農(nóng)村污水處理中人工濕地的有效應(yīng)用
發(fā)布日期：2017-12-13 點擊：819
在我國，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，利用運行費用成本較低且易于操作的人工濕地來處理污水已經(jīng)成為當前農(nóng)村處理污水工程的重要發(fā)展趨勢。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，實際例證了我國農(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，它可以針對污水進行前處理和后處理二次處理。在我國，人工濕地污水處理技術(shù)應(yīng)用相當廣泛，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)二級污水處理，這主要是因為人工濕地污水處理利用到了以土壤、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污染物，還能過濾水體富營養(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，它是指人們在生活中所使用的廁所沖洗水、廚房洗滌污水以及洗浴用水等等，當然也包括個別農(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，它們主要以有機物為主，另外還有富營養(yǎng)的氮磷物質(zhì)以及病菌、懸浮物等。據(jù)調(diào)查，農(nóng)村生活污水各個污染物排放濃度中CODcr占到最多(可達到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)村在這方面相對落后，因為農(nóng)村經(jīng)濟基礎(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)變化波動大、無有毒有機污染物、可生化性較好為基本特點。
2 人工濕地技術(shù)概述
我國大部分農(nóng)村地區(qū)由于地處遠離城市的偏遠位置，基于經(jīng)濟、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，我國的農(nóng)村污水分散式處理模式相比于海外發(fā)達國家還相對落后，并沒有實現(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農(nóng)村科技化建設(shè)進程遠遠落后于城市，另一方面也是因為農(nóng)村經(jīng)濟的相對貧瘠。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)，這主要是因為它的技術(shù)規(guī)模較小且成本較低，可以有效控制農(nóng)村污水對生態(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，對基質(zhì)的選擇一定要針對相應(yīng)的污染物來進行，例如如果是處理含鉛量較高的生活廢水則主要以膨潤土作為主要基質(zhì)。正常來講，基質(zhì)的選擇以易得、價廉、高效、安全無毒為基本原則，當然，在人工濕地中基質(zhì)之間也可以形成組合，這樣能夠進一步提高對污水的脫氮除磷效果。而且，微生物與植物可以實現(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物質(zhì)，也可以對污水中的有害無機物進行合理轉(zhuǎn)化吸收，形成利于植物生長的物質(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，也具有一定的景觀觀賞價值。
(3)微生物。微生物能夠在人工濕地中對污染物進行降解，它是濕地生態(tài)系統(tǒng)中氨磷轉(zhuǎn)化與能量流動的主要物質(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菌兩種。例如，好氧反硝化細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形成一個相當數(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整個濕地系統(tǒng)正常運行都很重要，它可以提升微生物對污水處理的作用機理，體現(xiàn)人工濕地更大的應(yīng)用價值。
2.2 人工濕地的適用性
人工濕地的適用性相當豐富，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)定的運行狀態(tài)。
(1)人工濕地組合形式方面。它主要參考了國內(nèi)外先進工程設(shè)計經(jīng)驗，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)村周邊的實際環(huán)境、自然條件、經(jīng)濟狀況、排水標準以及污水實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強化人工濕地、二級生化人工濕地、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，進而導(dǎo)致濕地的整體運行效率偏低。為了確保北方地區(qū)在冬季時人工濕地對CODcr、BOD5等等依然有與夏季接近的去除效果，就必須考慮對傳統(tǒng)人工濕地系統(tǒng)技術(shù)進行相應(yīng)改進，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，促進濕地植物對N、P等物質(zhì)元素的快速吸收。如果是寒冷的北方冬季時節(jié)，還要根據(jù)當?shù)貧夂颦h(huán)境條件來選擇繁殖性較強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)表面來看相對復(fù)雜，但實際上它的系統(tǒng)建設(shè)相當簡單，而且對基建投資要求不高，特別是噸水建設(shè)投資大概相當于二級污水處理廠的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標，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)的運行費用也非常之低，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，對環(huán)境美化效益而言也具有極高實際價值。
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A標準污水處理廠進行農(nóng)村生活污水處理，它所采用的是一級機械強化技術(shù)，處理水質(zhì)可達到國家一級A排放標準。
近年來當?shù)貫榱颂岣叩胤轿鬯幚硇剩龅轿鬯幚砼c綠色景觀結(jié)合，達到低成本污水處理目的。從成本節(jié)約來看，相比于一級機械污水處理強化技術(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)，再加上政府補貼和人工費用，該縣每年利用人工濕地處理農(nóng)村污水可盈利約200萬元，真正實現(xiàn)了綠色污水處理工藝、低運營成本、高經(jīng)濟回報的技術(shù)優(yōu)勢。
3.2 工藝流程
該縣預(yù)計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)計標準為二級垂直流人工濕地，其占地面積約為5萬平方米，并實現(xiàn)了一、二級濕地串聯(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，同時也為池體設(shè)計了防滲層，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?shù)剌^為潮濕的氣候環(huán)境，例如香蒲、菖蒲、蘆葦、水蔥等。
3.3 人工濕地水質(zhì)檢測方法及效果
該縣建設(shè)人工濕地系統(tǒng)主要希望檢測處理生活污水中的COD、NH3-N和pH值等等，要求每天都要對人工濕地的所有濕地板塊進行輪流檢測，且主要針對氧化池進行4個COD和6個pH值數(shù)據(jù)的每天定期檢測，將數(shù)據(jù)傳送到實驗室進行進一步污水水質(zhì)實驗檢測并將處理數(shù)據(jù)進行記錄。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)過理論及實踐研究證明，人工濕地對農(nóng)村污水處理具有極高的適用可行性，而且它不會受到北方低溫影響，所選用的處理工藝措施也相當合理，能夠達到較高的水體污染物處理效果，對改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境和水環(huán)境具有重大的現(xiàn)實價值。
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