农村污水处理中人工湿地的有效应用

http://www.water.hc360.com2017年12月13日09:40 来源:《工程技术研究》T|T

    慧聪水工业网 摘要:在我国,农村污水处理系统不甚完善,这也成为影响农村人民生活环境的一大疾患。近年来,利用运行费用成本较低且易于操作的人工湿地来处理污水已经成为当前农村处理污水工程的重要发展趋势。它属于典型的分散型污水处理模式,特别适合农村地区村镇分布较为稀疏的现实状况。文章从农村生活污水特征与人工湿地相关技术理论为开题,实际例证了我国农村污水处理中人工湿地的有效应用。

    人工湿地污水处理技术就是指以床塘综合系统为主的人工湿地,它可以针对污水进行前处理和后处理二次处理。在我国,人工湿地污水处理技术应用相当广泛,经由该技术处理后的出水效果一般都要优于常规二级污水处理,这主要是因为人工湿地污水处理利用到了以土壤、植物、微生物循环为主的自然净化系统,它不但能去除污水中所存在的大量有机污染物,还能过滤水体富营养化物质(氮、磷等)。并且人工湿地具有较高的适用性,由于我国大部分农村地区都没有较为完善的污水处理管网处理系统,所以人工湿地以其低成本易用等特性优势就能够取代并胜任这一工作。

    1、农村污水概述

    文章所探讨的农村污水为生活污水,它是指人们在生活中所使用的厕所冲洗水、厨房洗涤污水以及洗浴用水等等,当然也包括个别农户在分散养殖过程中所产生的牲畜冲洗及饲养用水。农村生活污水中含有大量污染,它们主要以有机物为主,另外还有富营养的氮磷物质以及病菌、悬浮物等。据调查,农村生活污水各个污染物排放浓度中CODcr占到最多(可达到250~450mg/L),其它还包括TN和TP等。相比于城市生活污水处理,农村在这方面相对落后,因为农村经济基础、技术基础相比城市更加薄弱,所以他们缺乏资金与专业技术人员长期投入到污水处理工作环节。因此农村生活污水在排放方面主要以排放面广、分散、难于收集、水量水质变化波动大、无有毒有机污染物、可生化性较好为基本特点。

    2、人工湿地技术概述

    我国大部分农村地区由于地处远离城市的偏远位置,基于经济、地理等多种原因未能全面铺设污水排放管网,更无法与市政管网相连,所以我国农村在污水处理方面多采用分散式处理模式。不过从客观角度来看,我国的农村污水分散式处理模式相比于海外发达国家还相对落后,并没有实现像小型净化槽分散处理、FILTER污水处理系统、集成式污水处理装置等先进技术,而是一直以来都在使用化粪池、沼气池等传统处理技术模式。这一方面是由于我国农村科技化建设进程远远落后于城市,另一方面也是因为农村经济的相对贫瘠。不过近年来,人工湿地处理工艺逐渐走入农村并有望成为农村污水处理系统较为稳定的主力技术,这主要是因为它的技术规模较小且成本较低,可以有效控制农村污水对生态环境的二次污染,且拥有较高的易用特性。

    2.1 人工湿地处理技术的系统组成

    人工湿地处理技术具有较强的净化功能,支撑其净化作用主要有基质、微生物以及水生植物这几因素。人工湿地本身就含有丰富的微生物资源,它们作为湿地生态处理系统的主要分解者,能对水质净化起到较好效果。

    (1)基质。它也被称为填料,在湿地系统中它是污水净化的主力,主要为湿地中植物与微生物生存提供栖息地。一般来说人工湿地的基质多以土壤、砂砾为主,而近年来像沸石、页岩、陶瓷、石灰石等材料也成为基质主要成员。无论是人工材料还是天然材料,对基质的选择一定要针对相应的污染物来进行,例如如果是处理含铅量较高的生活废水则主要以膨润土作为主要基质。正常来讲,基质的选择以易得、价廉、高效、安全无毒为基本原则,当然,在人工湿地中基质之间也可以形成组合,这样能够进一步提高对污水的脱氮除磷效果。而且,微生物与植物可以实现在基质中共存,以共同来完成污水净化任务。

    (2)水生植物。水生植物作为生态系统中的重要成员,它能够直接影响污水处理效果。从实践研究中就发现,人工湿地水生植物能够有效分解多种有机物质,也可以对污水中的有害无机物进行合理转化吸收,形成利于植物生长的物质。由此可知,水生植物在人工湿地中既可以吸收污水有害物质,又能维持人工湿地生态环境平衡,例如灯芯草就可以用来在人工湿地中编制草席,在改善农村生态环境的同时,也具有一定的景观观赏价值。

    (2)微生物。微生物能够在人工湿地中对污染物进行降解,它是湿地生态系统中氨磷转化与能量流动的主要物质。一般情况下人工湿地微生物都分布于人工湿地的基质表面积植物根系上,这其中就主要包括了真菌与细菌两种。例如,好氧反硝化细菌与异氧硝化微生物能够在以单循环为主的湿地系统中起到非常重要的平衡作用,

    而且微生物本身也会形成一个相当数量与活性的群落来保持其在人工湿地中物质降解的稳定状态。在农村如果能按照不不同污水成分来选择不同微生物活性,就可以有效提高污水中污染物的去除率。因此,在人工湿地中保持微生物种类的多样性对整个湿地系统正常运行都很重要,它可以提升微生物对污水处理的作用机理,体现人工湿地更大的应用价值。

    2.2 人工湿地的适用性

    人工湿地的适用性相当丰富,它不但组合形式多样,污水处理效果稳定,也能够在冬季拥有稳定的运行状态。

    (1)人工湿地组合形式方面。它主要参考了国内外先进工程设计经验,主要按照湿地系统布水方式的异同以及水在系统中的流动方式来选择是使用表面流人工湿地还是潜流人工湿地。前者代表自由表流域构筑表流两种湿地,后者代表了水平潜流与垂直潜流两种湿地。不同人工湿地其对污染物的去除效果也不尽相同,具体来说一定要根据农村周边的实际环境、自然条件、经济状况、排水标准以及污水实际类型来做到因地制宜的工艺组合,比如目前农村比较常见的像一级强化人工湿地、二级生化人工湿地、水解酸化人工湿地等等都拥有比较优良的污水处理效果。

    (2)人工湿地处理效果方面。如果以北方地区为例,其冬季气温偏低,所以要考虑冬季湿地中植物与微生物可能死亡或失去活性等问题,进而导致湿地的整体运行效率偏低。为了确保北方地区在冬季时人工湿地对CODcr、BOD5等等依然有与夏季接近的去除效果,就必须考虑对传统人工湿地系统技术进行相应改进,可以考虑为人工湿地系统增添预处理系统,比如增加接触氧化池、排除沟渠、沉淀池、水解酸化池等等。另外,也可以考虑为系统增加曝气一有效提高湿地中的溶解氧度,促进湿地植物对N、P等物质元素的快速吸收。如果是寒冷的北方冬季时节,还要根据当地气候环境条件来选择繁殖性较强且氧气传输能力较好的抗氧性植物。

    虽然人工湿地系统技术表面来看相对复杂,但实际上它的系统建设相当简单,而且对基建投资要求不高,特别是吨水建设投资大概相当于二级污水处理厂的1/4左右。一般常规污水处理系统为了确保污水处理的良好效果,还要加入一定量的药剂确保污水处理达标,但人工湿地系统却不需要,它只需要1~2名技术人员做好日常维护即可。相比于同等规模污水处理设施,人工湿地系统的运行费用也非常之低,仅为前者的1/3左右。人工湿地水生植物能够结合污水处理功能形成自然景观,对环境美化效益而言也具有极高实际价值。

    3、案例分析

    3.1 某县人工湿地改造工程方案概述

    某县传统采用一级A标准污水处理厂进行农村生活污水处理,它所采用的是一级机械强化技术,处理水质可达到国家一级A排放标准。

    近年来当地为了提高地方污水处理效率,做到污水处理与绿色景观结合,达到低成本污水处理目的。从成本节约来看,相比于一级机械污水处理强化技术,人工湿地污水处理能够实现每吨水处理节约0.3元(只需0.2元),再加上政府补贴和人工费用,该县每年利用人工湿地处理农村污水可盈利约200万元,真正实现了绿色污水处理工艺、低运营成本、高经济回报的技术优势。

    3.2 工艺流程

    该县预计通过人工湿地每天处理污水1.0万t,并为人工湿地系统配备了前期预处理设施,它的工艺流程如下:县内农村生活污水→格栅→水解酸化池→接触氧化池→沉淀池→两级人工湿地→排除沟渠。以下主要介绍该工艺流程中的人工湿地部分。该县在人工湿地污水处理系统方面采用了主体处理工艺,设计标准为二级垂直流人工湿地,其占地面积约为5万平方米,并实现了一、二级湿地串联组合,其中每块由4块湿地所共同组成。湿地床深度设计为1.5m,其主要由池体、湿地水生植物以及基质填料所共同组成。其中池体部分所采用的是砖砌结构,并配合了混凝土抹面,

    同时也为池体设计了防渗层,以确保其结构更加紧凑,易于建造。为了更好实现物质降解,该人工湿地系统所采用的水生植物迎合了当地较为潮湿的气候环境,例如香蒲、菖蒲、芦苇、水葱等,如图1所示。

某县人工湿地结构构造示意图

某县人工湿地结构构造示意图

    3.3 人工湿地水质检测方法及效果

    该县建设人工湿地系统主要希望检测处理生活污水中的COD、NH3-N和pH值等等,要求每天都要对人工湿地的所有湿地板块进行轮流检测,且主要针对氧化池进行4个COD和6个pH值数据的每天定期检测,将数据传送到实验室进行进一步污水水质实验检测并将处理数据进行记录。在农村污水处理效果方面,以COD为例,它在原污水中的月平均浓度范围为119.9~304.2mg/L,经过接触人工湿地系统氧化池处理后其月平均COD浓度范围降低到57.3%~177.3%,而且该数据在人工湿地污水处理系统中保持稳定,污水水质本身也有较大改善。

    4、结束语

    经过理论及实践研究证明,人工湿地对农村污水处理具有极高的适用可行性,而且它不会受到北方低温影响,所选用的处理工艺措施也相当合理,能够达到较高的水体污染物处理效果,对改善农村生态环境和水环境具有重大的现实价值。

    参考文献:

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    [4]高宪瑞,孙景耀,陈涛.山东微山湖湿地保护恢复工作分析报告[J].南方农机,2015,46(9):26+67.

    [5]史密伟.北方典型农村污水处理工艺现状评价[J].甘肃科技,2016,32(8):5-6.

 

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责任编辑:童志威

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