蓮藕人工濕地系統(tǒng)凈化對(duì)農(nóng)村廢污水凈化效果研究與示范

□王 劍 張克利

人工濕地系統(tǒng)是由土壤—水生植物—微生物和基質(zhì)組成的生態(tài)系統(tǒng)，凈化污水效果顯著,是控制面源污染的有效措施。在國(guó)內(nèi)是一項(xiàng)正在研究、應(yīng)用和發(fā)展的污水處理新技術(shù)，由于它具有高效率、低投資、低能耗和低運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)等優(yōu)點(diǎn)，適合我國(guó)的國(guó)情，尤其適用于廣大農(nóng)村地區(qū)處理污水。為有效凈化農(nóng)村污水，進(jìn)行了蓮藕人工濕地系統(tǒng)凈化農(nóng)村污水的示范工程研究。試驗(yàn)表明，示范工程凈化農(nóng)村污水效果顯著。

1.系統(tǒng)示范工程概述

在雙橋村建設(shè)示范工程，將村里的天然坑塘改造成生態(tài)凈化塘，水庫(kù)岸邊的養(yǎng)殖池塘改造成人工濕地。該村西邊緊鄰水庫(kù)，東高西低。村里有人口2188 人，平均排出生活污水（不含糞尿和廁所沖洗水）220t/d；另外,隨雨水沖刷，產(chǎn)生大量農(nóng)田徑流。2017年在村里新建一座污水處理站。但是由于村民是沿坡而居，高程落差較大，污水處理站不能完全收集、處理農(nóng)村污水。為全面深度凈化農(nóng)村污水，設(shè)計(jì)建造系統(tǒng)示范工程。系統(tǒng)試驗(yàn)運(yùn)行期間分別取用經(jīng)污水處理站處理過(guò)和未處理過(guò)的農(nóng)村污水。

2.系統(tǒng)示范工程工藝流程

經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外人工濕地的建設(shè)與運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)查研究，并結(jié)合實(shí)際情況，確定采用復(fù)合型工藝流程，系統(tǒng)整體工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)示范工程的工藝流程圖

3.系統(tǒng)示范工程建設(shè)及試運(yùn)行

3.1 系統(tǒng)水生植物的選擇

陡河水庫(kù)庫(kù)區(qū)生長(zhǎng)蓮、香蒲、蘆葦、金魚(yú)藻、菹草等土著水生植物，長(zhǎng)勢(shì)良好。蓮是耐污能力極強(qiáng)的挺水植物，對(duì)富營(yíng)養(yǎng)水體的抗性極強(qiáng)，喜歡有機(jī)質(zhì)含量豐富的土壤，其生長(zhǎng)過(guò)程吸收大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。另外，香蒲、蘆葦、金魚(yú)藻、菹草等水生植物不但能有效凈化水中主要污染物，還能被牲畜、魚(yú)類、家禽等所利用，實(shí)現(xiàn)污水資源化利用。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分析，最終確定在人工濕地栽種蓮，在生態(tài)凈化塘栽種香蒲、蘆葦、金魚(yú)藻、菹草等水生植物。

3.2 系統(tǒng)示范工程的建設(shè)

2017年3月開(kāi)始，經(jīng)過(guò)調(diào)查和科學(xué)論證，對(duì)原有的坑塘進(jìn)行設(shè)計(jì)改造。

3.2.1 生態(tài)凈化塘

在村里的5 口天然坑塘里面栽種香蒲、蘆葦、金魚(yú)藻、菹草等水生植物，在水體里放養(yǎng)鰱、鳙、鯽魚(yú)魚(yú)種，引種螺、貝類等底棲生物，改造成生態(tài)凈化塘。其功能是利用水生植物、藻類、微生物、水生動(dòng)物吸收污水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，達(dá)到凈化水的目的；同時(shí)水生動(dòng)植物繁殖生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)污水生態(tài)化處理和資源化利用。

3.2.2 蓮藕人工濕地

水庫(kù)岸邊20 處已廢棄的人工養(yǎng)殖池塘，選擇其中6 處改造成人工濕地，在底泥里均勻加入適量的煤渣和粉煤灰，改造成濕地植物床，并栽種蓮藕。其功能是利用蓮藕的生長(zhǎng)和沉積過(guò)濾懸浮物以及土壤中的微生物，吸收去除污水中的碳氮磷污染物。

3.2.3 引、配水溝渠

依據(jù)地形，自高向低，修建引水、配水溝渠。其功能是將農(nóng)村污水分別引流到污水處理站、生態(tài)凈化塘和蓮藕人工濕地。

3.3 系統(tǒng)示范工程的試運(yùn)行

在工程實(shí)施中，啟動(dòng)階段水生植物栽種后，引入經(jīng)污水處理站處理過(guò)的農(nóng)村污水，根據(jù)植物的生長(zhǎng)習(xí)性和設(shè)計(jì)水位運(yùn)行濕地系統(tǒng)，促進(jìn)各種水生植物成活、生長(zhǎng)并使根部向基底深處發(fā)展。經(jīng)過(guò)一年的試運(yùn)行，濕地系統(tǒng)進(jìn)入成熟階段后，整個(gè)系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)平衡，水生動(dòng)植物和微生物的生長(zhǎng)隨季節(jié)呈周期性變化，濕地的處理效能得以充分發(fā)揮。運(yùn)行穩(wěn)定后，系統(tǒng)內(nèi)的水生動(dòng)植物可根據(jù)需要進(jìn)行捕撈、收割，收割和捕撈可以提高系統(tǒng)的處理效率。

此項(xiàng)研究設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，充分利用地形和高差，污水自流運(yùn)行，不需使用動(dòng)力設(shè)備。

4.系統(tǒng)示范工程運(yùn)行和凈化效果

2018年5月起，隨著水生動(dòng)植物生長(zhǎng)，系統(tǒng)內(nèi)建立生態(tài)平衡，能量物質(zhì)進(jìn)入循環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)示范工程正式運(yùn)行。從5月初—10月底，對(duì)系統(tǒng)的水質(zhì)進(jìn)行了7 次水質(zhì)監(jiān)測(cè)，其中6 次是系統(tǒng)對(duì)農(nóng)村生活污水處理的結(jié)果，第7 次是系統(tǒng)對(duì)農(nóng)田徑流處理的結(jié)果。

4.1 系統(tǒng)對(duì)農(nóng)村生活污水的凈化效果

農(nóng)村生活污水經(jīng)污水處理站處理后，由總進(jìn)水口流入生態(tài)凈化塘，由總出水口流出蓮藕人工濕地。系統(tǒng)對(duì)農(nóng)村生活污水的凈化效果，其結(jié)果見(jiàn)圖2～圖6。

圖2 CODCr指標(biāo)變化及去除率曲線圖

圖3 NH3-N 指標(biāo)變化及去除率曲線圖

圖4 TN 指標(biāo)變化及去除率曲線圖

圖5 TP 指標(biāo)變化及去除率曲線圖

圖6 SS 指標(biāo)變化及去除率曲線圖

圖2～圖6中的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，系統(tǒng)示范工程凈化入庫(kù)農(nóng)村生活污水效果明顯，其對(duì)農(nóng)村生活污水中CODCr、NH3- N、TN、TP、SS的去除率分別最高可達(dá)74%、76%、83%、84%、93%。 這表明該系統(tǒng)已經(jīng)形成了一個(gè)對(duì)水中污染物具有良好凈化效果的水生生態(tài)系統(tǒng)，物質(zhì)能量進(jìn)行生態(tài)循環(huán)，達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡。

通過(guò)各指標(biāo)去除率曲線圖可以看出：隨著天氣轉(zhuǎn)暖和氣溫升高，水生動(dòng)植物生長(zhǎng)速度變快，系統(tǒng)的凈化功能也隨之增強(qiáng)，對(duì)應(yīng)的污染物指標(biāo)去除率曲線均呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)。7月份，由于污水處理站頻繁出現(xiàn)故障，導(dǎo)致流入生態(tài)凈化塘的污水濃度過(guò)大，從而影響系統(tǒng)的整體去除率。8月份，污水站運(yùn)行正常后，系統(tǒng)的去除率出現(xiàn)明顯上升。

4.2 系統(tǒng)對(duì)農(nóng)田徑流的凈化效果

8月2日雙橋村降中雨，形成農(nóng)田徑流。農(nóng)村徑流未經(jīng)污水處理站處理，直接流入系統(tǒng)。系統(tǒng)對(duì)農(nóng)田徑流處理的監(jiān)測(cè)結(jié)果和凈化效果見(jiàn)表1。

表1 蓮藕人工濕地系統(tǒng)對(duì)農(nóng)田徑流污染物去除效果表（降雨量23.6mm，降雨歷時(shí)110min）

表1 的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，系統(tǒng)示范工程凈化中雨級(jí)別的農(nóng)田徑流效果明顯，對(duì)主要污染物去除率均較高。

圖2～圖6 和表1 的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，系統(tǒng)示范工程凈化入庫(kù)農(nóng)村污水效果顯著，凈化后水達(dá)到《農(nóng)村生活污水排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)，允許排放到水源地水體。通過(guò)系統(tǒng)凈化，減輕了水源地污染負(fù)荷。

系統(tǒng)不僅帶來(lái)了社會(huì)效益，還創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益，為水庫(kù)創(chuàng)造了生態(tài)效益。

通過(guò)近一年的處理運(yùn)行，系統(tǒng)示范工程運(yùn)行狀況良好，其建設(shè)和主體運(yùn)行都達(dá)到了示范工程的預(yù)期目標(biāo)。

5.討論與分析

此項(xiàng)研究將6 處人工養(yǎng)殖池塘改造成了人工濕地，處理污水能力有限，只能完全接納處理村里生活污水和中雨級(jí)別的農(nóng)田徑流，對(duì)于大、暴雨級(jí)別的農(nóng)田徑流，尚不能有效接納和處理。為應(yīng)對(duì)大、暴雨級(jí)別的農(nóng)田徑流，應(yīng)將其余14 口養(yǎng)殖池塘也改造成人工濕地，可以增加接納、處理農(nóng)田徑流能力，做到全面處理農(nóng)村污水。

6.結(jié)論

此項(xiàng)研究建立的系統(tǒng)示范工程在正常運(yùn)行狀態(tài)下，其對(duì)所處理農(nóng)村污水中CODCr、NH3-N、TN、TP、SS 的去除率分別最高可達(dá)74%、78%、83%、84%、95%，達(dá)到了示范工程的預(yù)期目標(biāo)。該系統(tǒng)示范工程具有操作簡(jiǎn)便、污染物凈化能力強(qiáng)、系統(tǒng)穩(wěn)定性好、運(yùn)行處理費(fèi)用低等特點(diǎn)，并且還創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)環(huán)境效益。

蓮藕人工濕地系統(tǒng)對(duì)農(nóng)村污水凈化處理效果顯著，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn),而且具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和良好的示范作用，具有較高的推廣價(jià)值，為湖泊、水庫(kù)農(nóng)村污水治理，提供了重要的技術(shù)參考和工程示范。