農(nóng)村污水處理中人工濕地的有效應(yīng)用 來源：《工程技術(shù)研究》作者：俞阜東等
摘 要：在我國(guó)，農(nóng)村污水處理系統(tǒng)不甚完善，這也成為影響農(nóng)村人民生活環(huán)境的一大疾患。近年來，利用運(yùn)行費(fèi)用成本較低且易于操作的人工濕地來處理污水已經(jīng)成為當(dāng)前農(nóng)村處理污水工程的重要發(fā)展趨勢(shì)。它屬于典型的分散型污水處理模式，特別適合農(nóng)村地區(qū)村鎮(zhèn)分布較為稀疏的現(xiàn)實(shí)狀況。文章從農(nóng)村生活污水特征與人工濕地相關(guān)技術(shù)理論為開題，實(shí)際例證了我國(guó)農(nóng)村污水處理中人工濕地的有效應(yīng)用。
人工濕地污水處理技術(shù)就是指以床塘綜合系統(tǒng)為主的人工濕地，它可以針對(duì)污水進(jìn)行前處理和后處理二次處理。在我國(guó)，人工濕地污水處理技術(shù)應(yīng)用相當(dāng)廣泛，經(jīng)由該技術(shù)處理后的出水效果一般都要優(yōu)于常規(guī)二級(jí)污水處理，這主要是因?yàn)槿斯竦匚鬯幚砝玫搅艘酝寥�、植物、微生物循環(huán)為主的自然凈化系統(tǒng)，它不但能去除污水中所存在的大量有機(jī)污染物，還能過濾水體富營(yíng)養(yǎng)化物質(zhì)(氮、磷等)。并且人工濕地具有較高的適用性，由于我國(guó)大部分農(nóng)村地區(qū)都沒有較為完善的污水處理管網(wǎng)處理系統(tǒng)，所以人工濕地以其低成本易用等特性優(yōu)勢(shì)就能夠取代并勝任這一工作。
1 農(nóng)村污水概述
文章所探討的農(nóng)村污水為生活污水，它是指人們?cè)谏钪兴褂玫膸鶝_洗水、廚房洗滌污水以及洗浴用水等等，當(dāng)然也包括個(gè)別農(nóng)戶在分散養(yǎng)殖過程中所產(chǎn)生的牲畜沖洗及飼養(yǎng)用水。農(nóng)村生活污水中含有大量污染，它們主要以有機(jī)物為主，另外還有富營(yíng)養(yǎng)的氮磷物質(zhì)以及病菌、懸浮物等。據(jù)調(diào)查，農(nóng)村生活污水各個(gè)污染物排放濃度中CODcr占到最多(可達(dá)到250～450mg/L)，其它還包括TN和TP等。相比于城市生活污水處理，農(nóng)村在這方面相對(duì)落后，因?yàn)檗r(nóng)村經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)、技術(shù)基礎(chǔ)相比城市更加薄弱，所以他們?nèi)狈Y金與專業(yè)技術(shù)人員長(zhǎng)期投入到污水處理工作環(huán)節(jié)。因此農(nóng)村生活污水在排放方面主要以排放面廣、分散、難于收集、水量水質(zhì)變化波動(dòng)大、無有毒有機(jī)污染物、可生化性較好為基本特點(diǎn)。
2 人工濕地技術(shù)概述
我國(guó)大部分農(nóng)村地區(qū)由于地處遠(yuǎn)離城市的偏遠(yuǎn)位置，基于經(jīng)濟(jì)、地理等多種原因未能全面鋪設(shè)污水排放管網(wǎng)，更無法與市政管網(wǎng)相連，所以我國(guó)農(nóng)村在污水處理方面多采用分散式處理模式。不過從客觀角度來看，我國(guó)的農(nóng)村污水分散式處理模式相比于海外發(fā)達(dá)國(guó)家還相對(duì)落后，并沒有實(shí)現(xiàn)像小型凈化槽分散處理、FILTER污水處理系統(tǒng)、集成式污水處理裝置等先進(jìn)技術(shù)，而是一直以來都在使用化糞池、沼氣池等傳統(tǒng)處理技術(shù)模式。這一方面是由于我國(guó)農(nóng)村科技化建設(shè)進(jìn)程遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于城市，另一方面也是因?yàn)檗r(nóng)村經(jīng)濟(jì)的相對(duì)貧瘠。不過近年來，人工濕地處理工藝逐漸走入農(nóng)村并有望成為農(nóng)村污水處理系統(tǒng)較為穩(wěn)定的主力技術(shù)，這主要是因?yàn)樗募夹g(shù)規(guī)模較小且成本較低，可以有效控制農(nóng)村污水對(duì)生態(tài)環(huán)境的二次污染，且擁有較高的易用特性。
2.1 人工濕地處理技術(shù)的系統(tǒng)組成
人工濕地處理技術(shù)具有較強(qiáng)的凈化功能，支撐其凈化作用主要有基質(zhì)、微生物以及水生植物這幾因素。人工濕地本身就含有豐富的微生物資源，它們作為濕地生態(tài)處理系統(tǒng)的主要分解者，能對(duì)水質(zhì)凈化起到較好效果。
(1)基質(zhì)。它也被稱為填料，在濕地系統(tǒng)中它是污水凈化的主力，主要為濕地中植物與微生物生存提供棲息地。一般來說人工濕地的基質(zhì)多以土壤、砂礫為主，而近年來像沸石、頁巖、陶瓷、石灰石等材料也成為基質(zhì)主要成員。無論是人工材料還是天然材料，對(duì)基質(zhì)的選擇一定要針對(duì)相應(yīng)的污染物來進(jìn)行，例如如果是處理含鉛量較高的生活廢水則主要以膨潤(rùn)土作為主要基質(zhì)。正常來講，基質(zhì)的選擇以易得、價(jià)廉、高效、安全無毒為基本原則，當(dāng)然，在人工濕地中基質(zhì)之間也可以形成組合，這樣能夠進(jìn)一步提高對(duì)污水的脫氮除磷效果。而且，微生物與植物可以實(shí)現(xiàn)在基質(zhì)中共存，以共同來完成污水凈化任務(wù)。
(2)水生植物。水生植物作為生態(tài)系統(tǒng)中的重要成員，它能夠直接影響污水處理效果。從實(shí)踐研究中就發(fā)現(xiàn)，人工濕地水生植物能夠有效分解多種有機(jī)物質(zhì)，也可以對(duì)污水中的有害無機(jī)物進(jìn)行合理轉(zhuǎn)化吸收，形成利于植物生長(zhǎng)的物質(zhì)。由此可知，水生植物在人工濕地中既可以吸收污水有害物質(zhì)，又能維持人工濕地生態(tài)環(huán)境平衡，例如燈芯草就可以用來在人工濕地中編制草席，在改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境的同時(shí)，也具有一定的景觀觀賞價(jià)值。
(2)微生物。微生物能夠在人工濕地中對(duì)污染物進(jìn)行降解，它是濕地生態(tài)系統(tǒng)中氨磷轉(zhuǎn)化與能量流動(dòng)的主要物質(zhì)。一般情況下人工濕地微生物都分布于人工濕地的基質(zhì)表面積植物根系上，這其中就主要包括了真菌與細(xì)菌兩種。例如，好氧反硝化細(xì)菌與異氧硝化微生物能夠在以單循環(huán)為主的濕地系統(tǒng)中起到非常重要的平衡作用，
而且微生物本身也會(huì)形成一個(gè)相當(dāng)數(shù)量與活性的群落來保持其在人工濕地中物質(zhì)降解的穩(wěn)定狀態(tài)。在農(nóng)村如果能按照不不同污水成分來選擇不同微生物活性，就可以有效提高污水中污染物的去除率。因此，在人工濕地中保持微生物種類的多樣性對(duì)整個(gè)濕地系統(tǒng)正常運(yùn)行都很重要，它可以提升微生物對(duì)污水處理的作用機(jī)理，體現(xiàn)人工濕地更大的應(yīng)用價(jià)值。
2.2 人工濕地的適用性
人工濕地的適用性相當(dāng)豐富，它不但組合形式多樣，污水處理效果穩(wěn)定，也能夠在冬季擁有穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。
(1)人工濕地組合形式方面。它主要參考了國(guó)內(nèi)外先進(jìn)工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，主要按照濕地系統(tǒng)布水方式的異同以及水在系統(tǒng)中的流動(dòng)方式來選擇是使用表面流人工濕地還是潛流人工濕地。前者代表自由表流域構(gòu)筑表流兩種濕地，后者代表了水平潛流與垂直潛流兩種濕地。不同人工濕地其對(duì)污染物的去除效果也不盡相同，具體來說一定要根據(jù)農(nóng)村周邊的實(shí)際環(huán)境、自然條件、經(jīng)濟(jì)狀況、排水標(biāo)準(zhǔn)以及污水實(shí)際類型來做到因地制宜的工藝組合，比如目前農(nóng)村比較常見的像一級(jí)強(qiáng)化人工濕地、二級(jí)生化人工濕地、水解酸化人工濕地等等都擁有比較優(yōu)良的污水處理效果。
(2)人工濕地處理效果方面。如果以北方地區(qū)為例，其冬季氣溫偏低，所以要考慮冬季濕地中植物與微生物可能死亡或失去活性等問題，進(jìn)而導(dǎo)致濕地的整體運(yùn)行效率偏低。為了確保北方地區(qū)在冬季時(shí)人工濕地對(duì)CODcr、BOD5等等依然有與夏季接近的去除效果，就必須考慮對(duì)傳統(tǒng)人工濕地系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)，可以考慮為人工濕地系統(tǒng)增添預(yù)處理系統(tǒng)，比如增加接觸氧化池、排除溝渠、沉淀池、水解酸化池等等。另外，也可以考慮為系統(tǒng)增加曝氣一有效提高濕地中的溶解氧度，促進(jìn)濕地植物對(duì)N、P等物質(zhì)元素的快速吸收。如果是寒冷的北方冬季時(shí)節(jié)，還要根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境條件來選擇繁殖性較強(qiáng)且氧氣傳輸能力較好的抗氧性植物。
雖然人工濕地系統(tǒng)技術(shù)表面來看相對(duì)復(fù)雜，但實(shí)際上它的系統(tǒng)建設(shè)相當(dāng)簡(jiǎn)單，而且對(duì)基建投資要求不高，特別是噸水建設(shè)投資大概相當(dāng)于二級(jí)污水處理廠的1/4左右。一般常規(guī)污水處理系統(tǒng)為了確保污水處理的良好效果，還要加入一定量的藥劑確保污水處理達(dá)標(biāo)，但人工濕地系統(tǒng)卻不需要，它只需要1～2名技術(shù)人員做好日常維護(hù)即可。相比于同等規(guī)模污水處理設(shè)施，人工濕地系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用也非常之低，僅為前者的1/3左右。人工濕地水生植物能夠結(jié)合污水處理功能形成自然景觀，對(duì)環(huán)境美化效益而言也具有極高實(shí)際價(jià)值。
3 案例分析
3.1 某縣人工濕地改造工程方案概述
某縣傳統(tǒng)采用一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)污水處理廠進(jìn)行農(nóng)村生活污水處理，它所采用的是一級(jí)機(jī)械強(qiáng)化技術(shù)，處理水質(zhì)可達(dá)到國(guó)家一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。
近年來當(dāng)?shù)貫榱颂岣叩胤轿鬯幚硇�，做到污水處理與綠色景觀結(jié)合，達(dá)到低成本污水處理目的。從成本節(jié)約來看，相比于一級(jí)機(jī)械污水處理強(qiáng)化技術(shù)，人工濕地污水處理能夠?qū)崿F(xiàn)每噸水處理節(jié)約0.3元(只需0.2元)，再加上政府補(bǔ)貼和人工費(fèi)用，該縣每年利用人工濕地處理農(nóng)村污水可盈利約200萬元，真正實(shí)現(xiàn)了綠色污水處理工藝、低運(yùn)營(yíng)成本、高經(jīng)濟(jì)回報(bào)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
3.2 工藝流程
該縣預(yù)計(jì)通過人工濕地每天處理污水1.0萬t，并為人工濕地系統(tǒng)配備了前期預(yù)處理設(shè)施，它的工藝流程如下：縣內(nèi)農(nóng)村生活污水→格柵→水解酸化池→接觸氧化池→沉淀池→兩級(jí)人工濕地→排除溝渠。以下主要介紹該工藝流程中的人工濕地部分。該縣在人工濕地污水處理系統(tǒng)方面采用了主體處理工藝，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為二級(jí)垂直流人工濕地，其占地面積約為5萬平方米，并實(shí)現(xiàn)了一、二級(jí)濕地串聯(lián)組合，其中每塊由4塊濕地所共同組成。濕地床深度設(shè)計(jì)為1.5m，其主要由池體、濕地水生植物以及基質(zhì)填料所共同組成。其中池體部分所采用的是磚砌結(jié)構(gòu)，并配合了混凝土抹面，
同時(shí)也為池體設(shè)計(jì)了防滲層，以確保其結(jié)構(gòu)更加緊湊，易于建造。為了更好實(shí)現(xiàn)物質(zhì)降解，該人工濕地系統(tǒng)所采用的水生植物迎合了當(dāng)?shù)剌^為潮濕的氣候環(huán)境，例如香蒲、菖蒲、蘆葦、水蔥等，如圖1所示。
圖1 某縣人工濕地結(jié)構(gòu)構(gòu)造示意圖
3.3 人工濕地水質(zhì)檢測(cè)方法及效果
該縣建設(shè)人工濕地系統(tǒng)主要希望檢測(cè)處理生活污水中的COD、NH3-N和pH值等等，要求每天都要對(duì)人工濕地的所有濕地板塊進(jìn)行輪流檢測(cè)，且主要針對(duì)氧化池進(jìn)行4個(gè)COD和6個(gè)pH值數(shù)據(jù)的每天定期檢測(cè)，將數(shù)據(jù)傳送到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行進(jìn)一步污水水質(zhì)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)并將處理數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。在農(nóng)村污水處理效果方面，以COD為例，它在原污水中的月平均濃度范圍為119.9～304.2mg/L，經(jīng)過接觸人工濕地系統(tǒng)氧化池處理后其月平均COD濃度范圍降低到57.3%～177.3%，而且該數(shù)據(jù)在人工濕地污水處理系統(tǒng)中保持穩(wěn)定，污水水質(zhì)本身也有較大改善。
4 結(jié)束語
經(jīng)過理論及實(shí)踐研究證明，人工濕地對(duì)農(nóng)村污水處理具有極高的適用可行性，而且它不會(huì)受到北方低溫影響，所選用的處理工藝措施也相當(dāng)合理，能夠達(dá)到較高的水體污染物處理效果，對(duì)改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境和水環(huán)境具有重大的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。
參考文獻(xiàn)：
[1]林媛媛,周剛,陳建紅,等.人工濕地處理技術(shù)在農(nóng)村污水處理中的運(yùn)用[J].資源節(jié)約與環(huán)保,2016,(9):296.
[2]楊晶.低影響開發(fā)實(shí)踐探索——以梨園公園為例[J].工程技術(shù)研究,2017,(3):251-252.
[3]吳培培.綜合治理河道措施在改善洪河水環(huán)境應(yīng)用實(shí)例[J].工程技術(shù)研究,2017,(6):93-94.
[4]高憲瑞,孫景耀,陳濤.山東微山湖濕地保護(hù)恢復(fù)工作分析報(bào)告[J].南方農(nóng)機(jī),2015,46(9):26+67.
[5]史密偉.北方典型農(nóng)村污水處理工藝現(xiàn)狀評(píng)價(jià)[J].甘肅科技,2016,32(8):5-6.
近期發(fā)表
