农业高新技术产业示范区污水生态处理工程可行性研究报告

山东省级*农业高新技术产业示范区污水生态处理工程项目可行性研究报告*环境科学研究院*环境工程设计研究中心莱城区环境科学研究所二O一O年十二月山东省级*农业高新技术产业示范区污水生态处理工程项目可行性研究报告院 长： 总 工： 项目负责人： *环境科学研究院*环境工程设计研究中心莱城区环境科学研究所二O一O年十二月目 录第一章 总 论11.1 项目概况11.2 项目背景11.3 编制依据与标准31.4 编制原则、范围及目的51.5 示范区所在地（杨庄镇）概况7第二章 项目建设必要性92.1项目所在地（杨庄镇）环境现状92.2项目建设的必要性10第三章 污水量预测和建设规模133.1 规划年限与服务范围133.2 污水量预测与规模的确定143.3 污水水质预测18第四章污水生态处理系统厂址选择204.1 厂址选择原则204.2 厂址确定20第五章 污水、污泥处理方案论证235.1污水中污染物的去除机理235.2工艺选择与确定255.3方案确定385.4 项目建设的可行性38第六章 构筑物选型方案416.1工艺流程框图416.2构筑物选型方案426.3 植物工程46第七章 推荐方案工程设计517.1 工程规模及设计内容517.2 总体布局51第八章 方案实施548.1本工程施工重点难点分析与对策548.2施工方案与技术措施568.3文明施工及环境措施658.4 环保措施678.5 施工工期69第九章 节约能源709.1 设计依据709.2 节能节水措施70第十章组织机构与劳动定员7310.1 组织机构7310.2 工作制度7310.3 劳动定员73第十一章劳动安全、职业健康及消防7411.1 劳动安全保护、职业健康7411.2 消防及安全75第十二章 投资估算与资金筹措7712.1 投资估算77第十三章 效益评价7913.1生态效益7913.2社会效益7913.3经济效益8077第一章 总 论1.1 项目概况项目名称：山东省级*农业高新技术产业示范区（杨庄）污水生态处理工程主管单位：*市莱城区环保局建设地点：*农业高新技术产业示范区建设规模：1.5万m3/d。建设期限：1年工程总投资：本项目总投资为5600万元。资金来源：一是拟申请国家专项资金；二是由地方财政配套1.2 项目背景山东*姜蒜产业区地处*西部平原，辖杨庄镇、寨里镇、羊里镇、大王庄镇，总面积366平方公里，是一产业特色鲜明的经济板块。*农业高新技术产业示范区规划确定以杨庄初具规模的农产品加工园区为基础，建设10平方公里精深加工区，重点引进规模大、科技含量高、外向度高的精深加工项目，提升加工区的档次和水平。总体规划确定的主要建设用地包括：2.5万人的生活区、10平方公里的精深加工区和5平方公里的的加工项目储备区。在*农业高新技术产业示范区杨庄精深加工区总体规划建设用地范围为：北至财源路、西至谭庄路、南至镇海路、东至汶汇路，总用地8.59平方公里。杨庄镇目前具有较好的生态资源环境。但是伴随小城镇大发展的往往是重污染、坏环境。未来，杨庄镇应当突出可持续发展战略，体现城镇的生态特色，步入城镇社会、经济和环境协调发展的新领域，不再走先污染后治理的老路子。主要的解决措施为加快污水集中处理系统建设，完善镇区污水处理系统；加强工业废水的污染控制和管理；大力开展废水资源化。水污染主要以工业废水与生活污水为主，应对其进行总量控制，工业企业废水处理率规划达100%，流域内所有企业排放的污水达到国家规定的排放标准。清除季节河流域的垃圾、柴草、牲畜粪便及其它废弃物，疏浚河道，整改河床及护坡，保证水体清洁，环境优美*农业高新技术产业示范区正在建设之中，建成后，示范区内所有的污水通过污水处理收集进入小区污水处理设施，处理之后的水质达到城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918-2002）中一级A标准，处理后的中水进入蓄水池，可通过中水管网用于景观、灌溉、绿化、洗车、水冲式公厕，或者直接排入赢汶河。为改善示范区环境质量状况，控制示范区水污染，提高示范区的核心竞争力，创造良好的投资环境，建设*农业高新技术产业示范区污水生态处理工程已迫在眉睫。依据示范区总体规划，以及有关部门领导、专家论证，工业示范区人工湿地水质净化工程总规模为：工业废水和生活污水共1.5万m3/d。鉴于上述情况，2010年12月受*市莱城区环保局委托，本公司承担*农业高新技术产业示范区污水生态处理工程项目可行性研究报告编制。1.3 编制依据与标准一、编制依据*农业高新技术产业示范区污水生态处理工程项目可行性研究报告编制委托书*市新城区总体规划莱城区环保局、杨庄镇政府提供的有关基础资料采用的规范及标准二、编制标准污水综合排放标准（GB8978-1996）地面水环境质量标准（GB3838-2002）污水排入城市下水道质标准（GJ3082-1999）生活饮用水卫生标准（BG5749-2006）城市污水处理厂污水污泥排放标准（CJ3025-93）泵站设计规范（GB/T50265-97）城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）污水处理厂工艺设计手册室外排水设计规范（GBJ13-2005）建筑结构设计统一标准（GBJ68-84）建设结构荷载设计规范（GB50009-2001）建筑设计防火规范（GBJ50016-2006）给水排水工程构筑物设计规范（GB50069-2002）建筑电气设计技术规范（GBJ69-84）建筑给水排水设计规范（GBJ50015-2003）混凝土结构设计规范（GB50010-2002）建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）建筑抗震设计规范（GB50011-2001）通用用电设备配电设计规范（GB50055-93）民用建筑电气设计规范（GB50057-94）给水排水工程混凝土构筑物变形缝设计规程（CECS117-2000）房屋建筑制图统一标准（GB/T50001-2001）岩土工程勘察规范（GB50021-2001）砌体结构设计规范（GB50003-2001）构筑物抗震设计规范（GB50191-93）采暖通风及空气调节设计规范（GBJ50019-2003）水工混凝土结构设计规范（DL/T5057-1996）地下工程防水技术规范（GB50108-2001）供配电系统设计规范（BG50052-95）低压配电装置及线路设计规范（GB50054-95）电力装置的继电保护和自动装置设计规范（GB50062-92）建筑防雷设计规范（GB50057-94）1.4 编制原则、范围及目的一、编制原则根据我国有关环境保护法规及对工程项目建设的有关要求，本工程可行性研究报告的编制将遵循以下原则：认真彻国家关于环境保护工作的方针和政策，符合国家的有关法律、规范、标准。在总体规划的指导下，采用统一规划，使工程设计与城市发展相协调，既保护环境，又最大限度的发挥工程效益。采用适合本地区条件的技术，选用高效节能的污水处理工艺，并充分利用污水处理厂厂址地形，因地制宜采用现代化技术，提高管理水平，做到投资省、运行费低、技术可靠、运行稳定。使处理后尾水能达到国家污水排放标准。选择国内外先进、可靠、高效、运行管理方便、维修简便的排水专用设备和控制元件系统。妥善处理、处置污水处理过程中产生的栅渣、污泥、避免二次污染。充分利用现有管道，减少工程投资。二、编制范围1、示范区污水生态处理工艺技术方案论证及其可行性研究。2、工程的工艺设备、建筑、结构、电气、仪表等工程方案设计及总平面布置。3、工程投资估算及技术经济评价。三、编制目的在*农业高新技术产业示范区总体规划指导下,通过调查研究,以及收集、分析资料的基础上，达到如下目的：论述建设1.5万m3/d生活污水生态处理工程的必要性和可行性。对污水生态处理选址进行论证。对污水、污泥处理与处置工艺、工程投资进行技术可靠性、经济合理性、实施可行及环境影响等方面综合比较和论证。提出推荐方案，并进行工程方案设计。提出资金筹措方式及项目实施进度，为项目决策提供科学依据。1.5 示范区所在地（杨庄镇）概况1.5.1 地理位置*农业高新技术产业示范区地处杨庄镇，该镇地处泰山东麓*市西部平原，东与方下河、羊里镇相接，南与牛泉镇以汶河为界，西与泰安范镇毗邻，北隔赢汶河与寨里镇相望。东西距离约10.7公里，南北距离约9.6公里，辛大（泰薛）铁路、泰莱公路、泰薛公路、枣徐公路与牟汶河、赢汶河穿境。全镇现辖45个行政村，人口4.82万人，版图面积58.8平方公里。镇区距莱城区与泰安市区20公里，距省会济南90公里。1.5.2 经济增长2005年，全镇农村经济总收81288万元，工业总产值28828万元，农民人均纯收入4570元。2009年这一系列数字分别为118922万元、94671万元与6803元，同比增长分别为46%、228%与49%。可见，经过近五年的发展，杨庄镇经济发展取得了十足进步。以2009年主要经济指标来看，2009年全镇地方财政收入实现了过千万元的目标，达到1051万元，增长15. 3%，其中工商税收完成950万元，税收质量名列全区第三；信用社、邮储银行存款同期增加9000万元，人均存款增加了1875元；规模以上企业实现增加值5. 48亿元，完成固定资产投资2.亿元。1.5.3*农业高新技术产业示范区建设杨庄镇是*市的农业大镇，是*市“三辣生产基地”。2007年，杨庄镇北确定为*姜蒜产业区的精深加工区，2008年升级为省级农高区。针对示范区建设，杨庄镇去年累计完成基础设施投资1.1亿元，“五通一平”面积达到8平方公里。新引进项目18个，形成固定资产6. 6亿元，全镇姜蒜加工企业已发展到137家，年加工储藏能力达到744万吨，实现出口创汇1. 1亿美元，是08年的近两倍。特色产业链条进一步拓宽拉长，姜蒜产品已发展到保鲜、腌渍、速冻、脱水等4大类30多个品种，同时，食用菌、核桃等多种农产品和食品包装、商贸物流等多个产业也有了新的发展。这些工业趋向于连片发展，有利于示范区进一步发展，形成产业带，发挥集聚效应。第二章 项目建设必要性2.1项目所在地（杨庄镇）环境现状杨庄镇目前具有较好的生态资源环境。但是，伴随杨庄镇的发展，水污染的现象已经不容忽视。为了使杨庄镇实现可持续发展，成为生态特色镇，并使城镇社会、经济和环境协调发展，不再走先污染后治理的老路子，在示范区建设的同时建设配套的污水处理设施非常必要的。2010年12月受*市莱城区环保局委托，本公司承担*农业高新技术产业示范区污水生态处理工程项目可行性研究报告编制。为了更深入的了解实际情况，我们对杨庄镇的水污染现状进行了调研。经调研分析，认为杨庄镇水质污染的主要原因有以下几点：1、由于经济发展原因，现状没有排水管网系统，污水就近排入河道。河道已受到一定污染，大大影响了环境质量和城镇风貌。2、全镇没有污水处理设施，生活污水全部直接排放，造成环境的恶化。3、企业的生产废水在简单处理甚至没有经过处理的情况下直接排入附近河沟，造成水环境的污染。4、居民在路边或田地任意倾倒垃圾，在雨天时产生大量的渗滤液，造成农田污染和地下水污染。2.2项目建设的必要性随着*农业高新技术产业示范区的建设，根据杨庄镇总体规划2010-2030，示范区在近期基础上向东、向北、向南发展，形成东至汶汇路、西至康通路、南至文化东路、北至双龙路，占地面积约规模更大的姜蒜加工区，其面积控制在3.3平方公里。提升示范区的技术含量，力争从劳动密集型向技术密集型转变、从粗放型向集约型经济转变，使其成为农业产业化发展的先锋。一、该项目建设是*农业高新技术产业示范区建设顺利实施的有效措施。2007年，杨庄镇北确定为*姜蒜产业区的精深加工区，2008年升级为省级农高区。针对示范区建设，杨庄镇去年累计完成基础设施投资1.1亿元，“五通一平”面积达到8平方公里。新引进项目18个，形成固定资产6. 6亿元，全镇姜蒜加工企业已发展到137家，特色产业链条进一步拓宽拉长，姜蒜产品已发展到保鲜、腌渍、速冻、脱水等4大类30多个品种，同时，食用菌、核桃等多种农产品和食品包装、商贸物流等多个产业也有了新的发展。这些工业趋向于连片发展，有利于示范区进一步发展，形成产业带，发挥集聚效应。示范区的发展是杨庄镇发展的关键所在，只有做好示范区的污水处理配套设施建设，才能解决示范区的环境问题。 二、工程建成后可以完善基础设施，改善投资环境兴建污水生态处理系统将有助于完善城市基础设施工程，促进污水治理力度，将明显改善城市生态环境，有利于城市整体形象的提高，改善投资环境，对实现社会、经济环境和谐健康发展有着极为重要的作用。只有为企业营造一个良好的环境，才能解决环境污染的后顾之忧，才能使招商引资更加顺利，进而推动杨庄镇的经济发展。三、工程建成后景观效果非常好，提高周边人民生活质量需要。本工程为污水生态处理系统，采用预处理+潜流人工湿地+表流人工湿地工艺。在处理污水的同时，营造很好的景观效果，工程的建设将会大大改善示范区的生态环境，为市民提供一个休闲娱乐场所。四、工程建成后出水水质达到一级A标准, 可以作为“中水”回用*属于贫水地区，城镇的经济发展受到水资源的制约。沿河城镇污水经过处理后可以作为“中水”回用，在满足市政上浇洒道路、绿地用水外，同时部分可满足河流的水源补给，从而实现水资源的良性循环，达到节约水资源的目的。本工程为污水生态处理系统，采用预处理+潜流人工湿地+表流人工湿地工艺。出水达到城镇生活污水一级A排放标准。综上所述，为了改善*农业高新技术产业示范区的环境状况并使示范区得到较大程度的发展，在示范区附近建设一个符合国家环保标准的污水生态处理系统是非常迫切的，是非常必要的。第三章 污水量预测和建设规模3.1 规划年限与服务范围一、规划年限在国家、山东省整体发展背景下，*市今后若干年经济和城市必然继续快速发展，城市环境、景观、生态等不断面临日益增强的发展压力。规划从构建社会主义和谐社会的高度，通过城市发展引导、用地布局优化等手段，协调城市发展与环境保护之间的矛盾，充分利用杨庄镇现有的自然资源，在杨庄镇示范区建设高标准景观系统，提升示范区环境质量与品位。确定本次规划的期限：近期：20102015年远期：20152030年二、服务范围本项目的服务范围为*农业高新技术产业示范区。具体位置在镇梅路以北、汶汇路以西的区域。服务范围见下图：图3-1 杨庄示范区人工湿地水质净化厂收集范围图3.2 污水量预测与规模的确定3.2.1 *农业高新技术产业示范区企业介绍经过多年发展，该示范区共有工业、仓储企业55家。根据国民经济行业分类（GB/T4754-2002），这些企业共涉及12个行业门类。对各行业门类进行归纳，共有18家企业为农副食品加工业，占总数的32%；共有17家企业为食品制造业，占总数的30%；共有8家企业为机械及器材制造业，占总数的14%。其他工业企业涉及商务服务业、工艺品及其他制造业、造纸业、塑料制品业、金属制造业、木材加工制造业等9个行业门类。根据目前的企业产品类型分析，全镇已经逐步形成了农副食品加工业、食品制造、机械及器材制造业等主导产业。这些主导产业使特色资源得到了有效开发。表3-1 示范区主要工业企业和仓储企业一览表序号企业名称职工人数（人）年产值（万元）占地面积（亩）产品行业类型1聚福食品有限公司6080028食品制造业2都得利农副产品有限公司1530010农副食品加工业3魏氏商贸有限公司2040013商务服务业4聚源食品有限公司122005.5食品制造业5鑫益食品有限公司152306食品制造业6东盛农产品有限公司1830010农副食品加工业7荣山农产品有限公司3212007农副食品加工业8汇河冷藏有限公司214008农副食品加工业9裕兴食品有限公司162608食品制造业10鑫汇源电源材料有限公司4560012机械及器材制造业11鲁蒙食品有限公司2610006食品制造业12祥盛农产品有限公司503806农副食品加工业13*远东微粉有限公司3860013食品制造业14*市鑫顺农产品有限公司283206农副食品加工业15宏鑫冷藏有限公司321807农副食品加工业16聚盛恒农产品加工厂282206农副食品加工业17山东省万兴食品有限公司1782800010食品制造业18侯援冷藏厂201007农副食品加工业19民发果蔬有限公司264004农副食品加工业20众信农产品有限公司323805农副食品加工业21亿利发食品有限公司151506食品制造业22银山食品有限公司182603食品制造业23鑫昌冷藏有限公司313608农副食品加工业24瑞源农产品有限公司263106农副食品加工业25恒源电线电缆厂7642010机械及器材制造业26东井食品5001000015食品制造业27汶源食品60110010食品制造业28恒乐纸业10070012造纸业29远洋食品12080012食品制造业30鲁宝加工厂15014008机械及器材制造业31市风机厂6470020机械及器材制造业32祥峰铸造5010009机械及器材制造业33阀门厂12048020机械及器材制造业34锅炉厂10039016机械及器材制造业35汽缸厂10848012机械及器材制造业36鲁香盐业有限公司-食品制造业37盛世源农产品有限公司-农副食品加工业38金玉磨料有限公司-工艺品及其他制造业39东兴塑料厂-塑料制品业40环宇门业-金属制造业41鲁邦国际贸易有限公司-商务服务业42海源农产品有限公司-农副食品加工业43源盛家具厂-家具制造业44鲁进食品有有限公司-食品制造业45酱菜厂-食品制造业46金庆无土蜂窝煤厂-非金属矿物制品业47新进竹竿厂-木材加工及木、竹、藤、棕、草制造业48杨庄镇工艺品厂-工艺品及其他制造业49安王锅炉制造有限公司-金属制造业50鑫顺农产品有限公司-农副食品加工业51富强食品加工有限公司-食品制造业52来福冷鲜保鲜厂-农副食品加工业53大鑫农产品有限公司-食品制造业54六和集团3000万只鸡屠宰55金利来农产品有限公司-农副食品加工业3.2.2 污水量预测近期污水厂污水的来源主要是示范区的三家排水大户企业的生产废水以及示范区的生活污水。三家企业分别为：万兴果菜、雪野啤酒、六和屠宰厂。根据三家企业的环评报告和企业的工作人数，综合考虑示范区近期与远期规划进行计算，确定该示范区处理污水量为1.5万吨/天。3.2.3 污水处理厂规模确定根据以上污水量预测，按照近远期规划，*农业高新技术产业示范区人工湿地水质净化厂规模为1.5万吨/天。3.3 污水水质预测3.3.1进水水质一、污水性质本工程污水处理厂主要接纳万兴果菜、雪野啤酒、六和屠宰厂以及示范区的部分生活污水。三个企业都为食品加工企业，废水水质有一定的相似性，水质主要以有机物为主，可生化性强，同时含有一定的氮、磷物质。二、本污水处理厂设计进水水质的确定根据万兴果菜、雪野啤酒、六和屠宰厂实际情况以及参照国内同类企业的运行水质参数，确定杨庄示范区人工湿地水质净化厂的设计进水水质。表3-2 污水处理厂设计进水水质表项目CODcr(mg/l)BOD5(mg/l)SS(mg/l)TN(mg/l)NH3-N(mg/l)TP(mg/l)数值280120160322523.3.2 污水处理厂尾水水质一、尾水排放水体的选择杨庄示范区人工湿地水质净化厂处理后的达标水经表流湿地排入赢汶河。二、污水处理厂尾水水质确定尾水排入赢汶河为类水体，因此根据城镇污水处理厂污染物排放标准（GB1819-2002），确定处理程度为一级标准中的A标准，出水水质指标见下表。表3-3 污水处理厂出水水质表项目CODcr(mg/l)BOD5(mg/l)SS(mg/l)PHNH3-N(mg/l)TN(mg/l)TP(mg/l)数值5010106-95（8）150.5表3-4 污水处理后主要污染物去除率表CODcr(mg/l)BOD5(mg/l)SS(mg/l)NH3-N(mg/l)TN(mg/l)TP(mg/l)进水25012516025322出水5010105（8）150.5去除率80%92%93.8%80%53%75%第四章污水生态处理系统厂址选择4.1 厂址选择原则污水生态处理厂厂址的选择在新建污水处理厂工程中是一个重要的环节，与总体规划、排水系统走向、布置、处理后污水的出路都有着密切的关系。因此在厂址选择时满足如下原则，并应根据下列因素综合确定：1、符合杨庄镇总体规划并综合考虑杨庄镇建设现状，在满足基本功能需要的同时，适当考虑未来发展； 2、尽量使规划区域内的污水均能自流流入污水生态处理系统；3、选择在城镇水体的下游；4、有良好的工程地质条件；5、拆迁征地少、尽量少占用农田，并且有一定的卫生防护距离；6、排放水体有足够的环境容量，便于污水、污泥的排放和利用；7、厂区地形标高满足防洪排涝的要求，有良好的排水条件；8、交通便利、有良好的运输和供水、供电、通讯条件。4.2 厂址确定综合考虑以上因素，结合杨庄镇总体规划厂示范区规划，经实地勘测，有两个地点可作为生态污水厂的址。根据现状地形情况，本可研推荐厂址二作为该项目建设地点。厂址一：在汶汇路和北城路交叉口的东北方向，靠近赢汶河。具体位置见下图：厂址一图4-1 厂址一位置图厂址二：在镇梅路和生产西路交叉口的西北方向。具体位置见下图：厂址二图4-2 厂址二位置图第五章 污水、污泥处理方案论证5.1污水中污染物的去除机理由于城市污水处理厂的建设和运行不但耗资巨大，而且受多种因素的制约和影响，其中处理工艺方案的优化选择对确保处理厂的运行性能和降低费用最为关键，因此有必要根据确定的标准和原则，从整体优化的观念出发，结合设计规模、污水水质特性以及当地的实际条件和要求，选择切实可行且经济合理的处理工艺。城市污水主要的污染物有三类，第一类为悬浮物SS，第二类为有机污染物CODcr及BOD5，第三类为无机营养盐N和P。在常规的二级活性污泥法中，不同的污染物是以不同的方式去除的。去除机理及办法主要为：1、SS的去除污水中SS粒径一般大于1m，在生活中的SS来自人类生活活动中的排泄物和洗涤渣，工业废水中的SS来自生产过程中随污水带出的颗粒。污水中悬浮物的浓度不仅影响出水的SS能否达标，而且涉及BOD、COD等，这是因为组成出水悬浮物主要是活性污泥絮体，所以控制污水处理厂出水的SS指标是最基本的，也是很重要的环节。污水中的SS主要靠沉淀作用，小直径的有机颗粒靠生物降解作用去除。为了尽量去除水中的悬浮物，在工程中，常用的措施有：选用适当的污泥负荷，以保持活性污泥的凝聚及沉降性能，采用较小的二次沉淀表面负荷、采用较低的出水堰负荷，充分利用活性污泥悬浮层的吸附作用等。2、BOD5的去除污水中BOD5的去除主要是靠微生物的吸附与代谢作用，然后对吸附代谢物进行分离来完成。在活性污泥与污水接触初期，会出现很高的BOD5的去除率，这是由于污水中有机颗粒和胶体被吸附在微生物表面，从而被去除所至。但是这种吸附作用仅对污水中悬浮物和胶体起作用。对溶解性有机物需靠微生物的代谢来完成，活性污泥中的微生物在有氧的条件下将污水中一部分有机物合成新的细胞，将另一部分有机物进行分解代谢以便获得细胞合成所需的能量，其最终产物是CO2和H2O等稳定物质，这也是污水中BOD5的降解过程。由于微生物好氧代谢作用对污水中溶解性和非溶解性有机物都起作用，并且代谢产物是无害的稳定物质。因此，处理后污水的残余BOD5浓度很低。3、COD的去除污水中COD去除原理与BOD5的基本相同，但COD去除率取决于原污水的可生化性，它与城市污水的组成有关。4、N的去除氮是蛋白质不可缺少的组成部分，因此广泛存在于城市污水中，氮主要以NH3-N及有机氮形态存在，硝酸盐氮NOx-N(包括NO3-N和NO2-N)几乎为零。生物脱氮是利用自然界氮的循环原理，采用人工方法予以控制。首先，污水中有机氮在好氧的条件下转成氨氮，而后在硝化菌作用下变成硝酸盐氮，随后在缺氧条件下，由于反硝化菌的作用，并有外加碳源提供能量，使硝酸盐氮变成氮气逸出，整个生物脱氮过程就是氮的氧化还原反应。5.2工艺选择与确定根据污水处理程度的要求，预处理可以选择一级处理、强化一级处理和二级处理等适宜工艺。本项目出水水质要求较高，采用常规活性污泥法、生物膜法很难满足标准要求。因此预处理工艺将A/O法与生物接触氧化法相结合，设置缺氧池与好氧池，并在好氧池中配以高效填料，这样既能发挥A/O法脱氮除磷效率高的优势，又可利用生物接触氧化法有机处理负荷高、耐冲击负荷、不产生污泥膨胀，设施体积小、污泥产生量少、运行稳定可靠、管理方便的优点。人工湿地是在土地处理、稳定塘、生物滤池等污水处理技术基础上发展起来的一种人工构建并控制的主要利用天然净化能力的污水处理技术。它利用了微生物、湿生植物、动物等一系列生物的代谢活动，综合了物理的、化学的、生物的复杂过程，使污水中污染成分得以降解，无害化或转化为可利用的物质。人工湿地污水处理技术是20世纪七八十年代发展起来的一种污水生态处理技术，它能有效地处理多种多样的废水，如生活污水、工业废水、垃圾渗滤液、地面径流雨水、合流制下水道暴雨溢流水等。据调查统计，在欧洲与北美已有上万座处理城市污水和多种工业废水的湿地系统在稳定运行，污水处理人工湿地在世界其它地区应用的数目也在迅速增加。5.2.1人工湿地净化污水机理（1）介质作用介质填料是人工湿地的重要组成部分，对于净化污水中的污染物，特别是磷污染物有着重要的作用。选择合适的人工湿地介质材料，是构建人工湿地，提高人工湿地净化能力的关键措施。溶质吸附量的大小和溶质与溶剂之间以及溶质与吸附剂固体之间的相对亲和力大小有关。固一液吸附同样存在物理吸附和化学吸附，因此固体自溶液中吸附的吸附量不仅与吸附剂的表面条件、吸附物的功能团、溶剂种类的不同、以及温度、溶液浓度等因素有关，还与吸附剂的活化条件和含水程度有关。由于固体在溶液中的吸附，溶质和溶剂都会被吸附，所以测定吸附前后溶质的浓度差，从而计算单位固体溶质的吸附量，得到的只能是表观吸附量。作出的吸附等温线也是表观的，常称为复合等温线。在溶质浓度或溶剂吸附的少时，可以为溶质的表观吸附量与其真实吸附量大致上是相等的。溶质的吸附量G可以表示为:G=V(C0-C)/m式中以C0和C分别代表吸附前后的浓度(mg/L)，v是溶液的体积(L)，m是吸附剂重量(mg)。常见的吸附等温线有三种，即朗缪尔(ungmnir)公式、BET公式和费兰德利希(Freundich)经验公式。朗缪尔(langmuir)公式在达到平衡的过程中，固体表面n个吸附部位逐渐被水分子或被吸附的物质颗粒所占据，但其是一个吸附和脱落的可逆过程。在达到平衡时，固体表面的所有吸附部位都被占据：其中G为吸附容量，a为常数，b为最大理论吸附量，C为平衡浓度。BET公式当吸附质的温度接近正常沸点时，往往发生多分子层吸附。所谓多分子层吸附，就是除了吸附剂表面接触的第一层外，还有相继各层的吸附，在实际应用中遇到很多都是多分子的吸附。布龙瑙尔一埃梅特一特勒(Brunauer-Emmett-Teller)三人提出了多分子层理论的公式简称为BET公式。理论基础是兰缪尔理论，改进之处是认为表面己经吸附了一层分子之后，由于被吸附气体本身的范德华力，还可以继续发生多分子层的吸附。当吸附达到平衡时，气体的吸附量(V)，等于各层吸附量的总和，可以证明在等温下有如下关系：上述称为BET多分子层吸附等温式(由于其中包括两个常数c和Vm，所以又叫做BET二常数公式)。式中V代表在平衡压力p时的吸附量，Vm代表在固体表面上铺满单分子层时所需气体的体积，ps为试验温度下气体的饱和蒸气压，C是与吸附热有关的常数。Freundlich公式设固体和纯溶剂的界面自由能是Y0，界面上铺满单分子层溶质以后的界面自由能是Ym，于是界面为溶质分子覆盖的分数为时的界面自由能Y为：因=G/G0,故得Gibbs公式是对于稀溶液，可知S是固体的比表面积。综合上述三式，可得积分上式，即得式中K是常数。令即得Freundich公式的常见形式：G=KC1/n上式可改写成：此为Freundlich公式的常用形式，lgG与lgK成直线关系，其斜率和截距分别K和n。K越大，说明当出水浓度一定时，吸附容量越大:n值越大，说明其吸附容量的增加速度较大。K和n都小，说明其对污染物的吸附性能最差。一般1/n值在0.1一0.5时吸附易于进行，大于2时吸附难于进行。（2）植物的潜在作用是否种有植物通常作为湿地判定的特征之一，也就是说植物是湿地不可或缺的组成部分(Brix，1997)。人工湿地中的植物像其它所有光合自氧的有机体一样，能利用太阳能从空气中吸收无机物合成有机物，为异样生物提供能量，同时其还具有分解和转化有机物及其它物质的能力。另外，湿地植物使湿地床表面更加稳固，并提供了良好的物理过滤条件，它使垂直流通系统不受阻碍，防止冬季湿地表面冻结并为微生物生长提供了巨大的表面支撑，还可以通过光合作用和根系的渗透作用将氧传输到根圈基质(籍国东，2004)。在垂直潜流人工湿地系统中，植物的作用参见表5.1。在垂直潜流人工湿地净化污水过程中，植物潜在的主要作用可以归纳为四个方面:直接吸收利用污水中可利用态的营养物质、吸附和富集重金属和有毒有害物质；为微生物吸附生长提供更大的表面积；为根区好氧微生物输送氧气；增强和维持基质的水力传输性能。污染物的吸收利用、富集氮磷是植物生长的必需元素，废水中的无机氮包括氨氮和硝氮及无机磷变植物的组成部分，在吸收同化作用下，均可以被人工湿地中的植物吸收，合成植物蛋白质，最后通过植物的收割形式从人工湿地的废水中去除。表5-1 植物在垂直潜流人工湿地中的作用序号基质表面以上植物组织基质表面以下植物组织1光合作用稳固基质床表面2形成小气候防止堵塞3冬季保温释放氧气4减小风速形成氧化膜5除臭为微生物吸附生长提供表面积6存贮营养物吸收营养物质7美化景观分泌多种有机复合物植物不能利用空气中的氮气，仅能吸收化合态的氮。植物可以吸收氨基酸、天冬酞胺和尿素等有机氮化物，但是植物的氮源主要是无机氮化物，而无机氮化物中又以氨盐和硝酸盐为主。植物吸收氨盐后，即可直接利用它去合成氨基酸;而吸收硝酸盐后，则必须经过代谢还原(metabolicreduction)才能利用，因为蛋白质的氮呈高度还原状态，而硝酸盐的氮却呈高度氧化态。基质中的磷酸盐(HPO42-)被植物吸收以后，少数仍以离子状态存在于体内，大多数同化成有机物，如磷酸糖、磷脂和核普酸等。同化部位不限，根和地上部位都一样。在线粒体中，磷酸盐通过氧化磷酸化使NADH氧化为ATP。在叶绿体中，光合磷酸化也可形成ATP。植物还能吸附、富集一些有毒有害物质，如重金属Pb、cd、Hg、As、Ca、Cr、Ni、Fe、Mn、zn等，其吸收积累能力为沉水植物漂浮植物挺水植物，不同部分浓缩作用也有所不同，一般为根茎叶，各器官的累计系数随污水浓度的上升而下降。微生物附着及强化作用湿地中植物的发达的根系为微生物提供了大量繁殖、栖息的场所，同时植物根际也对微生物的活性有促进作用和根际化学因素对微生物产生影响。20世纪初，德国微生物学家Hiltner提出“根际”的概念，即土壤与根接触的微区域，是一个植物根与土壤微生物之间的独特动力学相互作用带。植物根圈为微生物提供了特殊的栖息环境，是土壤微生物大量聚集繁殖的场所。20世纪60年代中期，德国的DLKickuth提出了“根区法”(RZM)，其中之一就是利用根系微生物和土壤之间的相互作用去除污染物。试验证明(孙铁绗，2001)，植物根际微生物数量要远比非根际微生物数量多。根区输氧作用人工湿地中植物能将光合作用产生的氧气通过气道输送至根区，在植物根区的还原态介质中形成氧化态的微环境(Annstrong，1978)。这种输氧作用的过程主要是热渗透:由于冷的种系与暖和的内部叶片之间的温度不同，热渗透导致气体分子通过气孔进入新生树叶(其气孔比老叶片的要小)。叶片更加温暖的内部导致气体因布朗运动而扩散，此限制了通过叶片气孔返回的可能性。叶片内形成的超压用于弥补植物中的气体传输组织。这样，气体分子通过植物直接传输到最深的根茎。植物系统补偿的压力最终由通过根部和有更大气孔的老叶片释放的气体而获得。这种根区有氧区域和缺氧区域的共同存在微根区的好氧、兼性和厌氧微生物提供了各自适宜的小生境，使不同的微生物各得其所，发挥相辅相成的作用。由于挺水植物的输氧作用，形成了氧化态的根区，有植物湿地底质中氧化一还原电位明显高于无植物区域底质，间隙水中的总铁、总锰含量下降(Dunbabin，1988)。改善水力传输性能在潜流型人工湿地中，基床中的水流一般是通过由活的或死的根和根区形成的沟道及基质间孔隙流动。当根和根区生长时，他们疏松了基质;当根和根区死亡腐烂后，留下一些孔或沟(大孔)，被认为在一定程度上增加和稳定了土壤的水力传导性(Stottmeisteretal.，2003)。据报道，即使较为板结的土壤，在25年之内，经过植物根系的穿透作用，其水力传输能力可与砂砾、碎石相当。植物的生长能加快天然土壤的水力传输程度，且当植物成熟时，根区系统的水容量增大(Brix，1987；Kickuth，1977);即使当植物的根和根系腐烂时，剩下许多的空隙和通道，也有利于土壤的水力传输(Brix，1987)。（3）微生物的除污作用人工湿地处理废水时，有机物的降解和氮化合物的脱氮作用、磷化合物的转化等主要是由微生物活动来完成的。在基质氧化区，废水中大部分的有机物质被好氧微生物分解成为二氧化碳和水，氨则被硝化细菌硝化;而在还原区，厌氧细菌经发酵作用将有机物质分解成二氧化碳和甲烷释放到大气中，反硝化细菌将硝态氮还原成氮气。由于人工湿地存在着这样一些氧化区、还原区，不同区域微生物群的相互配合而将有机物以及氮素化合物等去除。此外，这种多样的生境中，微生物也可将有机氮等化合物降解(Couley，1991)。对于废水中的磷化合物，有机磷及溶解性较差的无机磷酸盐都不能直接被水生植物吸收利用，只有经过磷细菌等的代谢活动，将有机磷化合物转变为简单的磷化物和使诸如磷酸钙等可溶解性差的磷化合物溶解(夏宜铮，1993)，才能被植物吸收利用，从而通过植物的收割而将磷从湿地系统中带走。人工湿地微生物的代谢活动是废水中有机物降解的基础机制，废水中的有机污染物质包括含氮、磷等元素的物质，主要是经过人工湿地中的微生物代谢活动，降解成终极产物释放到大气中，或为植物及微生物可以吸收利用的营养物质，或转化成为对水环境无害或毒害减少的物质。在人工湿地中，微生物类群是极其丰富的，不同的类群具有不同的功能。研究微生物类群数量和空间分布对于人为合理调控微生物结构，提高人工湿地净化效果具有重要意义。5.2.2人工湿地类型国内外学者从工程设计的角度出发，按照系统布水方式的不同或水在系统中流动方式不同划分为表面流人工湿地(自由表流湿地和构筑表流)、潜流人工湿地(水平潜流人工湿地、垂直潜流人工湿地和复合式潜流湿地)。不同类型的人工湿地对特征污染物的去除效果不同，具有各自的优缺点。表面流人工湿地表面流人工湿地这种类型的人工湿地和自然湿地类似，污水从湿地表面流过。在流动的过程中废水得到净化。水深一般0.3一0.5米，水流呈推流式前进。污水从入口以一定速度缓慢流过湿地表面，部分污水或蒸发或渗入地下。近水面部分为好氧层，较深部分及底部通常为厌氧层。表面流人工湿地中氧的来源主要靠水体表面扩散、植物根系的传输和植物的光合作用,但传输能力十分有限。这种类型的人工湿地具有投资少、操作简单、运行费用低等优点，但占地面积较大，水力负荷率较小，去污能力有限。图5-1 表流湿地示意图垂直潜流人工湿地垂直潜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，氧可通过大气扩散和植物传输进入人工湿地系统。垂直潜流人工湿地的硝化能力高于水平潜流人工湿地，可用于处理氨氮较高的污水。其缺点是对有机物的处理能力不如水平潜流人工湿地系统，落干/淹水时间较长，控制相对复杂，夏季有孳生蚊蝇的现象。图5-2 垂直潜流人工湿地水平潜流人工湿地水平潜流人工湿地因污水从一端水平流过填料床而得名。它由一个或多个填料床组成，床体填充基质，床底设有防渗，防止污染地下水。与表面流人工湿地相比，水平潜流人工湿地的水力负荷大，对BOD5、CODCr、SS、重金属等污染指标的去除效果好，而且很少有恶臭和擎生蚊蝇现象，能有效解决北方寒冷地区的冬季防冻问题。目前，水平潜流人工湿地已被美国、加拿大、日本、澳大利亚、德国、瑞典、英国、荷兰和挪威等国广泛使用，在加拿大、挪威、瑞典等高纬度地区也取得了理想的效果。图5-3 水平潜流人工湿地复合流式潜流人工湿地*环境科学研究院开发的复合流式潜流人工湿地技术(以水平流为主与垂直流结合)，与其它类型人工湿地相比，复合流式潜流人工湿地的水力负荷大，对BOD5、CODCr、SS、氮磷等污染指标的去除效果好，而且很少有恶臭和孳生蚊蝇现象，特别是能有效解决北方寒冷地区的冬季防冻问题。本项目采用复合流式潜流湿地与表流湿地（表流湿地分为功能表流湿地与景观表流湿地）两种类型，可以实现污水处理与湿地景观效果的双赢。图5-4 复合潜流构筑湿地结构示意图5.3方案确定综上所述，本项目针对*农业高新技术产业示范区污水主要为农业加工企业生产废水，根据该水质特点，采用预处理（浮动生化）+潜流人工湿地+表流人工湿地工艺。5.4 项目建设的可行性1、建设运行成本低本方案与传统污水深度处理技术相比较，本方案经济运行管理及建设成本有明显优势，建设费用与运行费用比较低，建成后将形成湿地公园，有良好的生态效益，可分期建设，符合进水水质和当地实际情况。2、技术成熟在省市环保局的大力支持下，我院生态室于2002年开展了北方人工湿地污水生态处理技术的开发工作，并于2003年历经近一年的试验与工程实践，在我市建成了东北第一座人工湿地污水生态处理示范工程*市满堂河污水生态处理中心，开辟了人工湿地技术污水处理小型化、生态化、资源化的应用方向，营造了城市中独特的湿地生态景观，受到了包括钱正英、孙铁珩院士等一批国内知名专家以及国家、省市领导的首肯。2007年圆满完成了辉山明渠河口湿地水质改善与景观建设工程。该工程于2月开始了前期工作与工程实施，4月中旬前完成了可行性研究、工程地质勘察测绘、初步设计、施工图设计与工程预算，5月完成了工程招投标开工建设，按原计划完成了全部厂区工程建设内容，完成了占地5.6公顷的辉山明渠河口湿地，包括2.6公顷的岸上人工湿地处理区和3公顷的河口湿地缓冲区，现已开始通水调试。该工程的建设使原本臭水横流、垃圾遍野的辉山明渠浑河河口，变成了现在草青水碧，景色宜人的湿地景区。通水至今，接待了国家到地方各级领导和专家的视察和考察多次，得到了国家重大水专项评审团院士们的一致好评。北方人工湿地污水生态处理技术已逐步走向成熟，在完成各项重大工程项目的同时，不断深化和扩大技术成果，并组织力量不断向省内和国内其它地区开拓市场。目前已在黑龙江省、山西省、辽宁省、河南省、山东省、*市周边城市陆续开展人工湿地技术推广应用工作。今年签订了黑龙江省大庆市大同区污水处理厂工程、太原市汾河景区北段人工湿地水质净化工程、山西省襄汾县污水处理及回用工程（污水处理厂部分）、桓仁县城市污水治理工程、康平卧龙湖周边水环境综合整治项目等一系列技术设计与工程咨询合同，已呈现出该项技术广阔的市场应用前景。第六章 构筑物选型方案本工程主要的生产构筑物有：细格栅及沉砂池、一体化预处理泵房、潜流湿地、功能表流湿地、景观表流湿地等。6.1工艺流程框图污水 格栅 栅渣外运 选择池 超越排放口泵上清液 缺氧池 污泥回流 好氧池 供氧 风机污泥池 二沉池 中间水池 潜流湿地 排放 表流湿地6.2构筑物选型方案6.2.1 污水一体化预处理提升泵房污水一体化预处理提升泵房由进水粗格栅、细格栅、沉砂池、提升泵池、生化反应池、沉淀池及处理后污水提升泵池组成。进水粗格栅是污水处理厂第一道预处理设施，可去除大尺寸的漂浮物和悬浮物，以保护污水提升泵的正常运转，并尽量去掉那些不利于后续处理过程的杂物。本次粗格栅设计，选择了两种形式：钢丝绳格栅污除污机和回转式格栅除污机。钢丝绳格栅除污机国内外使用都较多，国内运转效果较好，性能稳定，特别适用于深水使用。回转式格栅除污机近年在国内使用较多，运转效果较好，该设备由动力装置、机架、清洗机构及电控箱组成，动力装置采用悬挂式涡轮减速机，结构紧凑，调整维修方便。考虑到格栅间地下部分深度不大，设计采用回转式格栅除污机。污水提升泵选型过去常用干式污水泵，近年来潜污泵技术发展很快，型谱加宽，选择余地加大，应用日益增多。国内近年来不少污水处理厂都选用了潜污泵，建成后运行情况良好。归纳起来，潜污泵和普通干式污水泵相比有以下优点：潜污泵不需单独设水泵间，直接安装在集水池里，可省去水泵间，节省泵房土建费用；目前潜污泵的效率已比较高，潜污泵大多采用自动藕合安装系统，安装、起吊方便。本设计推荐采用潜污泵。6.2.2细格栅及沉砂池1、细格栅细格栅用于进一步去除污水中较小颗粒的悬浮、漂浮物。设计将选型集中在弧形格栅机和循环式齿耙清污机的比较上。弧形格栅的耙齿缓慢地绕安装在弧形格栅曲率中心处水平轴转动，以去除栅条上被拦截的污物；循环式齿耙清污机无栅条，由诸多小齿耙相互连接组成一个硕大的旋转面，捞渣彻底。本设计采用循环式齿耙清污机。2、沉砂池沉砂池主要用于去除污水中粒径大于0.2mm，密度2.65t/m3的砂粒，以保护管道、阀门等设施免受磨损和阻塞。沉砂池有平流式、竖流式、曝气式和旋流式四种形式。平流式沉砂池具构造简单、处理效果较好的优点；竖流式沉砂池污水由中心管进入池内后自下向上流动，无机物颗粒借重力沉于池底，处理效果一般较差；曝气沉砂池则是在池的一侧通入空气，使污水沿池旋转前进，从而产生与主流方向垂直的横向恒速环流，砂粒间产生磨擦作用，可使砂粒上悬浮性有机物得以有效分离，且不使细小悬浮物沉淀，便于砂粒和有机物的分别处理和处置；旋流式沉砂池则是利用水力旋流，使泥砂和有机物分开，以达到除砂目的。本设计采用旋流式沉砂池。6.2.3生物处理池生物处理池是污水处理的主体构筑物，根据前面的方案比选，本工程采用了选择池A/O生化池的形式。6.2.4消毒设备城市污水经二级处理后，水质改善，但仍可能含有大肠杆菌和病毒，因此，排入受纳水体前应考虑消毒。根据前面的方案比选，本工程采用紫外线消毒。6.2.5污泥脱水根据上述分析，设计采用机械浓缩、机械脱水的方案。随着国内城市污水处理工程的发展，一些新设备、新技术不断产生。就城市污泥处理的浓缩、脱水设备方面可提供的浓缩脱水机有三种方式：带式浓缩脱水一体化机；离心浓缩脱水机；螺压浓缩脱水机。三种方式国内均有采用，其中带式一体化机在国内使用较早，离心机在国外使用较多，而近十年使用较多，而螺压浓缩、脱水机近几年在国内的应用才刚兴起。表6-1 三种