人工濕地在中小城鎮(zhèn)污水處理的運(yùn)用范文
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針對(duì)中小城鎮(zhèn)污水的特點(diǎn)及處理現(xiàn)狀，在處理污水時(shí)因考慮低投入、低耗能、低維護(hù)及高效處理等因素，而人工濕地生態(tài)處理系統(tǒng)是近些年才發(fā)展起來(lái)的新型城鎮(zhèn)污水處理技術(shù)，具有投資省、運(yùn)行費(fèi)用低、操作管理簡(jiǎn)單、處理效果好等優(yōu)點(diǎn)。因此，中小城鎮(zhèn)可充分發(fā)揮自身地理環(huán)境優(yōu)勢(shì)，利用現(xiàn)有的農(nóng)田灌排渠道以及城鎮(zhèn)附近的荒地、廢塘、洼地或沼澤地等條件，采用因地制宜的人工濕地生態(tài)處理工藝處理污水，實(shí)現(xiàn)污水的無(wú)害化和資源化。
1.1凈化機(jī)理
人工濕地是模擬自然濕地的人工生態(tài)系統(tǒng)，在一定的長(zhǎng)寬比及底面坡度的洼地中，由土壤和按一定坡度充填一定級(jí)別的填料混合結(jié)構(gòu)的填料床組成，并在床體表面種植具有處理性能好、成活率高、抗水性強(qiáng)、生長(zhǎng)周期長(zhǎng)、美觀及具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的水生植物如(蘆葦、香蒲)等，它與在水中、填料中生存的動(dòng)物、微生物形成一個(gè)獨(dú)特的動(dòng)植物生態(tài)環(huán)境，對(duì)廢水進(jìn)行處理。人工濕地是利用自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學(xué)和生物三重協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)污水凈化的。系統(tǒng)成熟后，填料表面和植物根系由于大量微生物的生長(zhǎng)形成生物膜。污水流經(jīng)生物膜時(shí)，SS被基質(zhì)和植物根系截留，有機(jī)污物染物通過生物膜的吸收、同化及異化作用被去除，濕地床系統(tǒng)中因植物根系對(duì)氧的傳遞釋放，使其周圍的環(huán)境依次呈現(xiàn)好氧、缺氧和厭氧狀態(tài)，保證了污水中的氮磷不僅能被植物和微生物作為營(yíng)養(yǎng)成分直接吸收，而且還可以通過硝化、反硝化作用及微生物對(duì)磷的過量積累作用將其從污水中去除，最后通過濕地床基質(zhì)的定期更換和栽培植物的收割而使污染物最終從系統(tǒng)中去除。
1.2類型
人工濕地一般分為地表流人工濕地和潛流人工濕地。
1.2.1地表流人工濕地
地表流人工濕地指污水在濕地床的表面漫流。這種濕地不能充分利用填料層豐富的植物根系，夏季易滋生蚊蠅，散發(fā)臭味，北方地區(qū)冬季表面結(jié)冰，影響水質(zhì)凈化效果，目前較少采用。
1.2.2潛流人工濕地
潛流人工濕地為污水指在濕地床表面下滲流。一般由兩級(jí)以上濕地串聯(lián)，處理單元并聯(lián)組成，其形式分為水平流和垂直流兩種。由于水流在地表下流動(dòng)，保溫性好，衛(wèi)生條件較好處理效果受氣候的影響較小，是一種應(yīng)用較為廣泛的濕地處理系統(tǒng)，尤其適合北方地區(qū)的氣候特點(diǎn)。
1)水平潛流人工濕地。
水平潛流人工濕地是污水由進(jìn)水口一端沿水平方向流動(dòng)進(jìn)入濕地，依次通過砂石、介質(zhì)、植物根系，流向出水口一端，以達(dá)到凈化目的。
2)垂直潛流人工濕地。
垂直潛流人工濕地是污水縱向流至床底，依次經(jīng)過不同介質(zhì)層，達(dá)到凈化的目的。垂直潛流濕地具有完整的布水系統(tǒng)和集水系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)完全建在地下，地上可以建成綠地和配合景觀規(guī)劃使用。垂直潛流濕地的處理能力高于水平潛流濕地。
1.3技術(shù)特點(diǎn)
根據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，一般人工濕地系統(tǒng)的投資和運(yùn)行費(fèi)用僅為傳統(tǒng)二級(jí)污水處理廠的1/10～1/2。另外，其運(yùn)行管理方便，與相同規(guī)模的傳統(tǒng)工藝比，人員可減少80%以上。同時(shí)，研究資料表明，人工濕地具有很強(qiáng)的凈化廢水能力，在進(jìn)水濃度較低的情況下，人工濕地COD去除率達(dá)80%以上，氮去除率達(dá)60%，磷去除率達(dá)90%。人工濕地由于其自身的優(yōu)點(diǎn)，已越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于中小城鎮(zhèn)、農(nóng)村地區(qū)，而且對(duì)于遠(yuǎn)離城市管網(wǎng)的居民小區(qū)、旅游景區(qū)、大型廠礦企業(yè)，人工濕地處理污水系統(tǒng)也是一種很好的選擇。但該系統(tǒng)也存在著諸如占地面積大、植物易受蟲害影響及設(shè)計(jì)參數(shù)不當(dāng)導(dǎo)致出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)等缺點(diǎn)。
2工程實(shí)例
以西安市周至縣生態(tài)污水處理廠為例，該廠采用預(yù)處理與人工濕地處理相結(jié)合的城鎮(zhèn)生活污水處理工藝，與傳統(tǒng)污水處理系統(tǒng)比較，其處理效率高，運(yùn)行費(fèi)用低。該工程2010年6月正式運(yùn)行，服務(wù)人口8.5萬(wàn)人，設(shè)計(jì)日處理生活污水1.1萬(wàn)t，占地95畝。1—進(jìn)水;2—預(yù)處理單元;3—配水渠;4—一級(jí)人工濕地;5—二級(jí)人工濕地;6—污泥干化床;7—監(jiān)測(cè)室;8—廠房;9—出水。
2.1工藝流程
污水處理工藝流程
1)格柵。經(jīng)化糞池處理后的居民生活污水經(jīng)管道接入污水收集管網(wǎng)，然后自流入污水處理系統(tǒng)，進(jìn)入格柵池。經(jīng)過格柵攔截去除大量懸浮物和漂浮物。格柵2個(gè)，采用不銹鋼材質(zhì)。
2)厭氧水解池。污水經(jīng)格柵處理進(jìn)入?yún)捬跛獬兀ㄟ^厭氧微生物的水解和產(chǎn)酸作用，將污水中大分子和不溶性物質(zhì)降解成小分子可溶性有機(jī)物，提高污水的可生化性。厭氧水解池有2個(gè)處理單元，內(nèi)部尺寸:長(zhǎng)×寬×高=20m×20m×4.9m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。
3)接觸氧化池。厭氧水解池出水進(jìn)入接觸氧化池，經(jīng)過充氧后的污水與載滿生物膜的填料充分接觸，使水中有機(jī)物得到吸附和降解，從而使污水進(jìn)一步得到凈化。接觸氧化池有8個(gè)處理單元，內(nèi)部尺寸:長(zhǎng)×寬×高=30m×20m×4.9m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。
4)沉淀池。接觸氧化池出水進(jìn)入沉淀池，在重力作用下去除污水中剩余部分污染物，便于后續(xù)處理。沉淀池有4個(gè)處理單元，內(nèi)部尺寸:長(zhǎng)×寬×高=20m×10.5m×4.5m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。
5)人工濕地。預(yù)處理后的生活污水進(jìn)入人工濕地系統(tǒng)，通過土壤滲濾作用及種植水生動(dòng)植物的綜合生態(tài)效應(yīng)，達(dá)到凈化污水和改善生態(tài)環(huán)境的目的。該人工濕地由兩組垂直潛流濕地串聯(lián)組成，每組有8個(gè)處理單元并聯(lián)。濕地床深1.4m，約占4.8萬(wàn)m2，其種植的植物適宜在當(dāng)?shù)厣妫饕獮樘J葦、香蒲、菖蒲、水蔥等。
2.2運(yùn)行管理
日常安排工作人員定期對(duì)預(yù)處理單元及人工濕地進(jìn)行清理與維護(hù)。厭氧水解池及接觸氧化池每半年清掏1次，并定期對(duì)人工濕地內(nèi)雜草、病蟲害以及植物殘?bào)w進(jìn)行清理，對(duì)人工濕地內(nèi)的植物進(jìn)行收割和補(bǔ)種。
2.3處理效果
作為該地區(qū)的減排項(xiàng)目，每年可削減COD1030t，NH3-N80t，在進(jìn)水ρ(COD)為217～420mg/L時(shí)，出水ρ(COD)為27～68mg/L，出水ρ(COD)平均≤50mg/L，達(dá)一級(jí)A類GB18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。2011年的運(yùn)行過程中，人工濕地對(duì)COD的去除率達(dá)到80.11%～93.47%，可見該組合工藝對(duì)COD有良好的去除效果。同時(shí)顯示，當(dāng)進(jìn)水COD波動(dòng)大時(shí)，其去除率也隨之波動(dòng)，但出水水質(zhì)相對(duì)較穩(wěn)定，說(shuō)明人工濕地良好的抗沖擊負(fù)荷能力和穩(wěn)定的去除率。此外，該工藝的實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，其對(duì)NH3-N處理效果不穩(wěn)定，進(jìn)水ρ(NH3-N)平均≥35mg/L，出水ρ(NH3-N)在3～25mg/L，波動(dòng)較大。這是因?yàn)樽赃\(yùn)行以來(lái)，濕地植物生長(zhǎng)緩慢，植物和微生物還處在適應(yīng)過程中，因此植物的吸收、基質(zhì)的吸附以及系統(tǒng)的硝化反硝化作用未完全發(fā)揮出來(lái)，導(dǎo)致系統(tǒng)對(duì)氮的去除效果不理想，出水不達(dá)標(biāo)。可見，隨著系統(tǒng)運(yùn)行的逐漸穩(wěn)定，人工濕地對(duì)NH3-N的去除還有很大的改善空間。
2.4工程效益分析
該工程的實(shí)施極大減少了城鎮(zhèn)水體的污染物排放量，改善了當(dāng)?shù)厮h(huán)境狀況，創(chuàng)造了人與自然相融合的優(yōu)美環(huán)境，具有良好的景觀效益。整個(gè)工藝低投資，低耗能且運(yùn)行費(fèi)用成本低，僅為0.2～0.4元/t，經(jīng)濟(jì)效益顯著。同時(shí)該工程是一項(xiàng)保護(hù)環(huán)境的公共事業(yè)工程，具有良好的示范和宣傳教育作用，有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力和推廣價(jià)值，社會(huì)效應(yīng)明顯。
3結(jié)論
中小城鎮(zhèn)由于自身所具有的經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)、技術(shù)力量薄弱、污水排放量偏小等特點(diǎn)，一般不適合大中城市慣用的活性污泥處理工藝。而人工濕地生態(tài)處理工藝具有經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)易、有效節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，因此，在中小城鎮(zhèn)污水處理方面有著廣闊的應(yīng)用前景。
作者：黃堯王小文范曉娟單位：西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院
