【阶梯式复合潜流人工湿地用于农村污水处理】什么是人工湿地？

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研究课题蔡正权，环境工程硕士四班【1 * * * * * * * * *】新型阶梯式复合潜流人工湿地用于乡村治理。

生活污水

教官陈永华

用于农业处理的新型阶梯式复合潜流人工湿地

农村生活污水

蔡正权

摘要:农村污水中氮磷含量很高，并且含有大量的病毒和细菌。去除污水中的氮和磷是净化的关键。国内外污水处理方法虽多，但仍存在效果差、成本高、运行维护困难、占地面积大等缺点。新型阶梯式复合人工湿地是将上向潜流人工湿地和水平潜流人工湿地串联起来的一种工艺。湿地前端增加沉淀池，可有效防止基质堵塞，提高出水水质。在一级湿地中，水自下而上落入基质中，增加了湿地中的溶解氧含量，从而增强了硝化反应。在二级水平潜流湿地中进行反硝化反应，大大提高了对污水中N的去除能力，具有很大的抗污染影响。本文将根据不同的基质、植物配置和布水方式设计设备的最优参数，同时满足占地面积小、处理效率高、管理和操作方便的要求，达到污水处理的最优效果。

[关键词]农村污水人工湿地参数设计

本文主要针对目前人工湿地技术在处理农村生活污水方面存在的不足和缺陷，如吴书彪等人采用改良型家庭人工湿地组合系统处理北京周边农村小餐馆生活污水，叶等人采用TICW处理宁波某农村生活污水，SSFCWS成功处理乌鲁木齐平溪梁村农村生活污水。这些案例虽然在一定程度上满足了污水的合理处理，但仍存在占地面积过大、单个植物配置景观效果差、成本高、操作困难等不足。因此，作者在原有基础上改进设计了新型阶梯式复合人工湿地，有效地解决了各种问题。

1.农村生活污水的排放和处理

1.1国内农村生活污水排放特征

我国农村面积占全国面积的57.09%，而根据具有代表性的农村调查报告，我国96%的农村没有排水渠道和污水处理系统，每年有2500万吨污水直接排放。其排放物的主要污染特征有:①来源分散。受地理条件影响，我国村庄布局分散，排放的污水也比较分散，所以能集中收集的污水量较少。

②来源广泛。污染物浓度低。中国的乡镇生活水平低。受传统生活习惯的影响，村镇生活污水不仅包括厨房污水、洗涤水和粪便废水，还包括生活垃圾堆放产生的渗滤废水，污水污染物浓度相对较低。③水质水量波动大。随着农民生活水平和生活方式的变化，乡镇生活污水的水质和排放量波动很大。现在很多村镇还在用砖石渠道，雨季或者地下水位高的时候雨水地下水很多。

流入污水收集渠道，造成水质和水量的大幅波动。

④收集困难，治疗率低。由于我国村镇布局分散、规模小、地形条件复杂，污水集中收集并不容易。乡镇污水排放量相对较少，排放点多且分散。主要污染物是氮和磷，并含有大量的营养物质、细菌和病毒，给村庄污水的处理带来了一定的困难。

⑤高生物降解性。村镇生活污水的主要污染物是氮和磷，基本不含重金属，可生化性高。

1.2人工湿地技术在中国农村生活污水处理中的应用

1.2.1人工湿地的概念和特点

人工湿地由砾石、砾石等基质和生长在其上的水生植物组成。污水在湿地基质表面或下方流动，通过基质吸附、植物吸收、微生物转化等一系列过程，降解水中的营养物质。它是一种不同于自然湿地的独特的土壤植物扩散系统。人工湿地具有出水水质稳定、去除氮磷等营养物质能力强、基建和运行费用低、维护管理方便等优点，适用于间歇性小排量污水的处理。由于其良好的环境和生态效益，受到许多国家的高度赞扬。其类型包括表面流人工湿地、水平流潜流人工湿地和垂直流潜流人工湿地。它们各有不同的优缺点:表面流人工湿地的优点是投资少，运行费用低，缺点是处理效果差，容易滋生蚊蝇和臭气，占地面积大。水平潜流人工湿地的优点是处理效果好，不易产生蚊蝇，缺点是容易造成堵塞。垂直流潜流人工湿地比其他两种湿地处理效果好，占地面积小，但缺点是运行费用和基建费用较高，夏天容易滋生蚊蝇。

1.2.2人工湿地技术在中国农村生活污水处理中的应用

目前，由于人工湿地的推广应用，我国已有几个人工湿地成功应用于农村污水处理的案例。例如，吴书标等人利用改良型家庭人工湿地组合系统处理北京周边农村地区小餐馆的生活污水。结果表明，该系统对COD、NH3-N和TP具有良好的去除效果，去除率分别为92.4%-97.9%和84.5%-96.0%。79.5%-90.7%，平均出水浓度依次为33.6 mg/L、2.88 mg/L、0.66 mg/L，但其植物配置单一，抗污染负荷小，景观价值不高，经济价值低。叶等采用塔式人工湿地处理宁波某农村生活污水。瀑布水流有利于提高污水的充氧效果。系统中土壤中的氨化细菌、硝化细菌等优势细菌数量增加，脱氮效果显著。COD、NH3-N、TN和TP的去除率分别为72%、82%、83%和63%，但占地面积过大。宜颜等人成功地用SSFC水煤浆处理了乌鲁木齐平溪梁村的农村生活污水。结果表明，在气候条件恶劣、昼夜温差大、季节差异大的干旱地区，人工湿地仍能正常运行。COD、BOD、NH3-N和TP的平均去除率分别为78.3%、61.1%和46.4%。

2.阶梯式复合潜流人工湿地的设计。

2.1结构布置

如图，整个湿地为倒梯形复合潜流人工湿地，外层为混凝土池，高1600cm。整个装置埋在地下，池内设置防渗层，埋深1400cm，上部长度3000cm，下部长度1800cm，宽度1200cm。进水池板高1400cm，厚100cm，进沉淀池板高1200cm，厚100cm，中心板高1200cm，厚100cm，出水池板高100cm。左侧为向上垂直潜流人工湿地，右侧为水平潜流人工湿地。污水首先从左侧进水管进入沉淀池，然后从进水池隔板溢流进入进水通道，从进水沉淀池隔板下方进入基质，从中间隔板上方向上流入右侧水平潜流人工湿地，再从出水池隔板下端出来，从出水管排出。上向垂直潜流人工湿地的基质分别为200厘米厚的砾石(粒径1.2-3.6厘米)、400厘米厚的小砾石(粒径0.7-1.8厘米)、400厘米厚的废砖(粒径3-5厘米)和200厘米厚的土层。

。水平潜流人工

湿地基质自下而上由400cm大砾石、400cm小砾石、400cm粉煤灰和200cm土层组成。选择茭白或美人蕉等具有较高经济和美学价值的植物，种植密度为5-6株/M 2。

2.1装置设计思路及优点总结

2.1.1防止堵塞

因为农村生活污水的主要成分是N和P，还有大量的有机物和细菌，甚至泥沙等。前端设计沉淀池，沉淀污水中较大的不溶性物质，包括沉淀物、大分子颗粒、不溶性颗粒非活性磷等。这有效地防止了它们阻塞基板。

氨氮去除率为2.1.2

沉淀池相当于整个系统中的一个预处理单元，埋在地下，温度相对恒定，不易受外界气温波动的影响，为细菌、硝化细菌、氨化细菌提供了良好的滋生地。由于水中的一些胶体杂质或吸附了氨氮的杂质颗粒在沉淀池中沉淀，然后被硝化菌氧化去除，导致沉淀池出水氨氮的体积质量降低。一是污水从蓄水池落入基质，增加了水中的溶解氧含量，有利于硝化作用。废砖的微孔和较大的附着面积为硝化和反硝化细菌提供了良好的繁殖条件。同时，水体富含碳源，可以保证下部的硝化细菌从湿地基质中生长繁殖，并在继续向中部区域上行时为反硝化细菌提供碳源和NO -3。在表层，植物的根提供氧气。一般来说，水中溶解氧水平升高，有利于硝化作用。硝化细菌多，反硝化细菌不足。然后污水进入水平潜流人工湿地，湿地内反硝化细菌丰富，有利于反硝化作用。

除磷率为2.1.3

污水中磷以溶解态和颗粒态存在，分为有机态、无机态和聚磷酸盐态。其中，无机磷酸盐主要来源于洗涤剂，有机磷化合物主要来源于生物过程、生活污水中的食物残渣和废水中的活性或非活性生物(如处理池中的细菌)。当污水进入沉淀池时，部分颗粒磷会沉淀下来。垂直流湿地床对部分磷的去除包括湿地植物吸收湿地微生物的生化作用和基质的吸附、络合和沉淀。研究证明，植物的吸收和微生物的活动对污水中磷的去除贡献不大，基质的吸附和沉淀占磷去除的70%-87%。水平潜流人工湿地床的主要材料是粉煤灰和砾石。

Al 3+，Ca2+等金属离子和结石。污水中可溶性磷酸盐易与Fe 3+反应，

金属氧化物、氢氧化物和粘土矿物通过配体交换发生吸附沉淀反应，生成不溶性磷酸盐并固定。

2.1.4其他优点和特点

这种设备埋在地下，受温度和天气影响较小。同时景观价值高，基质成本低，而且是建筑废砖、粉煤灰等，占地面积小。

3.结论与展望

该装置针对以往一些人工湿地技术处理农村生活污水的一些缺点和不足，在布水方式、湿地结构布局、基质和植物选择等方面进行了改变，能够防止基质堵塞，抵御温度和天气的影响，有效去除有机物、TN和TP。但这种设计还是有很多不足，在矩阵的选择上还需要努力。这个设备不能移动，应对变化的能力很差。

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