人工濕地處理農(nóng)村生活污水工程設(shè)計與運行

劉曉利，劉 峻，朱亞飛

(1.鄭州大學(xué)，河南 鄭州 450001; 2.鄭州億眾環(huán)境科技有限公司，河南 鄭州 450000)

1 引言

河南某村莊為改善農(nóng)村人居環(huán)境，提高當?shù)卮迕竦纳钯|(zhì)量，建設(shè)處理規(guī)模為100m3/d，采用以人工濕地-穩(wěn)定塘為主體處理工藝的農(nóng)村生活污水處理工程，出水水質(zhì)滿足河南省地方標準《農(nóng)村生活污水處理設(shè)施水污染排放標準》(DB41/1820-2019)一級標準。

2 設(shè)計進、出水質(zhì)

農(nóng)村生活污水主要包括廚房洗滌、淋浴、洗衣等廢水等污水，其成分及變化與當?shù)鼐用裆畹臓顩r、水平和習(xí)慣，污染物濃度與用水量有關(guān)，同時受到污水管網(wǎng)建設(shè)條件、雨污分流狀況等條件制約。本項目生活污水具有以下特征：①由于村內(nèi)以旱廁為主，污染負荷較低；②污水中含有COD、BOD5、N、P等主要污染物，其中BOD5/COD≥0.5，可生化性強；③農(nóng)村人員生活作息相對規(guī)律，污水排放量也具有規(guī)律性，以早、中、晚排水量居多。

本工程設(shè)計進水水質(zhì)和排放標準見表1。

表1 設(shè)計進水水質(zhì)和排放標準

3 污水處理工藝流程

結(jié)合國內(nèi)農(nóng)村污水處理實際狀況[1～6]，根據(jù)工程所在地的氣候特征及經(jīng)濟條件，確定采用格柵-隔油池-1#表流人工濕地-潛流人工濕地-2#表流人工濕地處理工藝。工藝流程見圖1。

圖1 農(nóng)村污水處理工藝流程

4 主要構(gòu)筑物工藝設(shè)計

(1)格柵渠。磚混結(jié)構(gòu)，1座，結(jié)構(gòu)尺寸為2.0 m×0.3 m×1.3 m，設(shè)置人工粗格柵1套，柵寬0.3 m，柵條間距25 mm，材質(zhì)304不銹鋼；細格柵1套，柵寬0.3 m，柵條間距3 mm，材質(zhì)304不銹鋼。用于截留污水中的漂浮物等。

(2)隔油池。鋼混結(jié)構(gòu)，1座，結(jié)構(gòu)尺寸為2.5 m×1.0 m×2.3 m，有效容積3 m3。用于去除廢水中的油類物質(zhì)，減輕人工濕地的處理負荷。

(3)1#表流人工濕地。框架結(jié)構(gòu)，1座，分4格，單格結(jié)構(gòu)尺寸為23.8 m×8.0 m×1.0 m，總面積761.6 m2，有效水深0.3～0.5 m，表面COD負荷9.98 g/(m2·d)，表面水力負荷0.13 m3/(m2·h)，有效水力停留時間3.05 d。池內(nèi)設(shè)置基質(zhì)填料100 m3；活性鈣60 m3；生態(tài)石籠40個，結(jié)構(gòu)尺寸為2 m×0.5 m×0.5 m；池底及池壁鋪設(shè)防滲土工布3300 m2；設(shè)置配水渠1座，框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)尺寸32 m×0.5 m×0.8 m。

(4)垂直潛流人工濕地。框架結(jié)構(gòu)，1座，分4格，單格結(jié)構(gòu)尺寸為9.0 m×8.0 m×1.4 m，總面積288 m2，基質(zhì)層高度1.1 m，表面COD負荷19.79 g/(m2·d)，表面水力負荷0.35 m3/(m2·h)，基質(zhì)空隙率按35%計，水力停留時間1.27 d。池內(nèi)設(shè)置生態(tài)基質(zhì)填料245 m3；沸石72 m3。設(shè)置上下兩層布水系統(tǒng)池內(nèi)。池底及池壁鋪設(shè)防滲土工布480 m2；設(shè)置配水渠、收水渠1座，鋼混結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)尺寸分別為32 m×0.5 m×0.8 m、32 m×0.5 m×0.5 m。

垂直潛流人工濕地設(shè)計種植挺水植物蘆葦、菖蒲、香蒲、藨草。在垂直潛流人工濕地各單元的植物配置不完全相同，單元內(nèi)的植物也根據(jù)周邊環(huán)境做出適當調(diào)整。垂直流人工濕地以蘆葦、菖蒲、香蒲、藨草等凈污能力較強的植物為主。

人工濕地進水采用可旋轉(zhuǎn)彎管加閥門，控制進水量和水頭。出水采用多個閥門組合，分別控制高水位出水、中水位出水和低水位出水。

(5)1#表流人工濕地。框架結(jié)構(gòu)，1座，分4格，單格結(jié)構(gòu)尺寸為7.0 m×8.0 m×1.0 m，總面積224 m2，有效水深0.3～0.5 m，表面COD負荷7.63 g/(m2·d)，表面水力負荷0.45 m3/(m2·h)，有效水力停留時間0.90 d。池內(nèi)設(shè)置基質(zhì)填料35 m3；生態(tài)石籠20個，結(jié)構(gòu)尺寸為2 m×0.5 m×0.5 m；池底及池壁鋪設(shè)防滲土工布1016 m2；設(shè)置收水渠1座，磚混結(jié)構(gòu)，尺寸28 m×0.5 m×0.8 m。

(6)綜合間。1座，磚混結(jié)構(gòu)，總尺寸為6.0 m×4.2 m×4.2 m，用于管理人員臨時休息及存放維護用具。

5 調(diào)試運行、管理及處理效果

5.1 調(diào)試運行、管理

本工程主要調(diào)試以人工濕地進配水及人工濕地植物的種植和日常維護管理為主。

5.1.1 表面流人工濕地

表流人工濕地以挺水植物與沉水植物交替種植為主，挺水植物種植蘆葦、香蒲、菖蒲、紙莎草等。沉水植物種植金魚藻、苦草、狐尾藻、黃花貍藻等。沉水植物與表流人工濕地的出水口之間需要有挺水植物作為間隔，防止沉水植物堵塞垂直流人工濕地。

5.1.2 垂直潛流人工濕地

垂直潛流人工濕地基質(zhì)層總高度為1.1 m，按照基質(zhì)級配和高度依次填充。首先使基質(zhì)層完全浸水，在基質(zhì)層深15 cm處栽種蘆葦，株高為50～60 cm，株距30 cm；香蒲株高30 cm，株距20 cm。按設(shè)計流量運行到2～3個月后，可將水位降低到填料表層下15 cm，以促進植物根系向深部發(fā)展。同時根據(jù)季節(jié)的變化，通過調(diào)節(jié)出水管不同高度的閥門，來控制濕地內(nèi)部的運行水位。

5.2 濕地植物的管理及保溫措施

(1)表面流人工濕地運行中應(yīng)及時清理水面的植物落葉及敗落的莖稈等，以防止其腐爛影響水質(zhì)。

(2)病蟲害防治。濕地植物除蟲除害應(yīng)盡量采用無毒無害的殺蟲殺菌劑，避免對水質(zhì)產(chǎn)生影響。

(3)在植物收割期，應(yīng)及時清理人工濕地上殘留植物碎屑，防止因植物殘留造成出水取出效率降低甚至污染物的濃度升高。

(4)冬季溫度較低情況下有針對性的采取保溫隔離措施，其中表面流人工濕地采用逐級密植蘆葦?shù)姆绞竭M行植物覆蓋保溫，垂直潛流人工濕地則采用覆蓋收割后的植物的方式進行人工外加保溫，此外還可以通過降低濕地的運行水位，以利用地溫保障濕地的穩(wěn)定運行。

5.3 運行效果

2019年7月，本項目調(diào)試完成后，出水水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果見表2。出水各指標穩(wěn)定達到河南省地方標準《農(nóng)村生活污水處理設(shè)施水污染排放標準》(DB41/1820-2019)一級標準。

表2 運行結(jié)果

6 經(jīng)濟分析

本項目總投資費用為181.23萬元。主要包括構(gòu)(建)筑物施工費、管材購置安裝費、植物購置種植費等費用為129.55萬元；勘察設(shè)計費、運行調(diào)試費等費用51.68萬元。運維成本主要包括人工濕地運行維護費及其他等，運行費用總計5.01元/d，折合噸水運行成本為0.05元。

7 結(jié)語

工程實踐表明，采用格柵-隔油池-1#表流人工濕地-潛流人工濕地-2#表流人工濕地處理工藝農(nóng)村處理生活污水是切實可行的，出水水質(zhì)滿足河南省地方標準《農(nóng)村生活污水處理設(shè)施水污染排放標準》(DB41/1820-2019)一級標準。該工藝具有投資少、出水水質(zhì)穩(wěn)定、具有景觀效果等優(yōu)點，同時減少了農(nóng)村生態(tài)環(huán)境的污染。