自然通風(fēng)型好氧人工濕地在農(nóng)村生活污水處理中的應(yīng)用

嚴(yán)金慧 浙江省桐廬縣環(huán)境保護局

王紅曉 高燕 邱琳 浙江省環(huán)境保護科學(xué)設(shè)計研究院

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，農(nóng)村的城鎮(zhèn)化，農(nóng)村生活用水方式發(fā)生了較大改變，生活污水排量激增。近幾年浙江省各縣市開展了農(nóng)村生活污水連片整治工作，進(jìn)行了多種人工濕地處理方式的嘗試，取得了一些成果，但也存在一些問題：

（1）工藝技術(shù)結(jié)構(gòu)不合理。傳統(tǒng)人工濕地處理效率不高；極易堵塞；季節(jié)適應(yīng)性不強；濕地系統(tǒng)中微生物量少，發(fā)揮作用不充分。

（2）農(nóng)村環(huán)境機構(gòu)不健全，缺乏專業(yè)環(huán)保人才。許多設(shè)施是政府一次性投資建成，沒有對后期的運行維護進(jìn)行配套。

為此，我們從韓國引進(jìn)了自然通風(fēng)型好氧人工濕地技術(shù)，并在桐廬君山村建立了示范工程。其在傳統(tǒng)人工濕地的基礎(chǔ)上進(jìn)行了創(chuàng)造性的改進(jìn)，利用自然通風(fēng)方式進(jìn)行充氧，顛覆了傳統(tǒng)人工濕地槽的結(jié)構(gòu)和運行方式，具有處理效率高，不堵塞，低碳無動力和無需人員值守等優(yōu)點。為浙江省乃至全國農(nóng)村生活污水治理開辟了一條新的路線。

1 工程概況

1.1 項目情況

污水來源主要為村域內(nèi)的居民生活污水，以及示范項目附近看守所、武警部隊和南方水泥廠職工宿舍等，服務(wù)人口1030人，設(shè)計處理水量80t/d。

1.2 工藝流程介紹

本項目采用自然通風(fēng)型好氧人工濕地技術(shù)，工藝流程見圖1，工藝結(jié)構(gòu)原理見圖2。

圖1 桐廬縣君山村生活污水自然通風(fēng)好氧人工濕地示范工程工藝流程圖

1.3 工藝說明

整個示范工程占地面積約500多平方米，依地勢梯度而建，靠重力自流運行。首先農(nóng)居點中的生活污水，通過污水管網(wǎng)收集，送至格柵井，通過格柵攔截，去除污水中的大塊垃圾及懸浮物；經(jīng)格柵后，污水自流進(jìn)入三格式過濾池，污水在池內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)水質(zhì)水量，并沉沙隔除浮油。經(jīng)過濾池后污水通過布水堰系統(tǒng)，以垂直方式重力自流進(jìn)入好氧濕地槽，槽內(nèi)利用自然通風(fēng)方式流入空氣來維持好氧條件，進(jìn)行有機污染物的氧化分解和硝化過程，同時利用砂石中的鈣和污水中的磷發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)達(dá)到除磷的效果，表層種植蘆葦?shù)戎参?，從上至下依次布置不同粒徑的石材，污染物在植物根系和好氧微生物的作用下得到有效降解；好氧濕地槽出水以水平推流的方式?jīng)過厭氧濕地槽，槽中設(shè)置有不同粒徑的碎石填料，并分為兼氧段和厭氧段，維持兼氧、厭氧條件，并在其上種植凈水植物，利用植物根系進(jìn)一步去除污水中有機污染物。污水經(jīng)上述系統(tǒng)層層處理后，生活污水即可得到深度凈化。

圖2 桐廬縣君山村生活污水自然通風(fēng)好氧人工濕地結(jié)構(gòu)示意圖

1.4 主要構(gòu)筑物設(shè)計

1.4.1 過濾池

功能：調(diào)節(jié)水質(zhì)水量，并進(jìn)行沉砂隔油。設(shè)計總?cè)莘e40m3，有效容積34m3，設(shè)計停留時間10h。建筑結(jié)構(gòu)：地下式鋼砼結(jié)構(gòu)；配套格柵1臺，隔油設(shè)施1套。

1.4.2 好氧濕地槽

功能：通過自然通風(fēng)充氧，利用填料表面的好氧微生物的代謝作用，凈化處理污水中有機污染物。設(shè)計總面積約200m2。建筑結(jié)構(gòu)：半地上土壩池體，漿砌石護坡，土工防滲構(gòu)造；配套自然通風(fēng)充氧系統(tǒng)1套，污水分配布水系統(tǒng)1套，配套不同粒徑的生物填料200m3。

1.4.3 厭氧濕地槽

功能：通過厭氧作用，利用填料表面的厭氧微生物的代謝作用，及水生植物的根系吸收凈化處理污水中的污染物。設(shè)計總面積約200m2。建筑結(jié)構(gòu)：地下式土壩池體，土工防滲構(gòu)造；配套不同粒徑的生物填料400m3。

1.4.4 出水井

功能：通過該構(gòu)筑物向地表水體排放處理后的尾水，并為后期取樣及監(jiān)測儀表安裝預(yù)留空間。設(shè)計容積1m3。建筑結(jié)構(gòu)：地下式鋼砼結(jié)構(gòu)。

1.5 工藝特點分析

本項目技術(shù)是在目前國內(nèi)普遍采用的人工濕地技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行了升級，加入了自然通風(fēng)型好氧濕地槽，在高效處理污水的同時繼續(xù)保持人工濕地的無動力運行，有效地緩解了目前人工濕地技術(shù)運行不穩(wěn)定、極易堵塞、受季節(jié)影響大、維護管理難等問題，真正做到高效、低碳、生態(tài)。

該技術(shù)的最大特點是：

（1）通過布水系統(tǒng)將污水均勻地分布至好氧濕地槽表層的細(xì)石子填料上。廢水中的固體懸浮物質(zhì)在進(jìn)入表層細(xì)石子填料形成的細(xì)小孔眼時，受到吸附和機械阻流作用被填料的表層所截留。同時，這些被截留的懸浮物之間發(fā)生重疊和架橋等作用，繼續(xù)過濾水中的懸浮物質(zhì)，以最大限度地截留廢水中的懸浮物，保證20年石子填料不發(fā)生堵塞。

（2）好氧濕地槽內(nèi)設(shè)有多層自然通風(fēng)系統(tǒng)，通過撥風(fēng)管等設(shè)施以及濕地槽內(nèi)外溫差、自然風(fēng)等條件，使空氣通過通風(fēng)系統(tǒng)，無需消耗動力即可為好氧濕地槽供氧。使得廢水在垂直流經(jīng)石子填料表面時，與通風(fēng)系統(tǒng)提供的新鮮空氣接觸充氧，使槽內(nèi)填料表面的好氧微生物發(fā)揮最大的生物活性，高效去除污水中的有機污染物質(zhì)。

（3）濕地槽中有不同粒徑的碎石填料，濕地槽表層不再如傳統(tǒng)人工濕地一樣鋪設(shè)熟土層。避免了土質(zhì)落入碎石填料層中，從而造成堵塞。同時，在碎石填料上種植蘆葦、再力花、傘型草、菖蒲、美人焦等濕地植物，通過植物根系的吸收、過濾使水質(zhì)得到進(jìn)一步凈化。

（4）整個濕地處理設(shè)施，按園林式進(jìn)行設(shè)計，搭配各種濕地植物，其間設(shè)置自然石板小徑，如同生態(tài)濕地公園。不僅可以處理全村的生活污水，還可以作為農(nóng)民游憩的場所。

2 運行效果與討論

該示范工程經(jīng)過近6個月的進(jìn)水調(diào)試運行，濕地植物長勢良好，水質(zhì)凈化感觀效果明顯，出水水質(zhì)清澈透明。在調(diào)試期間，當(dāng)?shù)丨h(huán)保監(jiān)測部門對其進(jìn)行了長期跟蹤監(jiān)測采樣分析，水質(zhì)分析數(shù)據(jù)見表1。

表1 示范工程水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果（摘錄） mg/L

通過水樣監(jiān)測表明，該自然通風(fēng)型好氧人工濕地對于農(nóng)村生活污水處理效果十分明顯，CODcr、氨氮、總磷及懸浮物的去除率分別達(dá)到了91.3%、95.5%、97.8%和85.7%，出水指標(biāo)明顯優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A標(biāo)，其中COD指標(biāo)達(dá)到了地表Ⅲ類水指標(biāo)，氨氮和總磷達(dá)到了Ⅳ～Ⅴ類水指標(biāo)，各項指標(biāo)均達(dá)到了國家回用水標(biāo)準(zhǔn)要求，證明該技術(shù)非常適合在中國農(nóng)村推廣應(yīng)用。

3 創(chuàng)新點與應(yīng)用前景

自然通風(fēng)型好氧人工濕地技術(shù)，破除了傳統(tǒng)人工濕地只能進(jìn)行厭氧處理方式運作，引入了無動力自然通風(fēng)充氧系統(tǒng)，并增加了布水系統(tǒng)，使空氣與水在濕地槽填料表面得到充分接觸，大大提高了污染物去除效率并有效地防止了堵塞現(xiàn)象的發(fā)生。

通過桐廬君山村示范點的成功應(yīng)用，證明了積極引進(jìn)和吸收國外先進(jìn)的自然通風(fēng)型人工濕地污水治理新技術(shù)、新工藝是適合我國國情的高效、低碳、環(huán)保的污水處理技術(shù)。其對于推進(jìn)農(nóng)村生態(tài)建設(shè)，促進(jìn)國民經(jīng)濟發(fā)展至關(guān)重要。通過項目建設(shè)將有助于改善農(nóng)村環(huán)境治理觀念，對農(nóng)村生活污水治理具有很好的借鑒性和引導(dǎo)性。通過該示范項目對我們當(dāng)前農(nóng)村生活污水治理的全面推進(jìn)起到很好的示范引路作用。生態(tài)友好型和低碳高效的污水處理技術(shù)，將成為農(nóng)村生活污水治理的發(fā)展趨勢。