5工程投資與效益分析5.1投資與運行費用污水灌溉與污水土地處理系統(tǒng)是在現(xiàn)有公共廁所基礎上建立的,故該系統(tǒng)的建設費用主要包括土建費和設備及材料費(表3)。系統(tǒng)建成后的運行費用主要是電費。工程的總裝機容量為1kW,若每日開機3h,則電耗為33kWh/d,按電費04元/(kW·h)計算,電費為1.32元/d。在該系統(tǒng)運行期間,無需專職人員管理,日常工作主要為定期剪草和看護,可納人公園綠化管理之中。表3公廁糞便污水處理示范應用工程的投資概算資規(guī)格、型號數(shù)量造價/萬元備注土方工程300m3含分土建費渠和集水井70m+0.8m3磚砌結構隔墻及擋土墻磚砌體和石砌體回用水池3.00mx2.00mx3.15m12m3鋼混結構布水管厚3mm240mPVC管,開孔收集管管,開孔設備及材料費防滲材料土工布720m3含現(xiàn)場安裝膠接土壤換配填料150m3.58礫石、沙、爐渣QX3-30-1.1型0.321用1備合計52效益產出污水灌溉與污水土地處理系統(tǒng)產出的效益包括節(jié)水效益、節(jié)肥效益和節(jié)約污水處理費用的效益。其中節(jié)水效益若按日處理污水30m3考慮,扣除騰發(fā)損失水量,至少有1/3的水量可以回收,以水費1元/m3計算,年節(jié)約水費3650元;節(jié)肥效益表現(xiàn)在節(jié)省購買化肥的費用上,每年可節(jié)省購買費用約40元;以經污水處理廠處理后達到相同的水質標準為基準,可節(jié)約污水處理費用08元/m3,每年節(jié)省費用8760元。5.3投入產出分析采用動態(tài)法計算用于公廁污水處理的污水灌溉與污水土地處理系統(tǒng)投入產出狀況。若該系統(tǒng)的使用壽命為15年,年折舊率為5%,則該工程的益本比為3.0,污水灌溉土地處理復合系統(tǒng)的應用具有經濟可行性。6結語在云南昆明市滇池開展的污水灌溉與污水土地處理系統(tǒng)在公廁污水處理中的應用研究結果表明,將污水灌溉與污水土地處理系統(tǒng)與公廁污水處理后回用沖洗廁所或綠地灌溉相結合,不僅可獲得良好的污水處理效果,還節(jié)約了寶貴的淡水資源,有利于水資源的高效利用和景觀環(huán)境的保護。污水灌溉與污水土地處理系統(tǒng)在公廁污水處理中的應用,在經濟上是合理的,具有實際應用可行性。污水灌溉與污水土地處理系統(tǒng)在公廁污水處理中的應用程先軍許迪楊繼富陸軼峰參考文獻:[1] 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A wastewater land treatmentsystem combined with landscape irrigation was applied to the treatment of wastewater from toilets in a parknear the Dianchi Lake. A pilot project of the system was constructed and a mode of management and op-eration was established. The treated wastewater could be re-used for flushing toilets. The rates of pollutants removal were observed and the cost-benefit ratio was analyzed. The results show that the application ofwastewater land treatment system combined with landscape irrigation in toilet wastewater treatment is feasible, in view of pollutants removal and economic utilization of water resourcesKey words: wastewater irrigation; wastewater land treatment; drainage; pollutants(責任編輯:李琳)215