垂直流人工濕地處理農(nóng)村污水的探討

摘 要：論述了人工濕地凈化的機理以及垂直流人工濕地的設計方法，通過工程實踐證明，采用該方法處理農(nóng)村污水具有投資省、運行簡便、處理效果穩(wěn)定、操作簡便、出水水質(zhì)好能達標排放等諸多優(yōu)點 ，可作為農(nóng)村污水處理的優(yōu)選方案。

關鍵詞：人工濕地;農(nóng)村污水;濕地設計

引言

由于大量農(nóng)藥化肥的使用和農(nóng)村生活污水的無序排放，目前農(nóng)村很多河流和湖泊都出現(xiàn)了不同程度的水質(zhì)惡化，有些水體已出現(xiàn)明顯的富營養(yǎng)化。解決好面源污染為主的農(nóng)村污水處理問題是當前建設新農(nóng)村的一項重要任務，尋找一種經(jīng)濟可行的農(nóng)村污水處理工藝是急待解決的問題。

人工濕地系統(tǒng)是上世紀七十年代發(fā)展起來的污水處理新技術之一，由于具有高效的去除水體中的氮磷營養(yǎng)及有機物的能力，出水水質(zhì)可達到或超過常規(guī)二級處理水平，且基建投資及日常運行費用比常規(guī)二級處理廠低得多，因而逐步被廣泛應用于城鎮(zhèn)污水、畜牧業(yè)、食品業(yè)和礦山等工農(nóng)業(yè)廢水的處理 。

1 人工濕地凈化機理

人工濕地對廢水的處理綜合了物理、化學和生物的三種作用。濕地系統(tǒng)成熟后，填料表面和植物根系將由于大量微生物的生長而形成生物膜。廢水流經(jīng)生物膜時，大量的SS被填料和植物根系阻擋截留，有機污染物則通過生物膜的吸收、同化及異化作用而被除去。濕地系統(tǒng)中因植物根系對氧的傳遞釋放，使其周圍的環(huán)境中依次出現(xiàn)好氧、缺氧、厭氧狀態(tài)，保證了廢水中的氮磷不僅能通過植物和微生物作為營養(yǎng)吸收，而且還可以通過硝化、反硝化作用將其除去，最后濕地系統(tǒng)可通過更換填料或收割栽種植物將污染物最終除去。

2 人工濕地的預處理系統(tǒng)

由于實際污水中含有漂浮物、砂子、SS等易對人工濕地系統(tǒng)造成堵塞，使人工濕地系統(tǒng)失去凈化功能，因此污水進入人工濕地處理系統(tǒng)前的預處理顯得尤為重要。一般預處理系統(tǒng)采用一級強化處理，如沉淀過濾等方法，可將大部分的漂浮物、砂子、SS去除，保證進入人工濕地系統(tǒng)廢水中的SS<80mg/L。

3 人工濕地系統(tǒng)的設置

3.1 人工濕地的工藝類型

人工濕地是獨特的土壤-植物-微生物-動物生態(tài)處理系統(tǒng)。按水流方式分為表面流濕地和潛流濕地。表面流濕地投資低，但占地大，處理負荷較低，易產(chǎn)生惡臭、蚊蠅等二次污染，低溫時尚需進行獨特的處理，目前已很少采用。潛流濕地分為水平潛流濕地和垂直潛流濕地。水平潛流濕地供氧較差，適于去除SS和BOD，但氨氮的去除效果較差。垂直潛流濕地供氧好，占地小，適于去除有機物和氨氮及磷。垂直復合流人工濕地是近年興起的新型濕地污水處理技術。

垂直流人工濕地系統(tǒng)是由下行池和上行池組成，經(jīng)沉淀預處理的污水首先流入位于下行池填料表面的多孔布水管，使進水均勻分布在池中的填料層，污水自流進入上行池底部；水流自動淹沒填料層，經(jīng)池面水生植物的根系形成的生物膜的吸附和降解作用后，再由位于填料層表面的多孔集水管均勻收集后排出。同時可以查看中國污水處理工程網(wǎng)更多技術文檔。

3.2 垂直流人工濕地設計

垂直流人工濕地的設計主要包括面積設計、集配水系統(tǒng)設計、填料的選擇設計、植物物種的選擇、防滲設計、通氣設計及一級預處理系統(tǒng)設計。

3.2.1 面積設計

首先場地應盡量選擇有一定自然坡度的洼地或經(jīng)濟價值不高的荒地。設計深度從1000～2000mm不等，一般濕地床的長寬最佳比率為2:1～3:1。濕地面積設計應考慮最大污染負荷和水力負荷，分別按人口當量表面積、COD負荷和水力負荷進行計算，取三種計算結果中的最大值[1]。

3.2.2 集配水系統(tǒng)

人工濕地的集配水系統(tǒng)應保證配水、集水的均勻性，減少短流和堵塞現(xiàn)象。一般可采用穿孔管大阻力配水系統(tǒng)。進水系統(tǒng)應比濕地床面高出0.5m左右，以防床面淤泥和雜草積累而影響配水。進水流量可通過閥門或閘板調(diào)節(jié)，并設置水量緊急變化的溢流、分流措施，并在必要部位設置控制閥和放空閥。濕地床底部采用０.５％的坡度，污水從下行池自流進入上行池。在下行池出水口設置可旋轉的彎頭，用于調(diào)節(jié)出水水位。

3.2.3 填料的選擇及梯級配置

填料的選用過程中通常需要考慮以下幾個因素：

（1）具有良好的吸附性能和離子交換性能。填料在磷的去除過程中主要是通過一些物理和化學（吸收、吸附、離子交換、絡合反應等）作用實現(xiàn)， 因而選擇合適的填料對磷的去除率有著重要的影響。

（2）填料的粒徑不宜過大或過小，粒徑太小，填料的水力傳導率較小，容易造成堵塞，形成地表漫流；粒徑太大，單位體積內(nèi)微生物可附著的面積較小。

（3）有利于生物膜的形成和更新，有利于提高有機物和氮的去除效率。

（4）價格低廉[2] 。

根據(jù)以上填料配置原則，在具體工程中采用如下填料配置：

1）下行池分別由100mm厚的粗砂、300mm厚φ100～300mm的球形礫石、200mm厚φ8～15mm的球形礫石、100mm厚φ3～6mm的改性硅藻土陶粒濾料組成；

2）上行池分別采用100mm厚的粗砂、300mm厚φ100～300mm的球形礫石、200mm厚φ8～15mm的球形

礫石（加入10％～20％的均勻石灰石）、100mm厚φ3～6mm的改性硅藻土陶粒濾料。填料中的改性硅藻土陶粒濾料能有效地去除氮、磷等污染物，上行池中添加的石灰石可進一步去除水中的磷，使?jié)竦乜傮w達到良好的有機物和氮、磷的去除效果，保證出水穩(wěn)定達標排放。

3.2.4 防滲設計和地下水導排

人工濕地污水處理系統(tǒng)必須防止污染土壤和地下水，濕地床應設置防滲系統(tǒng)。防滲層應達到1.0×10-7m/s的防滲系數(shù)，實際工程中可用厚度為1.5mm的HDPE膜或根據(jù)實際采用其他材料，同時在防滲膜上預鋪砂子防止膜被損壞。當場地的地下水位較高時需設置地下水導排系統(tǒng)，采用主盲溝與次盲溝相結合的方式收排地下水，降低床層的地下水位，防止因地下水位升高對濕地床體防滲膜造成破壞。有廢水需要處理的單位，也可以到污水寶項目服務平臺咨詢具備類似污水處理經(jīng)驗的企業(yè)。

3.2.5 植物物種的選擇

在植物選擇上應盡可能滿足生物的多樣性和景觀的要求。在滿足當?shù)貧夂驐l件的前提下，設計時對植物的選擇應盡量遵循如下原則：

（1）植物群落景觀具有穩(wěn)定性，維護管理方便；

（2）水質(zhì)凈化功能強，耐污性、生長適應能力強及根系的發(fā)達程度高[3]；

（3）具有較高的觀賞價值。常選擇的植物有蘆葦、菖蒲、水花生、稗草、香蒲、黃莒蒲、燈心草等，目前最常用的是蘆葦 (盡量選用當?shù)靥J葦進行移栽) ，插植密度可為1～3株/m2。

4 工程案例

以某鄉(xiāng)村污水處理工程為例，處理水量100t/d，設計進水水質(zhì)為COD<200mg/L、BOD<100mg/L、SS<150mg/L、NH3-N<30mg/L、P<3mg/L。

處理工藝如下：

泵 → 污水收集池 → 沉淀過濾池 → 人工濕地 → 出水出水水質(zhì)：COD<50mg/L、BOD<10mg/L、SS<20mg/L、NH3-N<8mg/L、P<0.5mg/L。

其中濕地占地為800m2，工程總投資約8.6萬元，運行成本<0.1元/t。

5 小結與探討

（1）農(nóng)村污水主要由村落污水、畜禽養(yǎng)殖污水和部分雨水徑流組成，其污水源具有面廣、量大、分散、間歇排放的特點。

（2）大多數(shù)農(nóng)村經(jīng)濟基礎較薄弱，操作運行管理水平不高，需選擇適合農(nóng)村特點的污水處理系統(tǒng)。農(nóng)村中一般都有大量的低洼地、低產(chǎn)田和閑置地，可用于建造人工濕地，使土地得到充分合理的開發(fā)利用。

（3）人工濕地廢水處理系統(tǒng)形成了獨特的生態(tài)效應，既保護環(huán)境，又提高了局部區(qū)域景觀，具有一定的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

（4）人工濕地具有的耐沖擊負荷能力強、建造容易、投資低、運行費用少、運行簡單、維護管理方便等優(yōu)點，適合于農(nóng)村污水的處理，可以作為農(nóng)村污水處理的優(yōu)選方案。

參考文獻：

[1] 住房和城鄉(xiāng)建設部標準定額研究所.人工濕地污水處理技術導則[M].北京:中國建筑出版社，2009：8。

[2] 李忠衛(wèi).垂直流人工濕地設計概述[J].華東交通大學學報，2008，6（25）：40-43。

[3] 劉暢，方向春.淺談人工濕地的設計[J].住宅產(chǎn)業(yè)，2009，5：28。 作者：李艷波，溫 和，劉立華，林金畫 ?