[摘要] 为推进社会主义新农村生活污水处理工作,改善农村村容村貌,研究适合农村现状的生活污水处理工艺显得至关重要。奉贤区庄行镇马路村1组人工生态湿地污水处理工艺是一种处理效果好且成熟的工艺。通过对该工艺的特点、效益、风险等进行分析,推定该工艺在处理农村生活污水上具有实用性、经济性、可操作性等优点,值得推广和借鉴。
　　[关键词] 人工生态湿地 农村生活污水 污水处理
　　
　　0 前言
　　上海奉贤地处上海南郊,在各乡镇分散着广大的自然村落,这些自然村的污水暂未与城市整体污水收集系统接通,一般是经化粪池简易处理后直接排入河道。由于各自然村污水量较少、分散,但村落总数较多,污水总量依然巨大,按常规方式收集、输送、集中处理十分困难,建造和管理成本高昂。为推进社会主义新农村建设,降低水环境污染,采用经济、可靠、实用工艺对这些农村生活污水处理显得十分必要。
　　1 工程概述
　　1.1预测水量
　　奉贤区庄行镇马路村1组本地常住人口约为90人,无外来人员。根据《上海市农村生活污水处理技术指南》规定,中心村居民生活污水量标准为:2010年为105(L/p·d),2020年为125(L/p·d);考虑收集系统渗入量取旱流量的10%。综上,综合生活污水量标准取120(L/p·d),预测污水量约为11.9 m3/d,设计污水量取15 m3/d。
　　1.2地质地貌
　　拟建场地属滨海平原区,地貌单一,地形平坦,场地稳定,适宜建造各类建(构)筑物。地下水埋深为0.8~1.0m,地下水位标高3.01~3.19m,地下水及地基土对混凝土无腐蚀性。抗震设防烈度为7度,属抗震不利地段。
　　2 设计原理
　　2.1农村污水处理工艺选择的指导思想
　　(1)根据规模选择不同处理工艺。对于人口较集中的自然村,水量较大,宜选用生物、生态化组合工艺;
　　(2)选择处理效率高、运行费用低、操作管理方便、抗冲击负荷能力强的工艺流程;
　　(3)能够妥善处置污泥,并应采取防止噪声污染、尾水充氧等措施,避免造成河道黑臭,消除二次污染。
　　2.2农村生活污水处理工艺方案选择
　　传统厌氧工艺出水水质达不到现行排放标准要求,且卫生条件差;传统好氧处理工艺投资较大,能源消耗大,运行费用高,管理要求高。这对于广大农村缺乏专门的技术管理人员,经济条件差的特点来说,显然不适合。
　　在气候、地理条件适宜及土地可得的情况下,生活污水处理系统可考虑土壤渗滤、自然稳定塘、人工湿地等自然净化处理方式,这些均具有处理效果稳定、投资少、运行管方便等优点。
　　农村生活污水分散处理的预处理系统以各型式化粪池居多,二级处理则主要采用生化工艺。适合小规模生活污水处理的主要有自然稳定塘(如上海浦东航头镇顾家宅污水处理工程)、地埋式土壤渗滤(如上海宝山区罗店镇张墅村污水处理工程)、水解酸化+生物滤池(如上海奉贤四团镇西村5组污水处理工程)、复合厌氧人工湿地、垂直潜流人工湿地(如上海奉贤区青村镇北唐新苑污水处理工程)、分散式污水处理设备等。通过以上工程实例的运行观察,处理水质能达到《上海市污水综合排放标准》(DB31/199-2009)一级B标准排放要求。
　　根据指导思想,结合农村生活污水处理可供选择的工艺的现状,本工程采用人工生态湿地处理工艺,并进行适当改进。
　　2.3 人工生态湿地工艺的特点
　　该工艺具有以下优点:①主要处理系统位于地下,表面种植绿色植物,可增加绿化面积;②出水水质较好,可用于农田灌溉或冲洗厕所;③对进水负荷的变化适应性强,能耐受高冲击负荷;④受外界气温影响小;⑤投资省,设备较少,维护简便,运行费用低;⑥污泥产生较少,便于污泥处置。缺点是: ①占地面积大;②易受病虫害影响;③生物和水力复杂性加大了对其处理机制、工艺动力学和影响因素的认识理解,设计运行参数不精确。
　　3 工艺设计
　　3.1设计参数
　　3.1.1设计处理能力
　　设计处理系统日均污水量确定系统处理能力为:15m3/d。
　　3.1.2进水水质
　　进水全部为农村生活污水,无重金属超标现象,见表3-1。
　　 表3-1进水水质
　　原水水质指标 CODcr
　　mg/L BOD5
　　mg/L SS
　　mg/L NH3-N
　　mg/L TN
　　mg/L TP
　　mg/L
　　原水 ≤350 ≤150 ≤150 ≤30 ≤40 ≤5
　　
　　3.1.3出水水质
　　系统出水執行《上海市污水综合排放标准》(DB31/199-2009)一级B标准;TP执行二级标准,见表3-2。
　　 表3-2出水水质
　　出水水质指标 CODcr
　　mg/L BOD5
　　mg/L SS
　　mg/L NH3-N
　　mg/L TN
　　mg/L TP
　　mg/L
　　(DB31/199-2009)一级B ≤80 ≤20 ≤60 ≤10 ≤25 ≤1(二级标准)
　　
　　3.2工艺流程
　　工艺流程如图1所示:生活污水经化粪池预处理,去除固体污染物,然后经调节池初步处理后,经过提升接入本处理系统。污水渗入土壤层,经好氧微生物降解以及填料层兼性微生物和厌氧微生物作用,投配污水在土壤中扩散过程中得到净化,部分水量被植物吸收或蒸散作用损失掉,部分未能扩散到土壤中的污水及暴雨天气中所汇集的雨水,经集水沟排入河道。
　　
　　图1 工艺流程图
　　3.3构筑物设计
　　3.3.1化粪池
　　农户生活污水收集后,排放末端需集中设置一座标准化粪池(可选用钢筋混凝土化粪池,参《国家建筑标准设计图集07S906》),有效容积为15.0m3。
　　3.3.2格栅井和调节池
　　本工程格栅井和调节池合建。
　　格栅井内设DN300手动闸门一套;人工格栅一套,格栅宽800mm,栅条间隙20mm,栅渣外运处置。
　　调节池采用钢筋砼结构。调节池有效容积按最大日污水量的20%考虑。考虑远期需求,调节池平面尺寸相比较计算结果适当增大,有效水深取2.0m。调节池内配备2台潜污泵,一用一备。
　　3.3.3处理系统主体
　　人工湿地处理系统主体用于去除污水中有机污染物、氨氮和磷,占地面积20m2,平面尺寸为2x10m,构筑物深度1.0m。系统内设有防渗膜、生物填料、生长介质、植物、布集水系统等。
　　① 防渗膜
　　为了防止污水未经处理渗入地下,污染水体,在坝体底部及四周铺设HDPE防渗膜二层。
　　② 生物填料
　　在距床底0~0.6m范围内按一定的坡度分层铺设不同粒径的碎石及中粗砂填料,作为配水系统和微生物着膜介质。池底及填料坡降按1%-8%选值。
　　③ 生长介质
　　在距床体表面0~0.4m范围内平铺壤土。
　　3.3.5种植植物选择
　　湿地种植植物可根据耐污性能、生长能力、根系发达程度以及经济价值和美观因素确定。芦苇是最常用的一种湿地植物,去除COD效果好;香蒲、美人蕉、菖蒲人工湿地兼具处理效果好和美观的特点,去除TP、TN好;灯心草可以弥补其他植物在冬季处理效果下降的不足,去除TP效果特别高。另外,湿地中投放适水蚯蚓可使基质保持松动状态而使湿地表层不会出现雍水现象,同时蚯蚓的生理活动亦可提高湿地对有机物的去除效果。本工程选种常用的芦苇、灯心草、菖蒲、香蒲美人蕉等植物。以上各种水生植物种植密度及价格指导见表3-3:
　　 表3-3水生植物种植密度和参考价格
　　水生植物种植密度和参考价格
　　名称 密度(株/㎡) 单价(元/株) 单价(元/㎡)
　　菖蒲 30 0.30 9.00
　　香蒲 16 0.50 8.00
　　灯心草 20(丛) 0.8(10支/丛) 16.00
　　美人蕉 10 4.00 40.00
　　欧洲芦苇 50 1.00 50.00
　　
　　3.4出水水质效果预测
　　通过对奉贤北唐新苑的出水水质调查分析,可以预计经本工艺处理后,本工程出水水质能够达到现行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)二级标准。工艺中各污染指标随各处理单元的变化如表3-4。
　　表3-4预期出水水质一览表
　　水质指标
　　处理单元 CODcr
　　mg/L BOD5
　　mg/L SS
　　mg/L NH3-N
　　mg/L TN
　　mg/L TP
　　mg/L
　　原水 350 150 150 30 40 5
　　化粪池 300 130 120 30 35 4
　　调节池 300 130 120 30 35 4
　　湿地系统 ≤100 ≤30 ≤60 ≤25 ≤25 ≤1
　　出水标准 ≤80 ≤20 ≤60 ≤25 ≤25 ≤1
　　
　　湿地系统对污染物的去除为调节池出水经过湿地系统后污染物的减少,各污染指标的预期去除率参见表3-5
　　 表3-5 湿地系统预期处理效果一览表
　　
　　水质指标
　　处理单元 CODcr
　　mg/L BOD5
　　mg/L SS
　　mg/L NH3-N
　　mg/L TN
　　mg/L TP
　　mg/L
　　调节池出水 300 130 120 30 35 4
　　湿地系统 ≤100 ≤30 ≤60 ≤25 ≤25 ≤1
　　去除率(%) ≥67 ≥77 ≥50 ≥17 ≥29 ≥75
　　
　　4 效益分析
　　本工程为农村生活污水处理基础设施,以推进社会主义新农村建设为主要目的,应综合环境、经济、社会效益进行系统评价。
　　马路村1组紧靠红旗港,通过人工湿地对村中生活污水进行处理后,红旗港的水体污染减少,水质得到改善。人工湿地处理系统上部种植的绿色植物,可增加绿化、景观面积,改善村容村貌,同时提高周边空气环境质量。除了环境改善带来的效益外,种植的经济作物尚具有一定的经济效益。
　　本工程还具有明显的社会效益。经调查,马路村大部分村民仍有从河道直接取水使用的习惯。通过截污处理后,附近河道水质的提高,更有益于村民的身体健康,降低疾病发生的概率。
　　5 存在问题及对策
　　5.1出水缺氧
　　人工湿地具有有机物处理效果好、氮磷去除能力强的优点。但由于污水在湿地中停留时间较长,污水在池底填料中可能存在好氧降解过程,使污水中溶解氧降低,然后逐步进入厌氧降解过程。池底没有氧的有效补充,出水中可能出现严重缺氧。当收纳水体较少时,水体可能出现黑臭现象,产生二次污染。实施时应采取适当的措施,如湿地出水再用泵抽取喷洒或安装自动充氧设备。如出水水量小,也可考虑建设蓄水池经提升后冲洗厕所。
　　5.2维护管理
　　人工湿地对技术管理水平要求不高,维护难度和强度较低,但系统的长期有效运行有赖于建造以后的维护与管理。相对于传统的污水处理厂,该工程实例国内应用较少,而且大部分应用于农村生活污水处理,运行管理经验较少,资料积累缺乏。运行中各种问题均会出现,如植物病虫害、二次污染现象等,如果维护不力,导致系统堵塞(包括土壤、填料等)、生物膜脱落或者前端处理效率降低时,系统就会失效。
　　运行维护主要包括以下几个方面:①定期对化粪池、调节池沉淀污泥进行和垃圾清理,防止进入系统堵塞填料、配水系统;②定期对土壤、填料进行维护,防止处理效果逐渐变差;③定期检查防渗膜是否破损,防止地下水污染;④定期对作物进行除虫,防止作物受病虫危害死亡,同时,注意作物换季更新避免影响出水水质;⑤检查管道、水泵等设备是否老化锈蚀;⑥定期检测出水水质,预防系统失效。
　　6 结论
　　本工程对预处理水平要求较低,一般利用化粪池出水,几乎没有活性污泥处理中所需要处置的污泥。由于设计水力负荷较低和土壤持水量的自然调节作用,系统可承受较大的冲击负荷,适用小型系统,管理方便。本工程地下构筑物埋深较浅,土建工程量不大,处理系统内部无需大量管道,投资节约。
　　综上,人工生态湿地污水处理工艺在农村生活污水处理的应用上,具有可操作性、经济性、实用性等优点,值得在广大農村地区推广。
　　作者简介:
　　赵明星(1982.3-),男,助理工程师,学士,主要从事污水处理工艺研究、排水管道工程设计及污水处理运行管理工作。