探讨人工湿地技术在农村污水处理中的应用

韩坤

讷河市水务局黑龙江讷河市161300

摘要：近些年，随着国家对农村饮水安全工程不断推进，农民的生活不断改善。提高人均用水量也大幅的增加，生活污水污染问题也日益凸显。本文结合黑龙江地区农村生活污水产生、排放、处理等特点，对人工湿地技术在农村污水处理中的应用进行分析。

关键词：农村；生活污水；人工湿地；应用

引言

黑龙江地区自2000年以来按国家统一部署，先后实施了农村饮水安全应急工程规划及农村饮水安全工程“十一五”、“十二五”规划，极大的改善了黑龙江地区农村供水条件。截至“十二五”末，黑龙江省农村集中供水率达到87.78%，计划“十三五”末2020年底农村集中供水率达到100%，彻底解决农村饮水安全问题。这样农村居民污水集中排放率会大大增加，污水中主要污染物COD、SS、氮磷及致病微生物，由于衣物洗涤水在农村污水中含量比重较高，因此，农村污水氮磷浓度偏高于一般城镇污水【1】，农村很多地区无力建设排水管网系统及集中污水处理设施，90%以上的生活污水只能在未经任何处理情况，生活污水随意地排入周围水体中，大大超出了大自然的自净能力，导致地表和地下水源的严重污染。此外，黑龙江地区水资源匮乏，水体的严重污染导致可利用的水资源越来越少，形成恶性循环，严重阻碍农村经济的可持续发展。为实现农村人居环境明显改善，美丽宜居乡村建设扎实推进，美丽宜居乡村基本实现。因此对农村生活污水处理提出了更紧迫的要求。

农村污水进水为生活污水所占比例较大，因此排放波动大，需要求工艺要有较强的耐冲击负荷能力。根据以往经验当进水冲击负荷较强时，采用间歇式活性污泥工艺的优越性大，同时考虑到选择的工艺必须保证处理效率的要求，特别是脱氮除磷要求。因此，主要探讨人工湿地污水特性的工艺，该工艺处理后排出的污水各项指标如：COD、BOD5、SS、NH3-N、TP等均能达到污水排放（GB18918-2002）一级A标准，且适合在低温条件下运行。

一、人工湿地系统

人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，污水与污泥在沿一定方向流动的过程中，主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理的一种技术。

运用人工湿地处理污水可追溯到1903年，建在英国约克郡Earby，被认为是世界上第一个用于处理污水的人工湿地，连续运行直到1992年。而人工湿地生态系统在世界各地逐渐受到重视并被运用，还是在20世纪70年代德国学者Kichunth提出根区法（theroot-zone-method）理论之后开始的【2】。根区法理论强调高等植物在湿地污水处理系统中的作用，首先是他们能够为其根围的异养微生物供应氧气，从而在还原性基质中创造了一种富氧的微环境，微生物在水生植物的根系上生长，他们就与较高的植物建立了共生合作关系，增加废水中污染物的降解速度，在远离根区的地方为兼氧和厌氧环境，有利于兼氧和厌氧净化作用，另一方面，水生植物根的生长有利于提高床基质层的水力传导性能，可缓冲对水力和污染负荷的冲击。

人工湿地主要分两部分，即预处理系统和配水系统。其中预处理部分的主要组成结构是沉淀池等，主要去除存在于污水中体积较大的物质，从而降低湿地的处理压力，配水系统的进水排水网状结构是人工湿地系统地关键，主要的用途是将存在于污水中的不同类型的污染物去除掉，从而达到净化污水作用【3】根据污水在人工湿地中的流动方式可以把人工湿地划分为自由表面流人工湿地和潜流型人工湿地。

二、人工湿地的生态功能

人工湿地是一个综合的生态系统，它应用生态系统中物种共生、物质循环再生原理，结构与功能协调原则，在促进废水中污染物质良性循环的前提下，充分发挥资源的生产潜力，防止环境的再污染，获得污水处理与资源化的最佳效益。

2.1人工湿地系统中的微生物

人工湿地系统中的微生物是降解水体中污染物的主力军。好氧微生物通过呼吸作用，将废水中的大部分有机物分解成为二氧化碳和水，厌氧细菌将有机物质分解成二氧化碳和甲烷，硝化细菌将铵盐硝化，反硝化细菌将硝态氮还原成氮气，等等。通过这一系列的作用，污水中的主要有机污染物都能得到降解同化，成为微生物细胞的一部分，其余的变成对环境无害的无机物质回归到自然界中。

2.2人工湿地生态系统植物及其它生动物，

人工湿地生态系统中还存在某些原生动物及后生动物，甚至一些湿地昆虫和鸟类也能参与吞食湿地系统中沉积的有机颗粒，然后进行同化作用，将有机颗粒作为营养物质吸收，从而在某种程度上去除污水中的颗粒物。填充一定深度的土壤或填料层，种植芦苇一类的维管束植物或根系发达的水生植物，污水由湿地的一端通过布水管渠进入，以推流方式与布满生物膜的介质表面和溶解氧进行充分的植物根区接触而获得净化。人工湿地的植物还能够为水体输送氧气，增加水体的活性。湿地植物在控制水质污染，降解有害物质上也起到了重要的作用。

三、人工湿地应用的优势

3.1人工湿地运行管理简单、成本低

人工湿地与传统污水处理厂相比具有投资少、运行成本低等明显优势，在农村地区，由于人口密度相对较小，人工湿地同传统污水处理厂相比，一般投资可节省1/3—1/2。在处理过程中，人工湿地基本上采用重力自流的方式，处理过程中基本无能耗，运行费用低。传统污水处理厂运行费用1.0元/t左右，而人工湿地运行费用在0.2-0.4元/t，经济效益显著。

3.2人工湿地没有二次污染

人工湿地在农村地区的使用效果也优于传统污水处理厂，首先人工湿地使用纯生物技术进行水质净化，因此其它污水处理工艺在处理过程中使用化学方法，会产生大量富含有害化学成分的淤泥、废渣影响环境，而人工湿地则不存在二次污染。其次人工湿地以水生植物水生花卉为主要处理植物，在处理污水的同时还具有良好的景观效果，有利于改造农村环境。

3.3人工湿地见效快

人工湿地中起主要处理作用的还是微生物，不是土壤的过滤作用，所以湿地设计中应包括防止湿地填料堵塞问题、植物死亡问题和过冬问题。人工湿地服务年限一般按照10-15年计算，也就是说设计比较完善的湿地系统15年以后才需要清理填料床，达到服务年限的人工湿地系统在清理填料床后，即可重新投入使用。另外，人工湿地的建设周期短，建设一座传统污水处理厂需要一年以上，而人工湿地的平均建设周期在3个月以内，因此建设人工湿地见效更快。

总的来说，人工湿地污水处理系统是一种较好的废水处理方式，特别是它充分发挥资源的生产潜力，防止环境的再污染，获得污水处理与资源化的最佳效益，因此具有较高的环境效益、经济效益及社会效益，比较适合于处理水量不大、水质变化不很大、管理水平不很高的村镇污水处理。

四、人工湿地应用的工艺

从工艺上来说，对于一般城镇生活污水处理，多种工艺都能达到污水处理的标准要求；考虑当地水文地质特点和气候气象特点以及厂址条件，降低处理系统的改造难度，同时要求处理后出水水质好，抗冲击负荷能力强，运行可靠，技术含量高，占地小，节省运行成本，节省初投资等条件，选择“深井曝气+人工湿地”为主的组合工艺对生活污水进行处理。污水处理流程图见下图。

人工湿地污水处理工艺流程

该工艺分为预处理区、污水处理区、人工湿地区共3个区域；（1）预处理区：格栅间、调节水解池。（2）污水处理区：深井曝气罐。（3）人工湿地区：生态大棚。

人工湿地技术在东北地区（特别是黑龙江地区如海林县污水处理站、林口县污水处理站）多年的运行经验较为成熟，水质匹配情况较高，从运行情况看，达标率较高，出水可达一级A的排放标准，但工艺在运行过程中也可能会受到极端气候的影响，把人工湿地放在大棚内，最终将有效提高了系统的密闭性，减少外界环境的影响，从而满足最佳工况要求。

五、结语

综上所述，人工湿地污水处理技术的应用可以有效的排除农村污水中的含碳水化合物、悬浮物、磷、含氮化合物等物质。现阶段，在应用复合人工湿地系统中，通过添加生物与曝气的方法可以让其处理效果得到进一步提升。[4]

参考文献：

[1]王云龙，张徽晟，陶琪等，四种农村生活污水处理工艺比较[J]水处理技术，2011，37（7）:133-136

[2]康军利。人工湿地生态系统在城市污水回用中的可行性[J].环境卫生工程，2004（2）：114-117.

[3]李娟，张龙庄，段亮，等。人工湿地废水处理技术的研究现状及展望[J].南方农业学报，2011（1）：69-73

[4]黄翔峰，陈国鑫，陆丽君。人工湿地对水产养殖废水典型污染物的去除[J].环境工程学报，2016，10（01）:12-20