廖崧
广州市荔湾区环境监测站 广东广州 510000
(Technology Development Design Institute, Guangzhou Indtitute of Building Science)
摘要：本文分析了人工湿地的运行机理和养护中存在的问题，技术经济分析的结果表明：从技术上讲，人工湿地对有机物去除效率高达95％；经济上，人工湿地投资运行费用远远低于传统工艺，经济可行性好。日常养护中人工湿地存在填料堵塞，植物选择等问题，但在改善农村环境问题仍是一个存在优势的处理方式。
关键词: 农村生活污水；人工湿地；作用机理；处理工艺；经济技术分析
Analysis Method of Constructed Wetland for Treatment of Rural Domestic Sewage
Abstract: It was analyzed that the removal mechanism and existing problems of constructed wetlands.A technical and economic analysis indicate that, technically, constructed wetlands had high removal efficiencies for organics, as high as 95%. According to the economic analysis, the capital cost and operation cost of constructed wetlands were much less than that of traditional treatment, and economically feasible. Although constructed wetlands had some problems, such as wetland plants selection and clogging, the promotion of constructed wetlands in Chinese rural areas was significant..
Keywords：rural domestic sewage; constructed wetland; mechanism of action; treatment process; application. economical efficiency analysis
近年来，随着新农村建设广泛开展，加快推进农村生活污水治理迫在眉睫。因农村实际的经济和技术条件的限制，传统的二级处理工艺，不仅费用昂贵管理而且经营困难，不适用于农村生活污水处理。相比传统的处理工艺，人工湿地具有投资少，效果好，后期管理方便等好处。用人工湿地对农村生活污水进行处理是一个相对节能，绿色的生态模式，在对国内农村污水处理表现出良好的适用性，可以合理有效的预防污染。本文结合广州市南沙区榄核镇农村生活污水的运行情况对人工湿地工艺进行简要概述。
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1农村生活污水进水水质特征
污水处理站的进水水质将直接影响污水处理工艺及其参数的选择、工程造价以及运行费用。因此需要合理确定污水处理站设计进水水质，进而选择经济合理、技术先进可靠的污水处理工艺。污水水质通常根据污水实测资料、《室外排水设计规范》、国内同类型城市污水处理站进水水质等方面综合考虑。农村生活日渐城市化，生活污水主要来自农家的厕所冲洗水、厨房洗涤水、洗衣机排水、淋浴排水及其他排水等。一方面，由于进水量小，农村生活污水的氮和磷含量和有机物浓度较高，另一方面其可生化有机物含量高，呈现可生化性好的特征。
2人工湿地污染物反应机制
人工湿地在污水处理过程中体现了物理，化学和生物三种角色。湿地池中种植耐水性、沼泽植物，会由于土壤渗透和植物根系作用，大量微生物形成生物膜。当水流过填料上的生物膜，固体悬浮物被植物根部和基质阻断拦截。有机污染物通过生物膜，通过一系列生化过程作用吸收后被去除。由于植物根系对氧的扩散作用，其周围的环境依次为有氧，缺氧和厌氧状态，可以确保污水氮、磷能通过硝化-反硝化过程得以去除，最终通过置换湿地床内的填料去除污染物。
2.1去除有机物
人工湿地具有很强的处理有机物能力，有试验表明：在进水浓度很低的情况下，人工湿地处理系统对BOD5去除率仍可达到85~95％，出水浓度约10mg/L。COD去除率大约80％，结果还表明：不溶性BOD5（约为总BOD5的50％）和COD在进水5m后，可迅速去除；大部分SS，在进水10m后，可被去除。废水中的多数有机物质在厌氧微生物的作用下，最终转化为CO2，H2O和少量的微生物残基。
2.2脱氮
污水的氮通常以两种形式存在：无机氮（NO3-N）和有机氮（NH4-N）。水去除氮转化过程包括许多，一部分氮可以被湿地植物吸收，在植物中合成物质，并最终通过收获植物被除去。此外，通过吸收，吸附，过滤作用，基质也可除去的部分氮。但是去除氮主要是通过微生物的硝化和反硝化过程完成的，机理如下：大型湿地植物的根系附着了生物膜，分为需氧，厌氧和缺氧区。在需氧区，硝化过程会发生；厌氧区，反硝化过程会发生。有湿地中有许多的需氧，厌氧区，这相当于很多A-O反应器组合，可以保证较好的去除污水中的氮。
2.3除磷
除磷是通过以下几方面的共同作用完成的：水生植物自身的吸收、微生物的积累和土壤颗粒吸附。污水中的部分无机磷在水生植物的吸收和同化作用下，合成ATP等有机成分，最终通过收割植物去除。在人工湿地特有的好氧，厌氧条件下，磷化细菌将有机磷转化为单一的磷化合物，满足植物和微生物的生长需要。
3湿地处理工艺
根据《广州市农村生活污水处理适用技术指引》第五章处理工艺部分，采用“住户－污水管－厌氧水解池－人工湿地工艺”。该组合工艺由厌氧水解池和人工湿地两个处理单元串联组成，具有较强的抗冲击负荷能力。为提高人工湿地前处理单元的COD处理能力，有时在水解池内添加填料。生活污水进入厌氧水解池，截流大部分有机物，并在厌氧水解作用下，被分解成小分子有机物，小分子有机污染物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。该技术工艺简单，维护管理方便，工艺流程图见图1。
图1 人工湿地流程示意图
4人工湿地建设和发展的若干问题
人工湿地系统是一种生态处理方式，其自身存在的一些特殊性，因此实际工程中存在不少问题，诸如堵塞和植物的挑选。
人工湿地后期运行养护中最大的问题是系统堵塞。堵塞期间，系统吸附能力下降，同时影响氧气输送系统，使去除有机物、除氮、除磷等能力迅速下降，并产生臭味。有人试验表明，堵塞后使系统对COD的去除率降低35.0%，对NH3-N的去除率降低了76.2%。笔者所接触的农村生活污水处理项目中，造成系统阻塞的原因大致有以下几个方面：进水水力负荷太高，产生大量污泥，造成堵塞；湿地池填料粒径太小，也会造成湿地池的阻塞。
植物的选择也是影响养护效果的一个重要因素，关于这个方面，笔者研究不深，这里不做赘述。
5人工湿地工艺的技术经济分析
相对传统的二级处理工艺来说，人工湿地工艺具有投资成本低，运营和管理维护方便等特点，在农村生活污水的处理上有一定的优势。就笔者接触到的农村生活污水处理项目中，以处理水量为150吨/天为例，人工湿地工艺的投资约40万元，运行费用约0.2元/吨水；传统处理方式如接触氧化工艺，投资为75万元，运行费用约0.6元/吨水。在后期运营中，人工湿地工艺污泥产生量小，平时管养费用低，非常适合中低浓度及水量小的农村生活污水；而传统处理方式如接触氧化工艺，后期产生的污泥量大，污泥脱水需外运，能耗大、运行成本高，需要配备专业的技术管理人员。
6综述
人工湿地是一种通过人工设计、改造而成的半生态型污水处理系统，具有投资运行费用低、能耗小、处理效果好、维护管理方便等优点。同时，人工湿地对改善环境和提供环境质量有明显的改善作用，增加了植被覆盖率，保持生物多样性，实现人与自然的和谐，减少水土流失，改善生态环境。因此，随着人工湿地系统设计参数的逐步优化和管理经验的不断积累，其在农村生活污水的治理上将得到广泛应用。
论文作者:廖崧
论文发表刊物:《防护工程》2018年第18期
论文发表时间:2018/11/8
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