人工湿地在农村污水处理中的应用

人工湿地在农村污水处理中的应用张东071444134摘要：随着我国农村经济的发展以及社会主义新农村的建设,农村污水的处理开始引起广泛的关注。分析了我国农村生活污水发生量、排放特点及治理现状;介绍了人工湿地类型、特点及污染物净化机理;结合我国农村现状,阐述了不同类型的人工湿地处理生活污水的适用条件及场所。关键词：人工湿地；污水处理；农村ApplicationofConstructedWetlandinWastewaterTreatmentAbstractSewagetreatmentinruralareashascaughtwideattentionwiththedevelopmentofruraleconomyandtheconstructionofsocialistnewcountrysideinChina.Analysisthecharacteristicofsewageandintroducethetypeofconstructedwetlandandwhatthesituationtheysuitfor.Keyword:constructedwetland;sewage;rural1我国农村污水概述1．1农村污水发生量我国目前有60多万个行政村、250多万个自然村,居住2亿多农户,近8亿人,他们生活在我国大部分的国土面积上,则2004年农村生活污水的发生量为200.4亿。。2005年,建设部《村庄人居环境现状与问题》项目组织对全国部分村庄的调查显示:96%的村庄没有排水沟渠和污水处理系统。1．2农村生活污水的排放特征农村生活污水主要为冲厕污水和洗衣、洗米、洗菜、洗澡废水。因受人口密度、经济结构、作物组成、节水水平、水资源条件等多种因素的影响,各省农村的用水指标值差别很大,从而导致不同地域农村生活污水的发生和排放特点也存在很大的差异。冲厕污水的发生量与给水方式和水平直接相关,一般自来水普及率越高,冲厕污水的发生量越大;洗米、洗菜、洗澡污水沿排水管或窨沟排放,但渗漏情况非常严重,污水沿排水沟渠几乎全部就地下渗。1.3农村生活污水的治理现状与压力现阶段我国小城镇污水处理率还不到10%[3],农村地区生活污水的处理率更低,绝大部分生活污水未经处理直接排放。尽管城市生活污水二级生物处理技术已经较完善,但目前用于农村生活污水的治理还存在一个较大的难点,即一般城市污水处理厂投资和运行费用较大,对于一个日处理1万t城市生活污水的处理厂,投资约在1500万元左右,年运行费用约为150～200万元因此农村生活污水处理厂就算建得起,也运行不起。此外,我国农村技术力量还比较薄弱,很难满足常规城市生活污水处理厂的技术要求。为了根本解决这一问题,必需寻求一种投资小、运行费用低、操作简便、处理效果好的技术用于农村生活污水的治理中,确保已建成的污水处理厂能长期稳定正常运行。1.4武汉市黄陂区污水处理现状目前整个黄陂区只有两个污水处理厂，一个位于前川街，日处理量只有几万吨，只能服务于黄陂县城的部分居民。另一个位于盘龙城经济技术开发区，主要定位于处理工业废水。黄陂农村的生活处理率很低，只有少数家庭自建了化粪池，但是化粪池对COD的处理效率只有10-15%，BOD20%左右，SS60%，NH3-N处理率更低，只有3-5%。达不到污水排放标准。2人工湿地的国内外现状人工湿地(ConstructedWetlands)是20世纪70年代末发展起来的一种污水处理技术,兴起于荷兰、丹麦、英国等国家，80年代从欧洲到美洲、澳洲等地区和国家都广泛开展了这方面的研究工作。目前,在美国有600多处人工湿地工程用于处理市政、工业和农业废水,400多处人工湿地被用于处理煤矿废水,50多处人工湿地用于处理生物污泥,近40处人工湿地用来处理暴雨径流,超过30处人工湿地系统用于处理奶产品加工废水;在丹麦、德国、英国各国至少有200处人工湿地系统在运行,新西兰也有80多处人工湿地系统被投入使用。其特点是:出水水质好,具有较强的氮磷处理能力,运行维护方便,管理简单,投资及运行费用低。据有关资料显示,人工湿地投资和运行费用仅占传统二级生化处理技术的10%～50%。比较适合于资金少、能源短缺和技术人才缺乏的中小城镇和乡村。人工湿地是一种为处理污水而利用工程手段模拟自然湿地系统建造的构筑物,在构筑物的底部按一定的坡度填充选定级配的填料(如碎石、砂子、泥炭等)，池底坡降及填料表面坡降往往受水力坡降及填料级配的影响,一般选值范围为1%～8%。在填料表层土壤中种植一些处理性能良好,成活率高,生长周期长,美观及具有经济价值的水生植物(如芦苇)。2.1人工湿地类型人工湿地因水流方式的差异大致可分为3类:表面流湿地、潜流湿地和垂直流湿地。表面流湿地(SurfaceFlowConstructedWetland),是一种污水从湿地表面漫流而过的长方形构筑物,结构简单,工程造价低;但由于污水在填料表面漫流,易滋生蚊蝇,对周围环境会产生不良影响,而且其处理效率较低。潜流湿地(SubsurfaceConstructedFlowWetland),污水在填料缝隙之间渗流,可充分利用填料表面及植物根系上生物膜及其他作用处理污水,出水水质好。由于水平面在覆盖土层或细砂层以下,卫生条件较好,故被广泛采用。潜流湿地一般设计成有一定底面坡降的、长宽比大于3且长大于20m的构筑物,污水流程较长,有利于硝化和反硝化作用的发生,脱氮效果较好。或方形构筑物,污水的流程较短,反硝化作用较弱,且工程技术要求较高。由于垂直流湿地可方便地采用工程手段来改善系统的供氧状况,提高布水均匀性,营造更加有利于硝化和反硝化发生的系统环境,故越来越受到人们的重视。垂直流湿地(VerticalFlowConstructedWetland),污水沿垂直方向流动,氧供应能力较强,硝化作用较充分,占地面积较小,可实现较大的水力负荷长期运行。垂直流湿地一般设计成高约1m左右的圆形或方形构筑物,污水的流程较短,反硝化作用较弱,且工程技术要求较高。由于垂直流湿地可方便地采用工程手段来改善系统的供氧状况,提高布水均匀性,营造更加有利于硝化和反硝化发生的系统环境,故越来越受到人们的重视。2.2.1湿地对有机物去除机理人工湿地对有机物有较强的去除能力。不溶性有机物通过湿地的沉淀、过滤可以很快从污水中截留下来,被微生物和原生动物及后生动物加以利用;可溶性有机物则通过生物膜的吸附及微生物的代谢过程被去除。人工湿地成熟后,填料表面和植物根部生长了大量的微生物形成生物膜,污水流经时,SS被填料及根系阻挡截留,有机物通过生物膜的吸附及同化作用而得以去除。2.2.2湿地脱氮机理人工湿地中氮得以去除主要是依靠微生物的硝化和反硝化作用来实现,此外,水生植物的吸收和氨的挥发也可以去除污水中的部分氮。人工湿地是一个生态污水处理系统,具有较强的脱氮能力,脱氮机理包括:植物和其他生物体的吸收,氨化作用,硝化和反硝化作用,氨气挥发,铵离子交换(或填料吸附)。其中硝化和反硝化是人工湿地污水处理中氮去除主要机理。2.2.3湿地除磷机理人工湿地污水中磷的去除是依靠填料和湿地中沉积物吸附、微生物和植物的吸收、气态磷(PH3)挥发等来实现的,其中填料和沉积物吸附是人工湿地磷去除的主要因素。当填料对磷的吸附趋于饱和后,湿地对磷的去除效率明显下降。2.3不同类型人工湿地在农村生活污水治理中的应用农村生活污水的排放较分散,不利于集中治理。可因地制宜地选择不同类型和规模的人工湿地对其进行净化。在村庄附近有一定坡地的农村,可考虑采用表面流湿地或潜流湿地来处理生活污水;若村庄周围有低洼地带,且用地比较紧张,可采用垂直流湿地处理生活污水。占地面积较大,是人工湿地污水治理技术的一个最大缺点。人工湿地用地面积的大小,取决于设计水力负荷。Brix(1994)提出人工湿地典型的水力负荷为2.5～5.0cm·d-1,在此范围内,提高水力负荷将会相应地降低处理效率。设计水力负荷的选取,与所采用的人工湿地类型及污水中污染物浓度高低有关。3种基本人工湿地类型设计水力负荷大小关系是:垂直流湿地潜流湿地表面流湿地。我国有些农村现在乃至将来一段时间内都存在生活污水排放中的粪、尿与生活废水分离的现象,从而使得这些地区排放的生活污水浓度较国外低,属于低浓度生活污水,人工湿地设计水力负荷可大于5.0cm·d-1。3人工湿地污水处理的工艺流程即使用实例3.1人工湿地污水处理系统的工艺流程人工湿地污水处理系统由预处理单元和人工湿地单元组成。通过合理设计可将BOD5、SS、营养盐、原生动物、金属离子和其它物质处理达到二级和高级处理水平。预处理的目的主要是减少污水中的悬浮物,防止湿地填料堵塞,确保人工湿地生态系统的稳定性,增加湿地处理寿命和处理能力。其设施包括格栅、沉砂池、沉淀池、稳定塘等。人工湿地系统一般工艺流程如图污水→格栅→沉砂池→沉淀池→稳定塘→人工湿地→出水3.2应用实例窑泥沟湿地位于窑泥沟(农灌中沟)入湖口,占地22.5亩,工程总投资167.98万元(其中土地征用费58.5万元),日处理能力5720t,是云南省第一块大规模人工构造湿地。湿地于2001年10月破土动工,2002年初建成并开始投入运行。经过近两年多的运行试验,目前,状况良好,运行稳定,对各项污染指标的去除率分别达到CODCr87.8%、BOD568.7%、SS96.3%、TP32.4%、TN36.0%,出水水质也由处理前的IV类水质变为III类水质。其工艺流程如图4人工湿地污水处理系统在黄陂农村的应用前景黄陂区北部紧邻大别山南麓，滠水河由北向南贯穿整个黄陂区，南部府河水系由西向东汇入长江，区内北部有夏家寺水库、梅店水库、院基寺水库和泥河水库，南部有童家湖、东南部有武湖、盘龙湖（水系）、后湖，还有大大小小的湖泊很多，发展人工湿地具有先天性的优势条件。人工湿地是一个综合的生态系统,具有缓冲容量大、处理效果好、工艺简单、投资省、耗电低、运行费用低等特点,它应用生态系统中物种共生、物质循环再生原理,结构与功能协调原则,在促进废水中污染物质良性循环的前提下,充分发挥资源的生产潜力,防止环境的再次污染,获得污水处理与资源化的最佳效益。它具有环境效益、经济效益及社会效益,是一种较好的废水处理方式。目前,人工湿地污水处理系统在发达国家已被用来处理各类不洁的水体,包括家畜与家禽的粪水、尾矿排出液、工业污水、农业废水、垃圾场渗滤液、城市暴雨径流或生活污水、富营养化湖水等等。由于我国经济发展水平不高,能源短缺,许多地方尤其中小城市和农村缺乏具有一定操作管理和技术水平的人员,而我国的乡镇企业发展迅猛,对当地造成了严重的环境污染。因此,有高效率、低投资、低运行费、低维护技术、基本不耗电等优点的人工湿地污水处理系统在我国特别是中小城镇及广大农村具有广阔的应用前景。参考文献:[1]刘自莲,施永生,李鹏人工湿地在污水处理中的应用云南化工2005[2]沈坚，罗刚，周琪，谢丽适合我国农村的污水处理模式探讨安徽农业科学[3]杨俊，龚俊红人工湿地在我国农村生活污水治理中的应用环境管理[4]庄昌伟,钱丽华,胡明娟.小城镇生活污水处理现状及对策[J].污染防治技术,2002,15(4):51-52.[5]刘超翔.滇池流域农村污水生态处理系统设计[J].中国给水排水,2003,19(2):93-94.[6]张凯松,周启星,孙铁珩.城镇生活污水处理技术研究进展[R].世界科技研究与发展(院士论坛),2003.10.[7]周律主编.中小城市污水处理投资决策与工艺技术[M].北京:化学工业出版社,2002.10.[8]吴振斌,陈辉蓉,等.人工湿地系统对污水磷的净化效果[J].水生生物学报,2001,25(1).[8]吴晓磊.人工湿地污水处理机理[J].环境科学,1995,16(3):83-86.[9]LuederritzV,EckertE,etal.Nutrientremovalefficiencyandresourceeconomicsofverticalflowandhorizontalflowconstruc