污水灌溉与污水土地处理系统在公厕污水处理中的应用

第7卷第3期中国水利水电科学研究院学报Vol. 7 No 32009年9月Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research September, 2009文章编号:1672-3031(2009)03-021105污水灌溉与污水土地处理系统在公厕污水处理中的应用程先军',许迪,杨继富',陆轶峰2(1.国家节水灌溉工程技术研究中心(北京),中国水利水电科学研究院水利研究所,北京10004;2.昆明市环境科学研究院,昆明650032)摘要:位于昆明市下游的滇池,因受市区排放的生活污水、工业废水以及当地污水的影响,水污染问题十分突出,急需治理。污水灌溉与污水处理相结合的土地系统是一种可供选择的技术揹施。本文阐述了将该系统用于公水处理的工程构造型式与运行管理方式,建立了示范应用工程,开展了污染物去除效果研究和效益分析。结果表明,采用污水灌溉与污水土地处理系统处理公厕污水,处理后回用于厕所冲洗,可获得良好的污水处理效果,并可节约宝贵的淡水资源。该技术在实际应用中具有经济可行性关键词:污水灌溉;污水土地处理;排水;污染物;水质中图分类号:S273.5文献标识码:A研究背景水资源短缺和水环境恶化已成为制约我国经济社会发展的主要因素之一。通过污水灌溉与污水土地处理系统处理(处置)和开发利用城镇生活污水资源,既可在一定程度上缓解灌溉用水紧张的局面,又可借助土壤的吸附、净化作用以及作物吸收利用能力,达到去除污染物、节肥增效、减轻水环境污染的目的-2。传统的污水灌溉(污水土地处理系统)已在我国部分地区得到应用,但水力负荷小、占地面积大、在低温季节无法正常运行等问题制约了该系统的广泛应用3·。在传统的污水灌溉(污水土地处理系统)中,通过设置必要的排水工程措施,可提高系统的水力负荷改善污染物去除效果。田间应用试验研究结果表明,改进的污水灌溉与污水土地处理系统的水力负荷可增大2~3倍,在明显提高去除效果的同时,还适当增加或维持原有的作物产量云南省昆明市气候宜人,是我国著名的旅游度假胜地。近年来,位于该市下游的滇池受市区排放的大量生活污水、工业废水以及当地污水的影响,水华现象季节性大爆发,尤其是夏秋两季受蓝藻堆积影响湖面呈绿色膏状,空气中臭味弥漫,水污染问题十分突出。因此,急需对滇池水污染进行治理。其中,污水灌溉与污水土地处理系统是一种可供选择的技术措施。本文在对污水灌溉与污水土地处理系统用于公厕污水处理的工程构造型式与运行管理方式进行阐述基础上,重点介绍应用该工程获得的污染物去除效果以及投资与效益分析。2工程概况用于公厕污水处理的污水灌溉与污水土地处理系统示范应用工程,建在滇池国家级旅游度假区海埂公园内距滇池直线距离不到百米的公共厕所旁(图1)。海埂公园紧临滇池北岸,气候温暖,有利于污水灌溉与污水土地处理系统的常年运行。目前该园的年接待旅游人数约35万,日均960人,高峰期内日近万人,众多游人带来的粪便污染问题严重收稿日期:200803-31基金项目:“十五”国家重大科技专项(863计划)课题(2002AA2Z4061)作者简介:程先军(1964-),男,山东人,教授级高级工程师。主要从事农业灌溉与农村供水水质问题研究。E-mail:cheng-xj@iwhr.com211污水灌溉与污水土地处理系统在公厕污水处理中的应用程先军许迪杨继富陆轶峰公厕占地面积85m2,配套建有化粪池,设计日污水排放量30m3/d污水灌溉与污水土地处理系统设计水力负荷为50mm/d。粪便污水经处理后的水质排放标准应满足《生活杂用水水质标准》和《污水综合排放标准》(表1)。处理后的污水主要回用于冲洗厕所,不足部分由公园供水系统补充表1粪便污水处理后应达到的水质排放标准指标排放标准6.5-9.0COD_/(mg/L)TP/(mg/L)≤0.5sS/(mg/L)图1公厕粪便污水处理示范应用工程3工程构造型式与运行管理方式3.1结构型式与处理工艺流程图2给出污水灌溉与污水土地处理系统示范应用工程的处理工艺流程,整个工程由布水系统、土壤系统和集水系统构成,其横断面结构型式如图3所示。其中的布水系统由布水渠和与其相连的布水管组成,经化粪池初步处理后的粪尿污水经调节池由污水泵提入到布水渠前端的布水井内;进入土壤系统的污水受到土壤吸附、微生物分解、植物吸收等净化处理作用后,汇入集水系统;集水系统由集水管、集水渠和集水井组成,将经过处理后的污水汇集到回用池,再经消毒后,用于冲洗厕所或绿地灌溉。为了提高污水灌溉土地处理复合系统的污水处理能力,将布水管周围的土壤置换为按照红壤土60%、炉渣30%、草酶土10%的比例专门配制的土壤,以便加大土壤透水率。在配制的土壤上回填原土后,种植生长期短、耐水、耐肥、不怕践踏的牧用型黑麦草。与此同时,在土壤系统底部铺设有土工膜防渗材料,以便有效地收集经污水处理后的水量,并防止污水下渗进入地下水。厕劂所→化粪池→调节池→布水系统→上壤系统回用冲厕或绿地灌溉-消毒池-[回用水池·[集水系统!图2公厕粪便污水处理示范应用工程的处理工艺流程统示范应用工程运行过程中,需对积淀在化粪池和调枯社情32运行管理方式在污水灌溉与污水土地处理系节池内的污泥每半年清理一次,将清理出的污泥作为肥料施入土壤系统中。此外,还需对种植的黑麦草根状配制土壤据其生长状况适时进行修剪,剪下的草叶可作为饲料投喂给旁边池塘里放养的鱼群。由于在该系统的运砾石昃集水层行管理过程中对排出的废物进行了循环利用并注30-390700意到对生态循环系统的保护与利用,从而使污水处理与周边景观环境保护达到有机的统一,做到彼此间的图3公厕粪便污水处理示范应用工程的横断面结构型式相互和谐。4污染物去除效果在2003年4月至2003年10月示范应用工程运行期间,每隔10d分别对污水处理系统进水口处的212污水灌溉与污水土地处理系统在公厕污水处理中的应用程先军许迪杨继富陆轶峰灌溉污水和出水口处的排水进行水质监测,取样化验的水质指标包括:化学需氧量COD、总氮TN氨态氮NHN、总磷TP和悬浮物Ss。采用重铬酸盐法、碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法、纳氏试剂比色法、钼酸铵分光光度法和重量法分别测定COD、 TN, NH-N、TP和SS。用于公厕污水处理的污水灌溉与污水土地处理系统示范应用工程从2003年4月开始投人运行,其日排水量视游客人数在10~30m3之间波动,对工程应用效果进行监测的结果表明,污染物去污效果良好(表2)。表2污水处理系统进、出水口处水质状况及污染物去除率进水口/(mgL)出水口(mg/L)去除率/%指标最高最低最低平均984.0287.0530.049.789.0441.040.544396.972.713.98.21.3212.04.08.075.441化学需氧量COD图4给出污水处理系统进00一灌溉污水水口处的COD及其去除率变化情况。由于周末游6一排水客人数激增,而平时人数相对较少,故进水口处的CoD浓度在237-984mg/L之间波动,平均为8530mg/L。当污水处理系统工作运行稳定后,出水9口处的平均COD浓度为497m/L,去除率基本保三日期(M-D)持在90%左右,达到水质排放标准。4.2总氮TN和氨态氮NHN污水处理系统进图4运行期间灌溉污水和排水中COD的变化过程水口处的总氮、氨态氮及其去除率的变化情况如图5和图6所示。由于氨态氮是粪尿污水氮素的主要成分,故进水口处的TN和NHN浓度具有相同的变化趋势,前者的浓度范围在455~441.0mg/L,平均为1732mg/L,后者的浓度范围在38.7-4048mg/L,平均为136.1mg/L,且两者的浓度峰值均出现在8月14日,在节假日期间的氮素浓度均处于较高水平。污水处理系统出水口处的TN平均浓度为49.7mg/L,与进水口处相比,降低近3.5倍,去除率在40.5%-90.2%的范围之间波动,而NHN的平均浓度为16.4mg/L,去除率基本保持在87.0%,达到水质排放标准。虽然处理后的水体中TN浓度仍稍高,但其全部回用冲洗厕所或灌溉绿地,没有直接排放到自然水体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)图5运行期间灌溉污水和排水中总氮的变化过程图6运行期间灌溉污水和排水中氮态氮的变化过程4,3总磷如图7所示,污水处理系统进水口处的TP浓度在272-13.10mg/L之间变化,平均浓度为8.10mg/L。当污水处理系统工作运行稳定后,出水口处的TP平均浓度为0.39mg/L,去除率基本保持在95%,满足水质排放标准。4.4悬浮物Ss污水处理系统进水口和出水口的悬浮物变化情况如图8所示。经化粪池和调节池的预处理,排水中的悬浮物浓度大为降低。进水口处的Ss浓度变化范围在51~212mg/L之间,平均浓度213污水灌溉与污水土地处理系统在公厕污水处理中的应用程先军许迪杨继富陆轶峰95mg/L,污水处理系统运行稳定后的出水口Ss平均浓度为8mg/L,去除率保持在90%左右,满足水质排放标准。一灌派污水一灌派污水排水▲加日期/MD)日期/M-D)图7运行期间灌溉污水和排水中磷浓度的变化过程图8运行期间灌溉污水和排水中悬浮物的变化过程5工程投资与效益分析5.1投资与运行费用污水灌溉与污水土地处理系统是在现有公共厕所基础上建立的,故该系统的建设费用主要包括土建费和设备及材料费(表3)。系统建成后的运行费用主要是电费。工程的总装机容量为1kW,若每日开机3h,则电耗为33kWh/d,按电费04元/(kW·h)计算,电费为1.32元/d。在该系统运行期间,无需专职人员管理,日常工作主要为定期剪草和看护,可纳人公园绿化管理之中。表3公厕粪便污水处理示范应用工程的投资概算资规格、型号数量造价/万元备注土方工程300m3含分土建费渠和集水井70m+0.8m3砖砌结构隔墙及挡土墙砖砌体和石砌体回用水池3.00mx2.00mx3.15m12m3钢混结构布水管厚3mm240mPVC管,开孔收集管管,开孔设备及材料费防渗材料土工布720m3含现场安装胶接土壤换配填料150m3.58砾石、沙、炉渣QX3-30-1.1型0.321用1备合计52效益产出污水灌溉与污水土地处理系统产出的效益包括节水效益、节肥效益和节约污水处理费用的效益。其中节水效益若按日处理污水30m3考虑,扣除腾发损失水量,至少有1/3的水量可以回收,以水费1元/m3计算,年节约水费3650元;节肥效益表现在节省购买化肥的费用上,每年可节省购买费用约40元;以经污水处理厂处理后达到相同的水质标准为基准,可节约污水处理费用08元/m3,每年节省费用8760元。5.3投入产出分析采用动态法计算用于公厕污水处理的污水灌溉与污水土地处理系统投入产出状况。若该系统的使用寿命为15年,年折旧率为5%,则该工程的益本比为3.0,污水灌溉土地处理复合系统的应用具有经济可行性。6结语在云南昆明市滇池开展的污水灌溉与污水土地处理系统在公厕污水处理中的应用研究结果表明,将污水灌溉与污水土地处理系统与公厕污水处理后回用冲洗厕所或绿地灌溉相结合,不仅可获得良好的污水处理效果,还节约了宝贵的淡水资源,有利于水资源的高效利用和景观环境的保护。污水灌溉与污水土地处理系统在公厕污水处理中的应用,在经济上是合理的,具有实际应用可行性。污水灌溉与污水土地处理系统在公厕污水处理中的应用程先军许迪杨继富陆轶峰参考文献:[1] Al-Salem Saqer S Environmental considerations for wastewater reuse in agriculture[ J]. Water Science and Technology1996,33(10-11):345-353[2]高拯民,李宪法,等城市污水土地处理利用设计手册[M].北京:中国标准出版社,1991[3]Bontoux J, Courtois G. Wastewater reuse for irrigation in France[J]. Water Science and Technology, 1996, 33(10-11):[4]孙铁珩,李宪法城市污水自然生态处理与资源化利用技术[M]北京:化学工业出版社,2006[5]程先军,高占义, Jayawardane N s.与作物灌溉相结合的高效、持续性污水处理与再利用技术[]中国农村水利水电,2000(10):21-23[6]cJ25.1-89,生活杂用水水质标准[S]7]GB8978-1996,国家污水综合排放标准[S]Application of a wastewater land treatment system combinewith wastewater irrigationCHENG Xian-jun, XU Di, YANG Ji-fu, LU Yi-feng(1. Department of irrigation and Drainage, IWHR, Beijing 100048,China2. Institute of Environment Science Research, Kunming 650032,ChinaAbstract: Due to domestic wastewater and industrial wastewater efflux from Kunming City and local contaminant water, the Dianchi Lake has been badly polluted. From all kinds of technical measures dealingwith pollution, the wastewater land treatment method is one of the choices. 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(责任编辑:李琳)215