垂直流人工濕地處理農村污水的探討

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，采用該方法處理農村污水具有投資省、運行簡便、處理效果穩定、操作簡便、出水水質好能達標排放等諸多優點 ，可作為農村污水處理的優選方案。

關鍵詞：人工濕地;農村污水;濕地設計

引言

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

人工濕地系統是上世紀七十年代發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及有機物的能力，出水水質可達到或超過常規二級處理水平，且基建投資及日常運行費用比常規二級處理廠低得多，因而逐步被廣泛應用于城鎮污水、畜牧業、食品業和礦山等工農業廢水的處理 。

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。濕地系統中因植物根系對氧的傳遞釋放，使其周圍的環境中依次出現好氧、缺氧、厭氧狀態，保證了廢水中的氮磷不僅能通過植物和微生物作為營養吸收，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

由于實際污水中含有漂浮物、砂子、SS等易對人工濕地系統造成堵塞，使人工濕地系統失去凈化功能，因此污水進入人工濕地處理系統前的預處理顯得尤為重要。一般預處理系統采用一級強化處理，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廢水中的SS<80mg/L。

3 人工濕地系統的設置

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-動物生態處理系統。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是由下行池和上行池組成，經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

人工濕地的集配水系統應保證配水、集水的均勻性，減少短流和堵塞現象。一般可采用穿孔管大阻力配水系統。進水系統應比濕地床面高出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節，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，用于調節出水水位。

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， 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，使濕地總體達到良好的有機物和氮、磷的去除效果，保證出水穩定達標排放。

3.2.4 防滲設計和地下水導排

人工濕地污水處理系統必須防止污染土壤和地下水，濕地床應設置防滲系統。防滲層應達到1.0×10-7m/s的防滲系數，實際工程中可用厚度為1.5mm的HDPE膜或根據實際采用其他材料，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，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驗的企業。

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。在滿足當地氣候條件的前提下，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定性，維護管理方便；

（2）水質凈化功能強，耐污性、生長適應能力強及根系的發達程度高[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 (盡量選用當地蘆葦進行移栽) ，插植密度可為1～3株/m2。

4 工程案例

以某鄉村污水處理工程為例，處理水量100t/d，設計進水水質為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：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）農村污水主要由村落污水、畜禽養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）大多數農村經濟基礎較薄弱，操作運行管理水平不高，需選擇適合農村特點的污水處理系統。農村中一般都有大量的低洼地、低產田和閑置地，可用于建造人工濕地，使土地得到充分合理的開發利用。

（3）人工濕地廢水處理系統形成了獨特的生態效應，既保護環境，又提高了局部區域景觀，具有一定的經濟效益和環境效益。

（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、維護管理方便等優點，適合于農村污水的處理，可以作為農村污水處理的優選方案。

參考文獻：

[1] 住房和城鄉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.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].住宅產業，2009，5：28。 作者：李艷波，溫 和，劉立華，林金畫 ?