人工濕地與生態(tài)溫室聯(lián)合處理冬季農(nóng)村生活污水的應(yīng)用研究

徐慧++管蓓

摘要：以南京市高淳縣椏溪鎮(zhèn)污水處理工程為實(shí)例，針對(duì)人工濕地系統(tǒng)冬季處理效果差的問題，研究了人工濕地配套生態(tài)溫室聯(lián)合處理污水的效果。結(jié)果表明：人工濕地與生態(tài)溫室聯(lián)合系統(tǒng)在冬季對(duì)COD、NH3-N和TP具有較好的處理效果，COD、NH3-N、TP的平均去除率分別為64.4%、68.5%和68.1%。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村生活污水；人工濕地；生態(tài)溫室；冬季

中圖分類號(hào)：X703

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16749944（2017）12000102

1引言

農(nóng)村生活污水具有面廣、量少、分散、處理率低等特點(diǎn)，污水一般不經(jīng)任何處理直接排入附近河流湖泊，加劇了水環(huán)境的污染。我國(guó)從20世紀(jì)80 年代開始開展農(nóng)村生活污水處理技術(shù)的開發(fā)和研究工作，厭氧沼氣池處理技術(shù)、穩(wěn)定塘處理技術(shù)、人工濕地處理技術(shù)和土壤滲濾技術(shù)都得到了一定的應(yīng)用。其中人工濕地處理技術(shù)人工濕地是一種為處理污水而采用工程手段模擬自然濕地系統(tǒng)建造的構(gòu)筑物[1]，憑借出水水質(zhì)好、運(yùn)行成本低、管理方便、抗有機(jī)負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用最為廣泛。然而，人工濕地系統(tǒng)冬季運(yùn)行受低溫影響，處理效果不穩(wěn)定，這也很大的限制了人工濕地的應(yīng)用。本研究依托南京市高淳縣椏溪鎮(zhèn)污水處理工程，擬采用人工濕地與生態(tài)溫室聯(lián)合處理農(nóng)村生活污水，利用生態(tài)溫室解決人工濕地系統(tǒng)冬季處理效果差等關(guān)鍵問題。

2人工濕地與生態(tài)溫室聯(lián)合處理系統(tǒng)構(gòu)建

2.1人工濕地填料的選擇

本研究采用煤渣、礫石、碎石作為基質(zhì)。在鋪設(shè)方式上，分水平和垂直兩個(gè)方向?qū)︿佋O(shè)粒徑進(jìn)行布置。垂直方向上，每個(gè)處理池中最底層鋪設(shè)30 cm的直徑5～10 cm的礫石，礫石上鋪50 cm厚，直徑為2～3 cm的煤渣，為防止煤渣漂浮在礫石上，最上層鋪5 cm厚的直徑為1 cm左右的碎石。水平方向上，在距進(jìn)出水口50 cm的距離內(nèi)主要鋪設(shè)粒徑較大的礫石，主要是防止進(jìn)水處發(fā)生堵塞和保持出水的通暢。

2.2人工濕地植物的選擇

植物在人工濕地中起著非常重要的作用，不但直接攝取利用污水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而且輸送氧氣到根區(qū)，提供根區(qū)微生物生長(zhǎng)、繁殖和降解有機(jī)物過程對(duì)氧的需求，還能維持和加強(qiáng)人工濕地系統(tǒng)內(nèi)的水力學(xué)傳輸[2]。高吉喜等選擇了7種濕地植物，研究發(fā)現(xiàn)，慈姑和茭白的綜合凈化率最高[3]。袁東海等比較了菖蒲、燈心草和蝴蝶花3種植物的氮磷凈化能力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，以菖蒲氮素凈化能力最強(qiáng)，其次為燈心草和蝴蝶花[4]。本研究人工濕地的前端選擇耐污染能力強(qiáng)的植物品種，如茭白、菖蒲；末端由于污水濃度降低，因此可以更多考慮植物的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和景觀效果，即種植一些水生蔬菜類，如慈姑、荸薺等[5，6]。

2.3生態(tài)溫室的構(gòu)建

本研究構(gòu)建的生態(tài)溫室長(zhǎng)12 m，寬3 m，棚頂高1.5 m，肩高1 m。骨架材料選用A3鋼的圓形鋼管；溫室覆蓋薄膜為PVC防老化膜，具有一定的抗風(fēng)、雨、雪功能。保溫措施采用棉被加塑料膜保護(hù)進(jìn)行保溫；通風(fēng)措施采用自然通風(fēng)，即在溫室上開設(shè)通風(fēng)窗，借助溫室內(nèi)外溫度差產(chǎn)生的“氣壓差”或室外自然風(fēng)力產(chǎn)生的“風(fēng)壓”促使空氣流動(dòng)。

2.4聯(lián)合處理系統(tǒng)工藝流程

污水首先經(jīng)過截留收集進(jìn)入到集水井中，集水井中設(shè)置潛污泵，可根據(jù)液位進(jìn)行自動(dòng)控制，將污水提升進(jìn)入接觸氧化池，在接觸氧化池中懸掛填料并進(jìn)行曝氣，利用微生物的新陳代謝來去除污水中的有機(jī)污染物和氨氮等污染物質(zhì)，出水自流進(jìn)入并聯(lián)的兩個(gè)潛流人工濕地處理系統(tǒng)中，濕地中的填料為礫石、煤渣和碎石，具體鋪設(shè)見圖1。濕地上種植一些水生植物來去除水體中的氮、磷。為了分析人工濕地與生態(tài)溫室聯(lián)合處理系統(tǒng)和一般潛流人工濕地在冬季處理效果的差異，本文選擇在其中一個(gè)人工濕地上構(gòu)建生態(tài)溫室，另一個(gè)作為對(duì)照。

3聯(lián)合處理系統(tǒng)運(yùn)行效果分析

3.1生態(tài)溫室采光及保溫狀況分析

春冬季光照狀況的好壞直接影響溫室獲取能量的多少和溫室內(nèi)溫度的高低。1月份一般為全年中的最低溫度時(shí)期，是考驗(yàn)溫室采光和保溫性能好壞的最佳時(shí)期。本文對(duì)2017年1月10～14日揭保溫被后至蓋保溫被前溫室內(nèi)外光照測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明室外光照最強(qiáng)區(qū)間為10：30至12：30之間，室內(nèi)光照隨著室外光照的變化而變化，并無滯后。室外光照強(qiáng)度最大值出現(xiàn)在11：30左右，最大值約為120450Lux，最小值出現(xiàn)在15：30，最小值為29320Lux；室內(nèi)光照強(qiáng)度最大值出現(xiàn)在11：30左右，最大值為55060Lux，最小值出現(xiàn)在15：30，最小值為11240Lux。室內(nèi)溫度隨太陽輻射的變化而變化，日間室內(nèi)最高溫度出現(xiàn)在13：00，為20.8℃，最低溫度出現(xiàn)在9：00，為11.0℃。日間最大溫差9.8℃。由圖2中溫室內(nèi)外植物生長(zhǎng)狀況對(duì)比可以看出，由于溫室滿足了植物生長(zhǎng)所必需的溫度和光照條件，溫室內(nèi)植物長(zhǎng)勢(shì)良好，菖蒲、茭白、慈姑、荸薺四種植物的存活率均在90%以上。可見，生態(tài)溫室能夠在冬季給植物提供良好的生長(zhǎng)環(huán)境。總體上，溫室的保溫性能良好。

3.2聯(lián)合處理系統(tǒng)出水水質(zhì)分析

為了能全面反應(yīng)整套處理設(shè)施的運(yùn)行效果，分別于2016年11月25日、12月10日、12月27日、2017年1月12日、1月27日、2月15日和2月28日進(jìn)行采樣分析。通過對(duì)進(jìn)水、人工濕地出水和人工濕地與生態(tài)溫室聯(lián)合處理系統(tǒng)出水三個(gè)取樣點(diǎn)COD、氨氮、總磷三項(xiàng)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)。定量分析人工濕地與生態(tài)溫室聯(lián)合處理系統(tǒng)的凈化效果和穩(wěn)定性。由圖3可以發(fā)現(xiàn)單一人工濕地COD、NH3-N、TP出水濃度在33～41 mg/L、3.17～4.32 mg/L、0.35～0.65 mg/L之間，而聯(lián)合處理系統(tǒng)COD、NH3-N、TP出水濃度在20～26 mg/L、1.06～1.21 mg/L、0.19～0.24 mg/L之間，且變化相對(duì)比較平穩(wěn)。各時(shí)間段進(jìn)水濃度波動(dòng)較大，但人工濕地出水水質(zhì)和聯(lián)合處理系統(tǒng)出水水質(zhì)較為穩(wěn)定，可見，人工濕地和聯(lián)合處理系統(tǒng)具有一定的耐沖擊負(fù)荷能力。由圖3可以發(fā)現(xiàn)污水經(jīng)過單一人工濕地后，COD、NH3-N、TP平均去除率為44.5%、28.2%、29.8%；而污水經(jīng)過聯(lián)合處理系統(tǒng)后，COD、NH3-N、TP平均去除率為64.4%、68.5%、68.1%。由此可見，由于溫室的保溫作用給水生植物提供了適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，保證了冬季的出水水質(zhì)可以穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中確定的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。

3.3經(jīng)濟(jì)成本分析

人工濕地與生態(tài)溫室聯(lián)合處理系統(tǒng)建設(shè)直接費(fèi)用為11.232萬元，其中兩套生態(tài)溫室的價(jià)格為1.6萬元，占工程總投資的14.24%。本處理設(shè)施操作簡(jiǎn)單，日常只需安排1人進(jìn)行不定期維護(hù)，植物成熟季節(jié)，安排人員進(jìn)行收割，并補(bǔ)種。按瑤宕村130戶人家每天總排放65 t污水計(jì)，本項(xiàng)目戶均建設(shè)成本為864元，由于處理設(shè)施利用太陽能發(fā)電運(yùn)行，因此基本無常規(guī)的運(yùn)行費(fèi)用。此外，生態(tài)溫室的構(gòu)建不僅保證了污水處理設(shè)施冬季的出水水質(zhì)，還能在冬季為村民提供新鮮的蔬菜，并創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。由此可見，在綜合了處理效果、投資建設(shè)成本、運(yùn)行費(fèi)用和經(jīng)濟(jì)效益等因素的情況下，將人工濕地與生態(tài)溫室聯(lián)合處理系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)村污水的深度處理在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上都是可行的，而且具有一定的優(yōu)越性。

4結(jié)論

搞好農(nóng)村生活污水治理工作，關(guān)系到改變農(nóng)村生活污水無序排放現(xiàn)狀，改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，提高農(nóng)民生活水平，加快社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)，促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。本研究采用人工濕地與生態(tài)溫室聯(lián)合處理農(nóng)村生活污水，開發(fā)適合南京市農(nóng)村的生活污水處理技術(shù)。接觸氧化池的出水進(jìn)入人工濕地與生態(tài)溫室聯(lián)合系統(tǒng)進(jìn)一步凈化，提高了出水水質(zhì)，并保證了冬季也有較高的污染物去除率。同時(shí)，生態(tài)溫室中選種具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的且對(duì)污染物處理效果好的濕生植物，兼具了生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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