城郊農(nóng)村生活污水濕地凈化治理的運行與維護(hù)

陳升威 李偉楠 唐芝琳

（沈陽理工大學(xué)，遼寧 沈陽 110159）

1 引言

城郊農(nóng)村生活污水具有明顯的隨機(jī)性、分散性特點，部分農(nóng)民的環(huán)保節(jié)水意識淡薄，導(dǎo)致農(nóng)村生活污水隨意排放的現(xiàn)象存在，污染當(dāng)?shù)鼐幼…h(huán)境的現(xiàn)象時有發(fā)生。城郊農(nóng)村生活污水的合理處置不僅能改善當(dāng)?shù)鼐用裆顥l件，對鄉(xiāng)村振興也有重要意義。

針對散發(fā)性的生活污水，應(yīng)選取合適的處置模式，使污水的危害性降到最低。為因地制宜治理城郊農(nóng)村生活污水，根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w氣候情況及可建設(shè)條件合理選擇人工濕地類型，采取“因地施策、一地一策”的方針，對城郊農(nóng)村生活污水進(jìn)行凈化治理。人工濕地對生活污水治理凈化的能力較好，環(huán)境友好性良好，無需過多開挖埋設(shè)地下集水管線。盡可能將生活污水就地治理，在減少給水管網(wǎng)建設(shè)的同時，還能利用濕地的景觀作用帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

2 城郊農(nóng)村生活污水治理現(xiàn)狀

2.1 城郊農(nóng)村生活污水來源

城郊農(nóng)村生活污水的來源廣泛、組成復(fù)雜、污染物濃度低。以安徽省為例，當(dāng)?shù)卮罅哭r(nóng)村地區(qū)的生活污水僅通過簡易溝渠或經(jīng)化糞池簡單處理之后直接排放到周邊，對自然環(huán)境造成了污染［1］。

農(nóng)村生活污水大致可以分為廚余污水、洗滌污水、沖刷污水3 類，而生活污水在農(nóng)村區(qū)域的排放往往是較為隨意的［2］。其中大量污水的排放主要經(jīng)由地表滲透和表面溪流匯入河道，沒有采用集中有效的處理方式，對自然生態(tài)環(huán)境具有潛在的污染和影響。

目前城郊農(nóng)村生活污水處理方式相較于以往有了更多的選擇。生活污水的處理方式由原來的簡單排放逐步擴(kuò)展為集中處理、人工濕地、地下滲濾等新型處理方式，逐步向現(xiàn)代化、可持續(xù)化發(fā)展。

2.2 城郊農(nóng)村生活污水排放與治理

城郊農(nóng)村生活污水的可生化性較好，其中的重金屬含量一般不會超標(biāo)，主要的污染物為COD、BOD5、SS、氨氮和總磷，針對上述污染物已經(jīng)有完整的體系進(jìn)行凈化處置，然而由于城郊農(nóng)村地區(qū)的地域特殊性，大規(guī)模建設(shè)集中污水處理廠消耗巨大且效果一般，網(wǎng)格化、片區(qū)化、小規(guī)?；幚砦鬯畡菰诒匦?。目前國內(nèi)已有較多地方建設(shè)小規(guī)模低日處理量污水廠，且運行效果良好，對于城市郊區(qū)城鎮(zhèn)化率相對較高的區(qū)域，建設(shè)此類污水廠效益較好，但對于偏遠(yuǎn)的農(nóng)村地區(qū)的污水處理仍需因地制宜，采取針對性的舉措。

為分析不同地域的城市郊區(qū)及農(nóng)村地區(qū)的生活污水治理，在南昌市、阜新市、商丘市對城郊農(nóng)村居民的污水處理問題進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果顯示，簡易排放主要是通過就地傾倒和潑灑的方式排放污水，就地網(wǎng)格處理為已建設(shè)的化糞池、人工濕地、氧化塘、地下滲濾等處理方式，其中人工濕地凈化治理生活污水在部分地區(qū)已經(jīng)開始施行。上述三地污水排放調(diào)查情況見表1。

由表1 可見，不同地區(qū)的農(nóng)村生活污水處理仍存在不少簡易排放的現(xiàn)象，此現(xiàn)象在城市化程度較高的城鎮(zhèn)占比小。生活污水的主要排放途徑為兩個，一是通過已經(jīng)建設(shè)完畢的集水管網(wǎng)統(tǒng)一處理，二是簡單排放至地表徑流與河道，并未通過系統(tǒng)處理。通過集水管網(wǎng)統(tǒng)一處理的生活污水對環(huán)境不會造成影響，而簡單排放對地下水、河流的影響不可忽視，即便生活污水的污染物濃度較低，但是其生化性良好，容易造成局部水體的富營養(yǎng)化。調(diào)查顯示，在部分農(nóng)村地區(qū)仍然采用較為原始的排放方式，洗碗洗菜水、澡堂廢水、高生化性污泥等排放情況較不理想。在農(nóng)村生活環(huán)境大為改善的條件下，生活污水的處理也應(yīng)該得到重視并加以改觀。

在污水處理過程中，就地網(wǎng)格化處理已逐步成為鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村地區(qū)未來的發(fā)展趨勢，并且已經(jīng)有良好的示范。但是由于亂潑亂倒現(xiàn)象依舊存在，洗衣排水、淋浴排水一起排入坑塘，如何收集分散住戶的生活污水是推進(jìn)就地網(wǎng)格化處理的重中之重。

2.3 農(nóng)村生活污水濕地凈化

人工濕地的優(yōu)點是凈化效果好，工藝設(shè)備簡單，管理方便，工程基建和運行費用低，生態(tài)環(huán)境效益顯著，其短板是其占地面積較大。相較于傳統(tǒng)的污水處理方式，人工濕地的占地面積是污水廠占地面積的一倍以上，并且存在著物種管理的難度，容易受到外界環(huán)境變化的影響。如東北某地冬季可長達(dá)5 個月，人工濕地在高寒地區(qū)的處理能力將大打折扣，甚至沒有處理能力。故人工濕地的運行具有一定的地域性和季節(jié)性，在秦嶺淮河以南區(qū)域，冬季寒冷時間較短、結(jié)冰期短，對濕地的影響相對較小，且濕地可以采用潛流方式增強(qiáng)抗凍能力。

以寧波市鄞州西部山區(qū)山下村采用的厭氧—人工潛流型濕地為例，針對氨氮與COD 的處理，其去除率可達(dá)到73.8%和71.7%，對總磷和BOD5的去除率分別高達(dá)88.2%與88.7%［3］，可見該方法具有優(yōu)良的處理能力和低廉的建設(shè)成本。在將污水通入人工濕地處理前亦可進(jìn)行預(yù)處理，如排便污水可先通入化糞池或強(qiáng)化厭氧池中，經(jīng)過預(yù)處理之后的污水再匯入人工濕地進(jìn)行下一步處理，以保護(hù)人工濕地的植被生長并提高處理能力。

3 人工濕地的建設(shè)

3.1 人工濕地的選擇

國家相關(guān)設(shè)計手冊中根據(jù)濕地內(nèi)水體流動方式將濕地分為表流式（FWS）、水平潛流式（HSSF）和垂直潛流式（VF），這三大類濕地構(gòu)成濕地的基本形態(tài)，可針對不同氣候不同地理條件選擇相適應(yīng)的人工濕地類型。

針對寒冷氣候條件下的區(qū)域，通常建設(shè)HSSF型人工濕地，在潛流部分亦可靈活布置填料種類和填充度定向去除某種特定污染物，在我國北方等冬季氣候寒冷的區(qū)域，可選擇此類濕地達(dá)到凈化目的。

除去氣候方面影響，濕地的選型亦受地質(zhì)或空間限制的影響，如建設(shè)空間狹小、土質(zhì)堅硬、大面積開發(fā)困難等，針對此類條件，常選取VF 型人工濕地以解決使用空間有限的問題，使水流自上而下垂直或斜向流入濕地，分層分級逐步凈化來水中的污染物，其凈化效果明顯、凈化能力突出，但其單位建造價格較為昂貴，在日本城市郊區(qū)的生活污水及畜牧業(yè)污水凈化多采用此種類型［4］，我國南方部分農(nóng)村地區(qū)丘陵密布，可建設(shè)面積受限情況常有，可采取VF 型人工濕地。

FWS 型人工濕地最顯著的優(yōu)點就是具有良好的濕地景觀且運行成本較低，基本不存在因運行過程中來水中懸浮物顆粒較大影響管路的情況，但是其單位凈化能力不如其他人工濕地，且易受到寒冷天氣影響。故在我國寒冷期較短的區(qū)域內(nèi)，當(dāng)建設(shè)條件良好，可建設(shè)面積充足，凈化來水主要為雨水、低濃度洗刷廢水時，可優(yōu)先考慮FWS 型人工濕地。

除此3 種人工濕地類型以外，亦有復(fù)合型人工濕地系統(tǒng)，其主要為基本類型的有機(jī)串聯(lián)或與其他污水處理工藝系統(tǒng)整合。在實際建設(shè)時，復(fù)合型人工濕地往往能最大化利用資源處理污水。近年來，人工濕地在網(wǎng)格化建設(shè)中常運用到的是以VF 型人工濕地為主的復(fù)合型人工濕地系統(tǒng)，這是因為來水中主要污染物為氨氮和總磷［5-6］。除此之外，還有HSSF-VF型和倒置HSSF-VF（VF-HSSF）型人工濕地，由于HSSF 型人工濕地對硝態(tài)氮處理效果理想，此類組合可在進(jìn)水硝態(tài)氮或總氮較高情況下采用。針對其他污染物，如總磷和重金屬等，在復(fù)合型濕地內(nèi)選取特異性填料以達(dá)到沉積吸附處理的效果［5］。如利用海蠣殼—廢磚塊組合填料HSSF 型人工濕地對農(nóng)村地區(qū)養(yǎng)豬廢水中總磷進(jìn)行處理，其去除率可達(dá)到88.41%［7］。

3.2 濕地植物的選取

濕地植被可選取的類型眾多，以長治市濕地植物調(diào)查為例，在長治境內(nèi)濕地植物有217 種［8］，在實際建設(shè)過程中并不需要嚴(yán)格選擇某種濕地植物，可根據(jù)特定氣候條件選擇適宜當(dāng)?shù)氐臐竦刂参铩＠?，?dāng)某地降水量集中分布在夏季，秋冬降水量稀少時，可采取一年生植物廣泛種植，達(dá)到絕對優(yōu)勢以維持濕地正常運行。

根據(jù)特定情況選取植物時，除了關(guān)注建設(shè)區(qū)域內(nèi)氣候條件，亦需要注意控制運行成本，在布設(shè)濕地植物時，在盡可能采用適宜且低成本植物的同時保證運行質(zhì)量。利用植物季節(jié)性演替的特性綜合當(dāng)?shù)丶竟?jié)變換一同考量，如第一季度尚處在冰凍期或寒冷期，濕地植物生長較不適宜；第二季度進(jìn)入一年生植物的快速生長期；第三季度由于日照時間充分且溫度較為適宜，挺水類植物較為繁茂，蘆葦、香蒲生長旺盛；第四季度逐步進(jìn)入寒冷期，多年類草本植物依舊可以發(fā)揮作用。

3.3 試運行期間數(shù)據(jù)采集

試運行期的長短取決于濕地植物生長演替進(jìn)展情況，從人工濕地建設(shè)完畢，到濕地整體植物的生長和演替逐步穩(wěn)定時，這期間即為試運行期。在試運行期間內(nèi)，濕地植物的生長狀況、群落占比等數(shù)據(jù)尤為重要，當(dāng)出現(xiàn)某一植物反常衰退或死亡時，應(yīng)注意及時補(bǔ)充或更換植株，直到整體濕地能借助最少外力的情況下正常運行。

4 人工濕地的運行維護(hù)與管理

4.1 人工濕地的運行維護(hù)

成功通過試運行的人工濕地在進(jìn)入正式運行之后，需要注意的是，同試運行期間一樣，需要按周期定時收集濕地植物的分布情況和生長情況，以保證濕地的正常運轉(zhuǎn)；對出水質(zhì)量的監(jiān)測不可間斷，以及時衡量濕地凈化水質(zhì)的能力。

當(dāng)濕地類型為FWS 時，由于其表流的特征，運行成本和管理難度較低，主要關(guān)注濕地植被的收割和電器設(shè)備的保養(yǎng)；濕地類型為HSSF，VF 及其復(fù)合型時，除了植被收割和電器保養(yǎng)外，還需要注意運行處理過程中其內(nèi)部管路的暢通，當(dāng)出現(xiàn)淤堵情況時及時找到淤堵點加以處理，同時其曝氣系統(tǒng)在實際使用時容易出現(xiàn)當(dāng)進(jìn)水水質(zhì)波動較大而導(dǎo)致曝氣頭阻塞的情況。由于地勢原因，HSSF 和VF 型濕地常配有中途提升泵，中途提升泵的養(yǎng)護(hù)也是這兩類濕地正常運行的關(guān)鍵。

在運行維護(hù)日常設(shè)備過程中，除了監(jiān)測實時運行數(shù)據(jù)以外，還需要針對來水質(zhì)量波動及時調(diào)整各設(shè)備運行狀態(tài)，如突發(fā)強(qiáng)降雨或山洪等極端氣候條件時，水量波動劇烈，需要及時打開溢流堰或倒流渠，以防過量水量損壞濕地內(nèi)的構(gòu)造和設(shè)備，降低損害。

4.2 城郊農(nóng)村濕地的運行維護(hù)管理方式

由于城郊農(nóng)村地域的特殊性，其地理位置一般離主城區(qū)較遠(yuǎn)，相關(guān)運行維護(hù)人員的配置有一定難度，針對管理濕地方面人手短缺的問題，可創(chuàng)新采用“濕地長”的管理方法，培訓(xùn)城郊居民和農(nóng)村村民對處理其廢水的濕地進(jìn)行運行維護(hù)工作并給予相應(yīng)報酬，在節(jié)省外派運維專門人員開銷的同時，培養(yǎng)當(dāng)?shù)鼐用竦沫h(huán)保意識。

同時，濕地的建設(shè)需要資本投入，可通過招商引資吸引外來資本投入城郊農(nóng)村污水處理市場，以濕地為主體改善當(dāng)?shù)鼐幼…h(huán)境，從而推動當(dāng)?shù)氐谌a(chǎn)業(yè)發(fā)展，雇用當(dāng)?shù)鼐用褙?fù)責(zé)濕地日常運行維護(hù)，還可以此拓展相關(guān)產(chǎn)業(yè)，如旅游業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)。目前針對FWS 型濕地已有稻花魚等靈活養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提升了當(dāng)?shù)鼐用窨芍涫杖?，改善了?dāng)?shù)氐囊司有浴?/p>

5 結(jié)語

城郊農(nóng)村生活污水的凈化治理正逐步成為我國非城鎮(zhèn)化地區(qū)環(huán)境方面的重要課題，正確處理低流量散發(fā)性生活污水是當(dāng)下改善城郊農(nóng)村水環(huán)境的切入點。抓住不同地域不同條件的差異，采取因地制宜的方法，選取適合的人工濕地類型并加以組合為系統(tǒng)，搭配適宜當(dāng)?shù)氐臐竦刂脖灰赃_(dá)到最適處理條件，采用創(chuàng)新“濕地長”的管理辦法擴(kuò)展?jié)竦貙嵱脙r值，讓濕地不僅是處理生活污水的容器，更具有良好的經(jīng)濟(jì)價值、社會價值，大幅度提升城郊農(nóng)村居民的生活幸福感。