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1、農村生活污水和人工濕地概述
1.1 農村生活污水特點
與城市生活污水集中排放相比,農村在污水排放方面存在較大差異,而這也是應用人工濕地處理技術時需要注意的事項。與城市相比,我國絕大多數農村區域的人口密度較低,生活污水排放量較小。同時,農村生活污水排放存在明顯的時間特征,絕大多數生活污水在早、中、晚三個時間段排放,污染物種類單一。目前來看,農村生活污水主要含有有機物、磷等營養物質,重金屬等污染物含量較低,污水處理技術應用要求較為寬泛。
1.2 人工濕地處理技術的原理
人工濕地處理技術主要采用過濾、吸附、微生物分解等方式對污水進行處理,從而分離和去除污染物,凈化水體。具體來講,將排放的生活污水引入人工濕地,生活污水將持續下沉,滲透至人工濕地底部。滲透期間,生活污水經過沉淀池、格柵等設施,其中分布的生物群落將對污水中的各類懸浮物進行過濾與降解。污水中的有機物得到吸收和轉化,生物分解處理可以有效去除污水中的有機物,將大分子有機化合物分解為小分子化合物。生活污水中的氨氮具有揮發性,在處理過程中將自我去除。農村生活污水處理后,人們可以將其作為中水循環使用,或是將其排放至周邊河流中。
2、常見的人工濕地處理技術
現階段,根據布水方式,人工濕地可以劃分為表面流、垂直流以及水平潛流三種,不同類型系統的污水處理流程存在明顯差異。
2.1 表面流人工濕地
表面流人工濕地的原理是在處理農村生活污水時,污水在濕地表面的介質層保持流動狀態,通過表層介質、水生類植物根莖、生物膜共同起到的生物降解與吸附轉化作用,完成污水凈化處理,如圖1所示。其間將農村生活污水引入人工濕地,污水在介質層產生浸流現象,緩慢向人工濕地底部滲透。在滲透過程中,污水與基層土質、水生類植物、生物膜等產生接觸與各類作用,最終實現污水凈化目的。與其他處理技術相比,表面流人工濕地處理技術操作簡單,處理成本較低,前期投入小。但是,這種農村生活污水處理方式較為被動,在處理大量污水時有可能出現污水滯留、散發惡臭氣體的問題,主要適用于污水排放總量較小、排放時間較為規律的農村污水處理工程中。
2.2 垂直流人工濕地
垂直流人工濕地的原理是農村生活污水通過濕地表面,以垂直狀態流經濕地介質床,處理后的污水從人工濕地底部排出;污水可以排至濕地底部,持續流向濕地介質表層,并在流動過程中被不斷凈化。污水在人工濕地中保持一定的流動速度,基于水生類植物根莖攔截、微生物降解、土壤過濾等多種作用,最終將污染物去除。垂直流人工濕地有很高的應用價值,其處理效率高,污水中氨氮等營養物質去除,總體使用成本低。但是,從這項技術的實際應用情況來看,生活污水處理效果與速度會受到氣候條件、環境因素的影響,存在不確定性。當前,這項技術僅在我國部分農村區域得到推廣和普及。
2.3 水平潛流人工濕地
水平潛流人工濕地的原理是將農村生活污水由濕地一端引入,在污水流經濕地介質層時,基于介質攔截、生物膜降解等多種處理方式,完成污水凈化處理。人們提前在人工濕地中布置若干基質填料床,對床體進行防滲處理。在后續人工濕地運行過程中,污水將會依次流經各處基質填料床,這樣即可依次去除污水中的各類污染物,同時預防生活污水滲透、污染周邊水源等問題。但是,在技術應用過程中,污水處理效果會受到植物運輸作用的影響,若植物運輸與根系攔截效果不佳,則會導致生活污水處理效果變差。因此,在選用水平潛流人工濕地時,人們要根據現場實際情況,合理設置入水口及出水口的礫石區,以改善人工濕地系統中間基質區的污水凈化效果,盡量減小植物根系攔截與運輸作用對污水處理的負面影響。
3、人工濕地處理技術在農村污水處理中的應用
3.1 以家庭為單位構建人工濕地
在早期人工濕地處理技術的應用推廣過程中,人們往往選擇在農村建設集中式人工濕地,從而進行統一管理。但是,農村人口分布不集中,人們需要修建配套生活污水管網工程,將污水引入人工濕地,導致前期投入較高。同時,實際生活污水處理效果與預期往往存在一定出入,這不利于人工濕地處理技術的推廣。因此,一般應選擇以家庭為單位,在農村建設若干小型人工濕地,將人工濕地的前期建設和運行成本控制在合理范圍內。農村生活污水具有污染物濃度低的特征,隨著污水處理量的減小,污水凈化效果變得更好。調查結果顯示,小型人工濕地可以有效去除農村生活污水的化學需氧量和磷元素。但是,農村居民需要承擔部分前期投入成本,部分居民出于成本考慮,不愿意建設家庭式人工濕地。因此,地方政府可向農村居民提供一定的資金扶持,但需要對專項資金流向進行跟蹤管理,禁止資金挪用。
3.2 科學控制影響人工濕地處理效果的各種因素
人工濕地運行期間存在諸多不確定因素,在部分情況下,生活污水處理效率可能偏低,無法滿足實際污水處理需求和系統正常運轉要求,同時它可能轉變為新的污染源。例如,表面流人工濕地處理大量污水時,有可能出現污水滯留、散發惡臭氣體等問題。因此,人們要做好濕地基質選材工作,綜合分析處理成本、污水處理效率等指標,配置具有良好綜合處理性能的基質。以砂礫、爐灰為例,在使用砂礫作為基質時,生活污水總磷去除率為4%左右,而在使用爐灰作為基質時,生活污水總磷去除率可以提高至45%左右。系統設計環節,人們應根據微生物生長需要的環境來營造濕地溫度、氧氣濃度等指標,以便有效發揮微生物處理的作用。
3.3 多種人工濕地處理技術并用
人工濕地處理技術主要有三種,它們都具有明顯的優缺勢。若采用單一技術,則往往存在應用局限與技術屏障。因此,技術選擇環節,管理人員要根據實際情況,對多項處理技術進行并用,以突破技術屏障。例如,人工濕地可以配置厭氧反應器,對農村生活污水中的可溶性固體物進行過濾處理。
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