【摘要】太湖周邊 農村 生活污水對太湖富營養(yǎng)化貢獻較大，本文對太湖周邊農村地區(qū)污水處 理方式展開 研究 ，并以無錫市吳塘村為具體研究區(qū)域，進行實地調查并收集資料，對傳統(tǒng)化 糞池結構進行創(chuàng)新性的改造，將人工濕地和生物膜法與化糞池結合，設計出生物接觸氧化、 人工濕地和無動力跌水充氧三者聯(lián)合的接觸氧化-濕地-無動力充氧化糞池，并詳細說明了其結構和原理。 。

關鍵詞：太湖;吳塘村;化糞池;接觸氧化;人工濕地

Abstract

Sewage of rural areas surrounds Taihu Lake give greater contribution to the eutrophication of the Taihu Lake. The research studied the sewage treatment of the rural areas around Taihu Lake, and selected Wutang village of Wuxi City as a specific study area, applied field survey and collected information. The study put up an innovative improvement on traditional septic tank, joining the artificial wetlands and biofilms together with septic tanks. A new kind of septic tank called contacts oxidation-wetlands-undynamic oxygenation was designed; it combines the contact oxidation, artificial wetlands and undynamic waterfall oxygenation together. The details of its structure and principles were illuminated in the study.

Keywords: Taihu Lake; Wutang village; septic tanks; contact oxidation; wetland

2007年江蘇省持續(xù)高溫少雨，太湖水體富營養(yǎng)化嚴重，5月28日，太湖無錫段梅梁灣爆發(fā)了大規(guī)模的藍藻侵害，無錫市城區(qū)牽龍口水廠和 南泉水廠的水源先后遭受污染而停用，嚴重威脅生 活飲用水的安全。這次大規(guī)模的藍藻爆發(fā)再次向人 類敲響警鐘，解決太湖流域的富營養(yǎng)化 問題 ，尋找 有效的對策，已成為迫在眉睫的重大任務。

太湖水體污染主要來源于內源和外源，內源主 要是湖底淤泥和水體中營養(yǎng)物質;外源主要為城市 生活污水、 工業(yè) 廢水、降水等，來源眾多且復雜， 對太湖水體污染貢獻大，因此本文主要研究外源的 控制。我國有60多萬個行政村、250多萬個 自然 村， 居住生活著2億多農戶[1]。全國農村每年產(chǎn)生生活污 水約80多億噸，而96%的村莊沒有排水渠道和污水處 理系統(tǒng), 生活污水隨意排放[1]。太湖周邊分布著大量 的農村，農村生活污水對太湖富營養(yǎng)化貢獻較大，

圖 1 無錫市吳塘村

并且有分布廣而且分散，水質、水量波動性大，水

中氮、磷含量較高等特征。

根據(jù) 目前 我國廣大農村地區(qū) 社會 經(jīng)濟 發(fā)展 狀況、污水處理與水環(huán)境保護要求，農村污水

處理主要采用化糞池、人工濕地、穩(wěn)定塘、土壤滲濾、生物膜法等幾種適合農村實際的污水 處理工藝技術[2]，其中化糞池因造價低和管理方便為大多數(shù)農村所采用。筆者嘗試將人工濕 地和生物膜法與化糞池結合起來，設計一套適合太湖周邊農村地區(qū)的生活污水處理方式。

1. 研究區(qū)域的選擇

無錫市南瀕太湖，據(jù)了解，濱湖區(qū)對近期污水管網(wǎng)難以到達的行政村實施生活污水“點 源處理”工程，污水處理方式具有代表性;吳塘村毗鄰太湖梅梁湖，于2004年由楊巷、白旄、 吳塘三村合并組建而成，村內有一條主干河流吳塘港直接注入太湖，地理位置具有代表性(如 圖1);全村占地9.8平方公里，總人口2500人，農業(yè)為主要產(chǎn)業(yè)，主要經(jīng)濟作物為楊梅、桔 子和水蜜桃，農作物幾乎不使用農藥，村民用水來源為自來水和井水相結合，生活方式代表 性。因此最終選擇吳塘村作為具體研究區(qū)域。

2. 處理工藝的選擇

我國農村居住相對分散，經(jīng)濟力量也相對薄弱，部分經(jīng)濟條件比較好的農村修建的住宅 大都安裝了配套的衛(wèi)生器具、給水管、排水管，設計了衛(wèi)生間，可是缺乏完善的下水道系統(tǒng)

[3]，大部分農村生活污水主要通過現(xiàn)有的截污溝渠直接排到附近水體里或者下滲至土壤里， 成為水體主要的面源污染。對于農村的分散生活污水的處理方式，造價低廉、工藝簡單、處 理效果有保證、運行維護簡便是首要的原則。目前農村實際中使用較多的污水處理技術主要有 化糞池、人工濕地、穩(wěn)定塘、土壤滲濾、生物膜法等。

2.1 化糞池

化糞池又名殷夫池，是 20 世紀初德國人創(chuàng)造的，作為我國城鎮(zhèn)生活污水主要局部處理 構筑物被普遍采用，在消除病原體、減少污染等方面曾經(jīng)發(fā)揮了巨大的作用�；S池的功能 是接收、貯存家庭生活污水。池內分為漂浮層、淤泥層和中間清水層三個區(qū)域。它除了能截 留生活污水中的糞便、紙屑和病原蟲等雜質的 50%和去除 BOD 的 20%以外、還可以減輕污 水處理廠的負荷或減輕對水體的污染。沉淀下來的污泥經(jīng) 3～12 個月的厭氧分解、酸性發(fā)酵 脫水熟化后能轉化為穩(wěn)定狀態(tài)可清掏出做肥料[4]。目前化糞池的池型主要有舊式化糞池、改 良式化糞池、立體多槽式化糞池、好氧曝氣式化糞池、滅菌化糞池[5]、集成式生物化糞池[6]、 無害化化糞池[7]、新型生物處理化糞池[8]等，化糞池的改造具有潛力。

2.2 人工濕地

人工濕地(Constructed Wetland)是人工建造的、可控制的和工程化的濕地系統(tǒng)，這是 發(fā)達國家近十年來才興起的生態(tài)處理法[9]。第一個完整的人工濕地試驗始于 1974 年德國的 Othfrensen 濕地[10]。其基本原理是：在一定的填料上種美人蕉、富貴竹、蘆葦?shù)忍囟ǖ闹参铮?將污水投放到人工建造的類似于沼澤的濕地上，當富營養(yǎng)化水(如生活污水等)流過人下濕 地時，經(jīng)沙石、土壤過濾和植物根際的多種微生物活動，使水質得到凈化[9]。

人工濕地污水處理技術可處理氮、磷含量較高的污水，還可作為二級污水處理后接的深 度處理工藝。人工濕地主要分為潛流人工濕地和表面流人工濕地。按水流方向又可分為垂直 流人工濕地和水平流人工濕地。處理等量的污水，潛流系統(tǒng)用地要比表面流人工濕地少，運 行維護簡單。表面流人工濕地多發(fā)的臭味和蚊蠅滋生在潛流系統(tǒng)中很少出現(xiàn)[11][12]。人工濕 地的缺點是需要大量土地, 并要解決土壤和水中的充分供氧問題及受氣溫和植物生長季節(jié) 的 影響 等問題。

垂直流人工濕地由下行流和上行流方式的兩池組成。吳振斌、成水平等人對垂直流人工 濕地小試系統(tǒng)進行測試，對受污染地面水體中的CODcr、BOD5和TSS的去除率分別為53.6%、

78.7%和80.2%。對細菌、總大腸菌、糞大腸菌和藻類的平均去除率分別達99.4% 、85.9%、

89.7%和97.7%。對KN、NH4+-N和TP的平均去除率分別為39.2%、16.5%和25.8%[13]。 參考 該 系統(tǒng)進行設計，可有效降低出水氮、磷含量，不難想象最終出水能達到水功能區(qū)劃的要求。

2.3 穩(wěn)定塘

利用穩(wěn)定塘處理污水可充分利用地形，基建和維護費用低，并能實現(xiàn)污水的資源化，但 占地面積大，處理效果易受氣候影響，在我國難以普及[14]。太湖周邊地區(qū)土地資源寶貴， 且冬季氣候較低，不利于使用。

2.4 土壤滲濾

該系統(tǒng)將污水投配到土壤表面具有一定構造的滲濾溝中, 污染物通過物理、化學、微生 物的降解和植物的吸收利用得到處理和凈化。該技術對懸浮物、有機物、氨氮、總磷和大腸 桿菌的去除率均較高，一般可達70%～90%，而且基建投資少、運行費用低、維護簡便, 整 個系統(tǒng)埋在地下，不會散發(fā)臭味，能保證冬季較穩(wěn)定的運行，便于污水的就地處理和回用該 技術具有很強的技術和經(jīng)濟優(yōu)勢[1]。但是，該技術須保證處理效果，否則容易對地下水造成 污染。

2.5 生物膜法

生物膜法有生物濾池、生物轉盤、生物接觸氧化和生物流化床四種，是分散生活污水處 理主要 應用 的一種人工處理技術，包括厭氧和好氧生物膜兩種。厭氧或好氧微生物附著在載 體表面，形成生物膜來吸附、降解污水中的污染物，達到凈化目的。該 方法 設備簡單、運行 成本較低，處理效率高[1]。

吳塘村人口較少，分布分散，無市政排水管網(wǎng)，幾乎每座房屋旁邊都有一小塊耕地，可 以加以利用，所選污水處理工藝應抗沖擊負荷能力強，且宜就近單獨處理;經(jīng)濟力量薄弱， 故污水處理應充分考慮造價低、運行費用少、低能耗或無能耗的工藝;村鎮(zhèn)缺乏污水處理專 業(yè)人員，所選工藝應運行管理簡單，維護方便[3]。人工濕地和生物膜法處理效果好，且是接 近自然的處理技術，此外化糞池的普遍使用和低費用使得改造化糞池推廣更加容易，鑒于上 述處理方式和國內水處理相關資料，結合吳塘村本身的實際情況，決定將人工濕地和生物膜 法與化糞池結合起來，設計接觸氧化-濕地-無動力充氧化糞池對生活污水進行就地處理。

3. 接觸氧化-濕地-無動力充氧化糞池設計

3.1 化糞池體積設計

根據(jù)《給水排水設計手冊第 2 冊-城鎮(zhèn)排水》和《02S701 磚砌化糞池》上相關 計算 公式 和設計要求，化糞池最小一般不小于 2m3，水面到池底距離不小于 1.3m，尺長不小于 1m， 池寬不小于 0.75m。

本設計中化糞池有效容積只考慮前兩格計算，容積比為 3：2，取有效池長為 2.0m;尺

高 1.7m，其中保護層高度 400mm;池寬取 0.8m。故總容積為 V=2.0×1.7×0.8=2.72m3。

3.2 下行流-上行流人工濕地設計

人工濕地的深度一般是按水生植物根系 自然 擴展的深度來設計的，多數(shù)為 0.6～0.7m[15]。 本設計人工濕地由串聯(lián)的 0.5m×0.8m×0.8m 兩個池組成。

填料：底層鋪 10cm 厚的碎石(直徑 5mm 左右)，上層為砂(直徑 0～4mm)和土壤的 混合，其中下行池砂土深 0.6m，上行池砂土深 0.5m，下行池填料高于上行池 10cm。

水生植物：選擇美人蕉和香蒲混合栽種。

進出水管線布置：進水干管為直徑 110mmPVC 管，另設四根直徑 75mmPVC 管，出水 管布置方式相同[14]。

3.3 結構設計和原理

筆者閱讀了大量化糞池和人工濕地相關的文章，從中受到了一些啟發(fā)，并嘗試進行化糞

池改良設計及與人工濕地聯(lián)用處理無錫市吳塘村生活污水。筆者構思的接觸氧化-濕地-無動

力充氧化糞池處理流程和構造分別如圖 2 和圖 3。

圖 2 接觸氧化-濕地-無動力充氧化糞池處理流程

4

1-腐化沉淀槽;2-厭氧接觸氧化槽;3-最終沉淀槽;

4-下行流-上行流人工濕地;5-無動力跌水充氧槽

圖3 接觸氧化-濕地-無動力充氧化糞池

(1)腐化沉淀槽：糞便污水及其他生活污水混合后首先進入腐化沉淀槽。該槽占總有效容

積的 75%，為厭氧環(huán)境，污水中的有機物在此腐化，主要去除部分 BOD5、SS 和進行反硝 化，污泥和比重較大的懸浮固體會沉淀到有一定的坡度底部，比重較輕的懸浮固體上浮至水 面，中間層液體較原污水澄清。上層浮渣和底層污泥需定期清掏。

(2)厭氧生物接觸氧化槽：該槽設在腐化沉淀槽右上側出口前，槽中鋪有厚度為 20cm 的 填料層，填料上下為格柵，連同填料層做成盒子狀，填料皆為永久性的剛性填料，無需更換， 但可定期取出檢查生物膜附著情況。底層和上層為直徑 50mm 左右的鵝卵石，中間為塑料制 成的多折片球型填料，材料密度要比水大，主要作用是過濾，附著生物膜，降低流速。

(3)最終沉淀槽：該槽與厭氧生物接觸氧化槽用兩個直徑 10cm 的正方形孔相連，主要作 用是進一步沉淀分離污水和污泥，以及去除 BOD5、SS 和進行反硝化，中間層清水通過蓮 蓬彎流至人工濕地。該槽也需定期清掏。此外上述三槽會產(chǎn)生甲烷、氨氣、氮氣等氣體，需 設通風管連通，由于甲烷純度低，氣體量少且難以分離，故通過通風管直接放空。

(4)下行流-上行流人工濕地：通過前面腐化沉淀槽，厭氧生物接觸氧化槽和最終沉淀槽的 處理，進入人工濕地的污染物負荷將有效降低，此人工濕地由串聯(lián)的兩個池組成，分別為下

行流和上行流。底層鋪直徑 5mm 左右的碎石連通兩池，上層為土壤和直徑 0～4mm 的砂混

合，下行池填料高于上行池 10cm，以克服人工濕地的水頭損失。一般的單一垂直流人工濕 地水從上往下流，出水水位大大較低，在埋深較深且出水水位較低的無動力化糞池中使用， 最終出水口很可能因過低而容易被淹沒，而下行流-上行流人工濕地可以克服這個不足，能 夠提升水位，而且眾多試驗表明出水效果要比單一垂直流人工濕地好。水生植物可選擇美人 蕉和香蒲等普遍的植物，定期收割。下行流-上行流人工濕地相當于一般污水處理的深度處 理，尤其在去氮除磷有很高的處理效率。

(5)無動力跌水充氧槽：該槽相當于出水前的集水槽有集配水功能，并且與大氣相通，可 通過里面三層鋪有鵝卵石的表面粗糙的階梯式跌水板進行復氧，可有效抑制水的發(fā)臭和提高 透明度。出水最終通過截污溝渠排至附近水體或者下滲補給地下水，大大降低了對受納水體的污染。

3.4 經(jīng)濟 可行性 分析

無錫市吳塘村幾乎每戶都修建有化糞池，糞便污水與其他生活污水分流排放，接觸氧化

-濕地-無動力充氧化糞池無需采用好氧曝氣和提升裝置，僅通過污水的自流完成，無動力消 耗，運行費用極低;管理方便，如普及太湖周邊 農村 地區(qū)，當?shù)卣h(huán)保相關部門可定期檢 查及安排吸糞車集中吸走底層污泥和撇去上層浮渣。接觸氧化-濕地-無動力充氧化糞池的建 造費用與傳統(tǒng)舊式化糞池相比略高一些，但兩者有著幾乎相同的運行管理費用，對于吳塘村 乃至太湖周邊農村仍然是可承受的。

4. 總結

本設計著重創(chuàng)新，將人工濕地和生物膜法與化糞池結合起來，設計出生物接觸氧化、人 工濕地和無動力跌水充氧三者聯(lián)合的接觸氧化-濕地-無動力充氧化糞池。構思切實可行，今 后有機會將試點進行試驗而不斷改進。通過對比其他相似的化糞池池型和人工濕地試驗結 果，不難想象接觸氧化-濕地-無動力充氧化糞池出水水質較好，滿足水功能區(qū)劃的要求，甚 至能達到一級B標準。從而可以減少對太湖周邊地區(qū)地表水環(huán)境和地下水的污染，同時還能 緩解太湖的富營養(yǎng)化 問題 ，保障太湖流域的經(jīng)濟持續(xù)繁榮 發(fā)展 。

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