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[建立人工湿地的目的及条件]人工湿地在南方农村生活污水处理工程中的应用

来源:管理论文 时间:2019-04-20 点击: 推荐访问:人工湿地污水处理工程技术规范

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摘要:结合农村生活污水的特点,介绍了人工湿地污水处理技术的净化机理,并以工程应用为实例,总结出人工湿地技术不仅具有缓冲容量大、处理效果好、工艺简单、投资少、运行费用低等优点,而且非常适合南方中、小型村庄生活污水的集中处理。通过实例分析,表明人工湿地技术对农村生态环境的改善带来了良好的社会效益和经济效益。
  关键词:农村生活污水;人工湿地;去除机理;应用
  Abstract: According to the characteristics of rural life sewage, the purification mechanism of constructed wetland wastewater treatment technology, and engineering application for example, summed up the artificial wetland technology not only has the buffering capacity, good treatment effect, simple process, less investment, low operating cost advantages, and is very suitable for the south, a small village life sewage the centralized treatment. Through the example analysis, improvement indicates that the constructed wetland technology for rural ecological environment bring good social benefit and economic benefit.
  Key words: rural domestic wastewater; constructed wetland; removal mechanism; application
  
  中图分类号:[R123.3] 文献标识码:A 文章编号:
  
  近年来,农村水污染、水环境恶化状况越来越严重,污染事故时有发生,不仅对粮食造成减产,而且直接威胁着广大农村地区农民的身体健康。由于大量生产和生活的废弃物未经处理直接排入水体,公共卫生设施跟不上发展的需要,从而导致农村饮用水源大多受到污染。农村水环境既是农村大地的脉管系统,对雨、洪、旱、涝起着调节作用,又是农业生产的生命之源。因此,保护好农村水环境是保障农业生产发展的基础。
  1南方地区农村生活污水现状及特点
  1.1农村排水现状
  农村各村社居住分布范围广且分散,室内卫生设施较为齐全,居民生活污水通常是散排或排至20~40mm宽度不等的排水明沟或暗渠,最终排至鱼塘或者灌溉渠。
  1.2农村生活污水基本特点
  农村生活污水主要为冲厕污水和洗衣、洗米、洗菜、洗澡废水。污水中主要成分是生活废料和人的排泄物,因其含有大量的营养盐及细菌、病毒,容易造成地表水及地下水的污染。随着农村生活水平的不断提高,新农村建设的推进,农村生活污水的排放量逐渐增加。若村中污水不经处理直接排放,农村水污染将越来越严重。
  2人工湿地污水处理技术
  2.1人工湿地处理生活污水的机理
  人工湿地对污水的处理综合了物理、化学和生物三种作用。人工湿地运行稳定后,填料表面和植物根系中生长了大量的微生物形成物膜,污水流经时,SS被填料及根系阻档截留,有机质通过生物膜的吸附及同化、异化作用而得以去除。湿地床层中因植物根系对氧的传递释放,使其周围的微环境中依次呈现出好氧、缺氧和厌氧状态,保证了废水中的氮、磷不仅能被植物及微生物作用将营养成分直接吸收,还可以通过硝化、反硝化作用及微生物对磷的过量积累作用从废水中去除。最后通过湿地基质的定期更换或收割使污染物最终从系统中去除。人工湿地去除污染物的范围广泛,包括N、P、SS、有机物、微量元素、病原体等。
  2.1.1有机物去除
  人工湿地显著特点之一是对有机物有较强的处理能力。不溶性有机物通过湿地的沉淀、过滤可以很快从废水中截留下来,被微小生物加以利用;可溶性有机物则可通过生物膜的吸附及微生物的代谢过程被去除。研究表明:在进水浓度较低情况下,人工湿地对BOD5的去除率可达85%~95%。CODcr去除率可大于80%,城市污水通过湿地处理后,出水BOD5在10mg/L左右。试验还表明:不溶性BOD5(约占总BOD5的50%左右)和CODcr在进水5m的距离内可迅速地被去除;约90%的SS在进水10m以内得以去除。
  2.1.2湿地脱氮
  人工湿地处理系统对氮的去除作用包括基质的吸附、过滤、沉淀以及氨的挥发、植物的吸收和微生物硝化和反硝化作用。一部分NH4-N可转化成NH3后,以气态的形式挥发到大气中。微生物的硝化、反硝化作用对氮的去除起重要作用。根据根区法理论,人工湿地植物中根毛的输氧,根区附近湿地土壤中连续出现好氧、缺氧、厌氧状态,硝化反应和反硝化反应可以同时完成。另外,对硝化反应有抑制作用的是NH3-N、重金属、氰化物及有机物,人工湿地对这些物质也有一定的去除作用。
  2.1.3湿地除磷
  人工湿地对磷的去除作用包括基质的吸附和过滤、植物吸收、微生物去除及物理化学作用。基质的吸附和过滤对无机磷的去除作用,因填料不同而存在差异,若基质中含有较多的铁、铝氧化物,有利于生成溶解度很低的磷酸铁或磷酸铝,使基质固磷能力大大增加;若以砾石为填料的湿地,砾石中的钙可以生成不溶性磷酸钙从废水中沉淀。
  2.2人工湿地的植物的选择
  湿地植物作为人工湿地系统的核心部分,其选择直接影响污水的处理效果,湿地植物选择应遵循以下原则:(1)均为多年生植物,在南方地区均为全年常绿,无需反复种植,收割管理容易;(2)均具有良好的环境适应能力和耐污能力,生长迅速,容易成活;(3)根系均较为发达,并都具有较好的污染物去除效果;(4)各种植物具备一些独有特点,能够互相有机搭配。结合人工湿地植物选择原则,筛选出适合南方农村地区的湿地植物种类,如花叶芦荻、纸莎草、再力花、芦苇、香蒲等植被。
  3人工湿地应用实例
  本案例位于我国南方广州从化市温泉镇新田村,该村在2010年建成人工湿地系统,实现生活污水通过人工湿地系统进行处理。该人工湿地系统面积为300m2,设计处理综合污水量为100m3。
  3.1工艺流程
  
  图1 污水处理工艺流程
  由图1可知,各户生活污水由化粪池,经接户管至污水收集管网系统,污水进入处理系统后,先利用格栅去除水中较大的漂浮物质和杂物,再经沉砂池去除污水中较重的砂粒和悬浮物,再进入厌氧水解沉淀池,污水在厌氧水解作用下,水中的大分子有机物被分解为小分子有机物,同时比重相对较大的悬浮状物质,沉淀至池底;得到初级净化的污水,进入人工湿地,在人工湿地内,经过滤、吸附、植物吸收及生物降解等作用得以去除。污水得以净化后,经计量槽计量后流入农田灌溉沟。
  3.2处理效果
  生活污水经过人工湿地系统处理后,BOD5、CODcr、SS、氨氮、氮、磷的去除率分别达到85.0%、81.3%、90.0%、65.7%、55.0%、93.3%。出水水质(表1),可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918---2002)一级标准的B标准(BOD5:20 mg/L,CODcr:60 mg/L,SS:20 mg/L,NH3-N:15 mg/L,TN:20 mg/L,TP:1 mg/L)。
  表1 广州从化市温泉镇新田村人工湿地处理生活污水效果
  
  
  3.3工程效益分析
  通过运用人工湿地对生活污水进行处理能达到较好的效果,现对基建投资以及湿地系统运行费用进行估算,分析比较人工湿地系统较其他处理技术的经济效益。从表2可以看出,本研究采用人工湿地系统的基建较为简单,具体投资总额仅18.01万元。农村污水处理设施一般采用无动力处理方式,基本上无需专人管理,因此运行中费用可忽略。
  表2 主要土建设备投资表
  
  
  从建设成本上分析,广州从化市温泉镇新田村污水处理设施(厌氧+人工湿地)基建投资18.01万元,每吨水建设成本为1800元,远远低于目前国内传统污水处理厂吨水建设成本;从运行成本上分析,因农村污水处理设施一般采用无动力处理方式,基本上无需专人管理,因此运行中费用可忽略,经济效益显著。
  4 结束语
  通过研究本案例人工湿地系统处理生活污水的结果表明,对于BOD5、CODcr、SS、氨氮、氮、磷的去除,效果显著。同时,一次投资费用较小,运行稳定,无动力,维护管理方便。而且,人工湿地系统除具有净化污水、绿化环境的作用外,还可为野生动植物提供良好的栖息地,有利于保护物种多样性,构建人与自然和谐发展的新农村。
  人工湿地作为一种仍处于研究之中的污水处理技术,还存在着植物种类单一、淤塞、季节性限制及用地面积大等亟待解决的问题。但总的来看,人工湿地是一项投资少、能耗低且易于操作管理的水体修复技术,尤其适合农村居住分散的情况下使用,特别是南方部分山区,既能有效解决农村地区生活污水引起的面源污染问题,还能改善农村居民的生态观念、美化环境,实现人和自然和谐共处。因此,人工湿地非常适合在我国南方农村地区推广。
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