水平潛流人工濕地在農(nóng)村生活污水處理中的應(yīng)用

楚昊 王倩

（1貴陽建筑勘察設(shè)計(jì)有限公司 貴州貴陽 550081 2貴州德潤環(huán)保產(chǎn)業(yè)有限公司 貴州貴陽 550003）

在過去的30年里我國環(huán)保工作的重心主要放在城市及工業(yè)環(huán)境污染，但隨著我國城鄉(xiāng)一體化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，農(nóng)村生活條件與經(jīng)濟(jì)發(fā)展得到很大提高，與此同時(shí)環(huán)境污染問題也接踵而來，然而由于農(nóng)村環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施配套不到位，農(nóng)民環(huán)保意識(shí)不強(qiáng)，環(huán)境保護(hù)工作一直遲滯不前[1]。

農(nóng)村生活污水是我國農(nóng)村污染物的主要來源之一，由于大多農(nóng)村尚無完善的排水系統(tǒng)，污水沿道路邊溝或路面直接排至附近水體，造成地表和地下水體的嚴(yán)重污染，加重了受納水體富營養(yǎng)化，直接威脅著周圍居民的飲用水安全[2]。所以，對(duì)農(nóng)村生活污水的治理迫在眉睫。但由于農(nóng)村資金有限，技術(shù)水平相對(duì)落后，且缺乏專業(yè)的管理人員，在選擇農(nóng)村生活污水處理工藝時(shí)，不宜采用規(guī)模化城鎮(zhèn)污水處理模式[3]。因此，采用高效率、低成本、易管理和易操作的農(nóng)村生活污水處理技術(shù)是農(nóng)村污水處理工作能有效進(jìn)行的保證。本文結(jié)合貴州省某農(nóng)村生活污水處理工程設(shè)計(jì)，采用水平潛流人工濕地處理工藝對(duì)農(nóng)村生活污水處理技術(shù)中提出了一種解決方案。

1 工程設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)水質(zhì)、水量

貴州某農(nóng)村的生活污水主要來源是居民日常生活污水和家中自養(yǎng)的畜禽產(chǎn)生的少量污水，主要污染物BOD5、CODcr、SS、氨氮和TP。設(shè)計(jì)處理能力為150t/d。要求出水達(dá)到國家《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)排放標(biāo)準(zhǔn)，具體進(jìn)水水質(zhì)和排放標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 進(jìn)水水質(zhì)和排放標(biāo)準(zhǔn)

圖1 工藝流程圖

1.2 污水處理工藝

根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)分析，該村生活污水的可生化性較好。但進(jìn)水中SS較高，主要表現(xiàn)在農(nóng)村生活污水的收集方式多為通過農(nóng)戶屋前的簡易水溝排入污水收集主管，因此其污水中固體懸浮物較多，因此設(shè)計(jì)污水處理前端須先進(jìn)行預(yù)處理。經(jīng)過預(yù)處理后的污水再進(jìn)入水平潛流人工濕地進(jìn)行處理。污水處理工程總占地面積2.2畝，其工藝流程圖見圖1。

2 水平潛流人工濕地結(jié)構(gòu)

2.1 床體結(jié)構(gòu)

水平潛流人工濕地（HSSF）系統(tǒng)是由一個(gè)或多個(gè)填料床組成，床體填充填料，床底設(shè)有防滲層，防止污染地下水，污水自進(jìn)口處沿著濕地床水平緩慢流動(dòng)，出口設(shè)置積水裝置和水位調(diào)節(jié)裝置，以保持水面低于床表層5cm~10cm和污水與根系的充分接觸。

目前國內(nèi)外人工濕地系統(tǒng)廣泛采用的基質(zhì)主要有：土壤、碎石、沙粒、粗沙、煤渣、多孔介質(zhì)(LECA)、硅灰石和工業(yè)廢棄物中的一種或幾種組成的混合物[4]?；|(zhì)可以為植物和微生物的生長提供依附表面和營養(yǎng)物質(zhì)，在污水流經(jīng)人工濕地時(shí)，基質(zhì)通過吸收、吸附、沉積和過濾等作用直接去除污染物。

該工程水平潛流人工濕地有效面積600m2，分為兩級(jí)，每級(jí)濕地有效面積300m2，單級(jí)濕地長為20m，寬為15m。床體中最底層為排水層，厚度0.3m，由粒徑約8mm~16mm的均勻礫石鋪設(shè)。依次向上是鈣質(zhì)礫石層、種植土層和細(xì)砂。鈣質(zhì)礫石層厚度0.25m，采用粒徑4mm～8mm的含鈣質(zhì)礫石，其可加強(qiáng)對(duì)磷的去除；種植土層厚度0.4m，種植土主要選用采用當(dāng)?shù)胤N植土，以松軟粘土壤土為主；最頂層為細(xì)砂層，厚度0.05m。全部填料層總厚度為1m。由于該項(xiàng)目地處南方農(nóng)村，冬季無結(jié)冰期，因此不考慮防凍措施，冬季氣溫較低時(shí)可在濕地床搭設(shè)農(nóng)膜大棚進(jìn)行保溫。

濕地床主要種植植物為蘆葦，并混種有菖蒲、風(fēng)車草、美人蕉等挺水植物,種植密度按9株/m2~25株/m2控制。

2.2 布水方式

潛流人工濕地中污染物的去除決定于水流中污染物與基質(zhì)以及根系上生物膜的接觸時(shí)間，因此，潛流人工濕地的設(shè)計(jì)中，對(duì)由水力停留時(shí)間分布(RTD)決定的水力學(xué)特性的理解成為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[5]。

本工程布水采用波流式布水，進(jìn)水端利用穿孔管在床體橫向多點(diǎn)進(jìn)水，水流程波流式前進(jìn)，出水同樣采用穿孔管收水，并設(shè)置積水和水位調(diào)節(jié)裝置。

2.3 防滲方式

人工濕地污水處理系統(tǒng)的濕地床在運(yùn)行過程中必須防止污水污染地下水，因此地下防滲是設(shè)計(jì)中必須考慮的問題，防滲材料的選擇是濕地系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵問題[6]。

本工程結(jié)合當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)情況，池底平整夯實(shí)后鋪設(shè)400g/m2防滲土工布，在其上鋪設(shè)200mm厚壓實(shí)黏土保護(hù)防滲膜。

3 設(shè)計(jì)參數(shù)及運(yùn)行分析

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

主要構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

表2 主要構(gòu)筑物及設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)

3.2 人工濕地調(diào)試運(yùn)行分析

該工程建成調(diào)試時(shí)正值春季，植物成活較好，在啟動(dòng)階段對(duì)濕地充水后通過水位調(diào)節(jié)使植物根系充分發(fā)育達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后開始連續(xù)進(jìn)水，期間根據(jù)植物生長情況進(jìn)行了缺苗補(bǔ)種、雜草清除、收割及控制病蟲害等一系列運(yùn)行管理。整個(gè)過程從啟動(dòng)到穩(wěn)定運(yùn)行持續(xù)了約1年時(shí)間，在設(shè)施穩(wěn)定運(yùn)行后對(duì)工程進(jìn)出水進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測，其平均值見表3。

表3 進(jìn)出水監(jiān)測值（平均值）

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出通過強(qiáng)化預(yù)處理結(jié)合二級(jí)人工濕地處理工藝設(shè)計(jì)出水可滿足出水標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3 效益分析

該工程運(yùn)行后，可減少CODcr排放量約7.67t/a，減少氨氮排放量約0.82t/a，減少磷排放量約0.1t/a，大大減輕了水體污染。同時(shí)也改變了村內(nèi)污水隨意排放的現(xiàn)象，大大改善了農(nóng)村的生活環(huán)境，具有良好的環(huán)境效益。

該項(xiàng)目運(yùn)行成本主要為動(dòng)力和人工費(fèi)用，動(dòng)力部分僅為一臺(tái)低功率潛水提升泵，管理人員主要為定期的巡視檢查和維護(hù)，經(jīng)測算該項(xiàng)目年運(yùn)行費(fèi)用為0.44萬元，運(yùn)行成本為約0.08元/t。因此采用人工濕地處理農(nóng)村生活污水，經(jīng)濟(jì)可行。

4 結(jié)語

本工程農(nóng)村生活污水經(jīng)適當(dāng)預(yù)處理后，采用水平潛流人工濕地處理，出水可以滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。其投資少，運(yùn)行費(fèi)用低，適合在農(nóng)村使用。

人工濕地作為一種新型生態(tài)污水處理技術(shù)，具有投資省、運(yùn)行簡便、處理效果穩(wěn)定、出水水質(zhì)好等諸多優(yōu)點(diǎn)，不失為我國經(jīng)濟(jì)尚欠發(fā)達(dá)、地理?xiàng)l件相對(duì)寬裕的廣大中小城鎮(zhèn)、居民小區(qū)污水處理的優(yōu)選方案[7]。

[1]潘碌亭,吳坤,楊學(xué)軍等.我國農(nóng)村污水現(xiàn)狀及處理方法探析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2015（5）:223-225.

[2]吳迪.農(nóng)村生活污水綜合處理與安全利用技術(shù).天津:天津科技翻譯出版公司，2009．

[3]劉峰,蘇宏智,秦良.中國農(nóng)村生活污水處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀.污染防治技術(shù)，2010,23(5):24-27.

[4]王桂芳,王大義,章志元．人工濕地+生態(tài)塘處理農(nóng)村生活污水工程實(shí)例[J].環(huán)境工程,2010,28(4):6-8.

[5]宋新山,張濤,嚴(yán)登華,等.不同布水方式下水平潛流人工濕地的水力效率[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2010,30(1):117-123.

[6]李雄勇,張帆,袁英蘭,等.對(duì)人工濕地污水處理系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)技術(shù)關(guān)鍵的探討[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué),2009,35(1):42-44.

[7]王薇,俞燕,王世和.人工濕地污水處理工藝與設(shè)計(jì)[J].城市環(huán)境與城市生態(tài),2001,14(1):59-62.