人工湿地处理农村污水论文综述.doc

材料科学与工程学院 文献综述人工湿地处理农村污水文献综述及研究思路摘 要人工湿地是我国近年来兴起的一种污水处理工艺，其原理是通过模拟自然湿地的生态环境，以达到对污水的净化。人工湿地具有净化效果好、去除污染物能力强、工艺设备简单、运行维护管理方便、对负荷变化适应性强、工程投资小、运行费用低、出水具有一定的生物安全性等优点，尤其适宜我国农村污水的处理。关键词：人工湿地 农村污水AbstractArtificial wetland is a kind of sewage treatment process in recent years. Its principle is to simulate the ecological environment of natural wetland in order to achieve the purification of sewage. Artificial wetland has the advantages of good purification effect, good ability to remove pollutants, simple process equipment, easy operation and maintenance management, strong adaptability to load change, low investment in construction, low running cost, certain biological safety, especially suitable for China Treatment of rural sewage.Keywords:Artificial wetland Rural sewage1引言近年来随着改革开放的进行，经济的快速发展，各种污染日益严重，而水污染问题尤其突出。随着我国新农村建设进程的加快,对农村污水的治理相应的也愈加重要。但因农村的经济条件和技术水平的限制,传统的污水处理工艺,因为其昂贵的建设成本和管理费用，并不适合运用到对农村污水的处理。相比传统的处理工艺,人工湿地具有投资少,效益高,易于管理等优点。用人工湿地对农村污水进行处理是一个相对节能,绿色的污水处理工艺,相对于其他传统工艺，人工湿地更适合用于我国农村地区对污水的处理。 2我国农村污水特征及农村污水处理方法2.1 农村污水特征目前,我国大多数城镇都建有污水处理厂,对城镇污水的处理率相对较高。但对农村污水的处理还是很匮乏。就江西省而言，只有少数农村地区建有污水处理设施，大部分农村地区的生活污水都是直接排入自然水体。我国农村生活与城市生活具有一定的差异，农村污水与城市污水也不尽相同。城市污水水量相对较大、易于集中处理、水质比较稳定、城市管网设施比较齐全，大部分城市污水都是经过市政管网汇集并输送到污水处理厂进行处理,而农村生活污水主要有以下特点：（1）水质特点1农村村镇人口较少，分布广而且分散;农村污水浓度低，变化大;农村污水主要为生活污水和以农产品为原料的加工污水的混合水体，其中50%以上是生活污水，大部分农村污水的性质相差不大。农村生活污水含有机物、氮磷营养物、悬浮物及病菌等。（2）水量特性水量小，我国农村地区人口居住一般都比较分散，人口数相对较少，日产生污水量也小;一天当中污水水量变化较大，农村污水主要为生活污水，而因居民们的生活习性所表现出来的规律，导致农村早晚污水排放量大，夜间几乎没有污水排放，一天当中污水排放量变化明显。（3）排水体制农村的排水系统基本上是合流制排水，没有固定的污水排放口，排放比较分散，一般采用明沟排水。不少农村在新建房屋和旧房卫生设施改造中，虽然建有储粪池，但却没有排放设施，造成比较严重的二次污染，导致周边环境恶化。农村往往有灌渠贯穿其中，随着各家各户普遍使用冲水厕所，各种污废水未经处理排入灌渠，对农业灌溉水造成了污染。靠近水源保护区的部分农村污水没有得到有效的处理，其污水直接排入水源地成为水源水的污染源之一。靠近中心城区的农村受城市工商业发展的辐射影响较为明显，农村工业发展较好，耕地大幅度减少，工业化程度和农民生活水平较高，部分工业废水，生活污水不经处理直接排入饮用水源。位于河口地区的河网型农村，人口沿河涌分散分布，污水就近排入河涌，污水收集管道铺设困难、投资较高。解决农村污水处理问题是当前建设新农村的一项重要任务，寻找一种经济可行的农村污水处理工艺是急待解决的问题。2.2 农村污水一般处理流程农村污水的处理主要是通过物理吸附和生物降解的方法去除污水中有机污染物质,使污水能够达标排放或重复利用。由于经济成本问题，农村污水处理不可能采用城市污水处理的方法进行处理,应结合乡村的实际经济状况,因地制宜、合理规划集水排水系统,农村污水处理模式一般采用分散处理或集中处理。农村污水处理的流程一般先采用物理方法去除SS,然后再采用生物降解吸收的方法去除污水中的有机悬浮固体、胶体和溶解性物质。按流程分为三段：第一段(一级处理)主要是去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质SS，常用沉淀、过滤等物理方法，配套的处理设施有沉砂池、格栅等。经过该阶段处理后的污水，BOD5能去除30%左右，但对溶解性污染物质去除效果不明显。第二段(强化预处理)主要是降解和去除污水中呈胶体和溶解状态的有机性污染物质，常用厌氧水解、接触氧化等生物处理方法。第一、二段合称为预处理。第三段主要是进一步去除第二段所未能有效去除的污染物质，其中包括氮、磷等能够导致水体富营养化的物质等。常用的方法有人工湿地、生态氧化塘等生态处理方法，起到强化去除污染物的作用。2.3 农村污水处理出水排放要求通过查阅资料，我发现目前我国家尚未制定针对农村污水处理的排放标准,江西省也没有制定符合本地的农村污水排放标准。考虑到农村污水具有水量小、以生活污水居多、不含有毒金属和挥发性有机物及易处理的特点，根据我国环境保护部颁发的村镇生活污染控制技术规范中制定的标准，本设计经人工湿地处理的农村污水排放标准为：排进地表水时，执行城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918）；用于农业灌溉时，执行农田灌溉水质标准（GB5084）。本设计出水标准执行城镇污水处理厂污染物排放标准一级B标准。表2-1农村生活污水处理常用的污染物指标（mg/L）Table 1-2 the common pollutant index for treating rural domestic sewage污染物指标城镇污水处理厂污染物排放标准一级A一级B二级三级pH69CODcr5060100120BOD510203060SS10203050总氮(以N计)1520-氨氮5(8)8(15)25(30)-总磷(以P计)0.5135注：下列情况下按去除率指标执行：当进水COD大于350mg/L时，去除率应大于60%；BOD大于160mg/L时，去除率应大于50%。括号外数值为水温12时的控制指标，括号内数值为水温12时的控制指标。3 人工湿地3.1 人工湿地的发展历程人工湿地污水池里技术出现在上个世纪五十年代，世界上第一个完整的人工湿地试验始于1974年，是在德国的Othfrensen进行的，运行结果相当理想，当时用于2700人的生活污水处理，现已用于10000人2。1996年9月在维也纳召开的第四次国际研讨会，总结各国的经验，提出一些有关的机理和参考设计规范及数据，标志着人工湿地作为一种独具特色的新型污水处理技术已正式进入水污染控制领域。在国外，人工湿地已成功地处理了生活污水、暴雨污水、农田径流污水、食品加工、矿山酸性污水等工业污水及垃圾渗滤液等。据统计，截止到20世纪90年代，在美国有600多处人工湿地工程用于处理市政、工业和农业废水，在丹麦、德国、英国各国至少有200处人工湿地系统在运行3。我国上世纪80年代初开始学习外国的先进湿地处理技术，“七五”期间湿地处理技术被列为国家科技攻关课题开始了较大规模的研究。首例研究工作开始于19881990年，地点在北京市昌平区，采用的是自由水面人工湿地，处理水型是生活污水和工业废水，处理量为500立方米/天4，处理效果良好，优于传统二级处理工艺。目前我国多个地区都建有人工湿地污水处理技术，尤其是南方地区，人工湿地污水处理技术得到了大力发展。 3.2 人工湿地的定义人工湿地是通过人为建造，模仿自然湿地，底部铺设防渗层，中间部分填充一定深度的基质填料，表层种植一些耐负荷性强、易于种植、成本低廉的水生植物，通过基质层与植物根系的物理吸附、微生物的生物降解和植物的生长作用，去除污水中的悬浮固体、有机分子及氮磷钾等营养物质，以达到对污水的净化作用。实际设计中, 往往是将湿地进行多级串联或附加必要的预处理、后处理设施构成。 3.3 人工湿地的组成人工湿地由以下五部分组成：具有一定吸附能力的基质填料,如土壤、砂、砾石等;耐负荷性强的水生植物,如芦苇、水葱等;水体，农村污水、经污水处理厂一级处理后的城市生活污水或部分工业废水;好氧或者厌氧微生物种群；无脊椎或脊椎动物。其中微生物、水生植物以及基质填料是人工湿地的主要组成部分，也是影响污染物去除率的重要因素5。3.4 人工湿地污水处理技术机理人工湿地可通过水体、基质、水生植物、微生物和腐殖化碎屑之间一系列复杂的物理、化学和生化反应，通过沉淀、过滤、吸附、离子交换、植物吸收和微生物分解、转化及吸收途径实现对水中诸如悬浮物、有机物、营养元素、金属离子、病原体和难降解有机物等污染物的去除6。人工湿地对悬浮物的去除主要是通过物理过程进行，如沉淀和过滤作用。人工湿地对一部分有机物的去除是通过植物的吸收作用，但不是最主要的；微生物生长和基质形成的生物膜对污水有机物的降解才起主要作用。人工湿地对氮的去除主要是通过基质的吸附、过滤、沉淀、挥发、植物的吸收和微生物的硝化、反硝化作用来实现。人工湿地对磷的去除作用包括基质的吸收和过滤、植物吸收、微生物去除及物理化学作用。人工湿地对金属离子的去除途径主要有植物的吸收、生物富集作用、基质的吸附沉淀作用和硫化物沉淀作用。人工湿地对病原体的驱逐主要靠植物根系分泌物对病原体的灭活作用、基质层的沉淀和过滤作用以及紫外线的照射作用。人工湿地对难降解有机物的去除主要靠水生植物的代谢作用和直接吸收，此外还与湿地中存在的种类繁多、数量巨大的微生物群落有关7。3.5 人工湿地的类型及优缺点人工湿地按污水在其中的流动方式可分为三种类型:表面流人工湿地,水平潜流人工湿地，垂直潜流人工湿地。表面流人工湿地表面流人工湿地是指污水在基质层表面以上，从池体进水端水平流向出水端的人工湿地。表面流人工湿地单元的长宽比宜控制在3:15:1，当区域受限，长宽比大于10:1时，需要计算死水曲线，水位较浅，宜控制在0.3m0.5m之间，水力坡度宜小于0.5%。水平潜流人工湿地 污水从人工湿地池体一端进入，在填料表层以下，水平流经人工湿地填料，经过填料的拦截、植物吸收及生物膜的降解作用，使污水净化的人工湿地。 垂直潜流人工湿地污水从人工湿地表面垂直流过人工湿地填料床而从底部排出，或反向从人工湿地底部进入，垂直流向填料表层并排出，通过填料及植物根系的拦截及生物膜降解作用使污水得以净化的人工湿地。垂直流人工湿地分为单向垂直潜流人工湿地和复合垂直潜流人工湿地两种。三种人工湿地优缺点比较表面流湿地类似于生物氧化塘，与潜流人工湿地相比较，表面流人工湿地不需要基质填料,构造简单，因而成本低廉、管理简单方便；但水力负荷较低、占地面积相对较大，冬季容易结冰，夏季容易产生臭味，滋生蚊蝇。对污水中的有机污染物的去除，主要是靠水生植物的根系对营养物质的吸收来达成的,形成的膜表面积相对较小。其污水处理能力较小,对氨氮的去除率偏低。潜流人工湿地处理污水是在基质填料中进行,主要是靠植物根系的吸收、基质填料的过滤以及植物根系在基质表面形成的生物膜中的微生物作用来达到对污水的净化;另外由于水流填料下流动,具有一定的保温性能,在冬季污水不容易结冰,不易产生恶臭、蚊蝇,是目前国际上研究与应用较多的一种湿地处理系统,但潜流人工湿地由于其构造相对复杂，使其投资与运营成本比表面流人工湿地更高。4 人工湿地污水处理技术应用存在的优势以及问题4.1 人工湿地处理农村污水的优势投资少，建设、运营成本低廉国内外研究实践表明，人工湿地处理污水的建设和运营成本低廉，并且易于维护，其建设成本（吨污水投资）和运营成本（吨污水处理费）约为传统污水处理厂成本的10%20%，从而能够节省大量的资金，经济效益显著8。 污水处理系统组合具有多样性，针对不同的污水有不同的人工湿地组合，人工湿地主要两部分组成，一是基质填料，二是水生植物。基质填料一般是由土壤、砂砾、煤渣、钢渣及石灰石、麦饭石等组成。不同的基质填料对污染物质的净化能力是不同的，而且多种填料的组合要优于单一基质的污水净化能力。因此，我们在建造人工湿地时应根据污水中污染物的种类、特征，采用多种基质的组合方式来建造。如以石灰石作为基质可以有效地去除P，而要去除 TN、TP最好采用沸石与石灰石组合的基质9。目前地球上水生植物的种类有很多，主要分为挺水植物、浮水植物和沉水植物。目前我国人工湿地运用较多的水生植物有芦苇、风车草、花叶芦竹、菖蒲、香蒲、灯心草、茭白、浮萍、美人蕉、凤眼莲等。研究表明，不同的植物类型对污染物质具有一定的针对性。如茭白、芦苇对 N、P污染物有较好的去除作用，宽叶香蒲对Pb、Zn、Cd等重金属有较好的去除作用。植物的选取还要参考成活率（当地的植物类型成活率高）、经济价值、衍生的微生物种群等10。处理污水的高效性人工湿地处理污水的效果优于传统的污水处理工艺。在进水浓度较低的情况下，一般对污水中BOD的去除率在85%95%；COD去除率80%；对N的去除率可达60%；对P的去除率90%；对农药类，细菌总数等去除率90%；对重金属如Fe、Cu、Pb、Zn等的去除率也很高，大都90%。但是由于湿地类型、基质和植物的选取、气候、污染物的浓度等方面的差异，污染物的去除率具有一定的波动范围11。 人工湿地主要是利用生物的自然降解作用和水体的自然净化来达到对污水的处理，在处理过程中的产物主要是淤泥和植物，淤泥可以作为肥料运用，植物可以作为饲料，像茭白、水芹和空心菜等植物还可以产生经济价值，所以说人工湿地现对于其他污水处理工艺更适合农村地区。4.2 人工湿地污水处理技术应用过程中存在的问题经过多年的研究与应用，我国在人工湿地污水处理方面已经取得了一些适用于我国的工艺特征、技术要求和应用参数等成果，并由环境保护部2010年12月17日批准，自2011年3月1日起实施了人工湿地污水处理工程技术规范(HJ 2005-2010)，一些地区也建立了适用于当地的技术准则，即便如此，我国对人工湿地建设和应用的步伐还是相对缓慢，其所取得的成果也很少，这与我国的国情和人工湿地本身的特征是分不开的，与我国目前人工湿地建设和管理的体制也有较大的关系。 人工湿地占地面积大我国正处于高速城镇化进程当中，城市地皮越来越昂贵，人工湿地占地面积过大，这使其难以在我国城市得以应用，这对其发展是一个难以逾越的障碍。人工湿地建设对当地地理环境改变较大。 人工湿地建设动土面积大，对区域内的生态环境存在着严重的影响。尤其对工程建设区域的复耕具有非常重大而长远的影响。在我国目前的湿地建设和管理模式下，建设谨慎，发展缓慢。人工湿地的管理体制不完善。很多人工湿地在建成后，交付给当地政府进行管理，但当地政府部门却对其缺乏科学的管理和拨款，包括灌溉、植物残体收割、病虫害防治、人工费用支付等，这就导致了人工湿地很容易报废，从而成为面子工程。人工湿地污水处理工艺缺少标准规范。人工湿地被我国引入应用的时间不长，推广也不是很到位，再加上我国幅员辽阔，地理环境因素多变，因而所形成的工艺种类也相对较多，再加上这门学科研究的时间较短，还形成一个既定的规范和标准，这就给人工湿地的甄选带来了很大的困扰。针对此类问题，我国环境保护部门自2011年3月1日起实施的人工湿地污水处理工程技术规范，理清了人工湿地的具体概念、建设和设计要求，为这个学科的发展指明了方向。再此基础上，我国广州、江苏、上海等地区也相继推出了符合各自地区特色的人工湿地建设标准。工程施工技术比较落后。人工湿地污水处理技术作为一门学科，其有自己的施工技术规范，包括布水方式、填料选择、填料铺设、墙体的构建、防水层的建设等。这些除了必要的技术规范外，还需要有较深的经验积累。然而我国目前从事人工湿地建设队伍的施工经验参差不齐，建设的人工湿地没有技术保障。一旦出现故障，很容易报废12。2.5 人工湿地在国内的应用前景人工湿地污水处理系统是一个多样性的水生生态系统，它是利用人工湿地中的基质填料、水生植物、无脊椎动物、微生物、好氧细菌、厌氧细菌等物种的协同作用来达到对污水的净化，在这过程中，各种营养物质在其中循环利用，最终以植物的收割和清淤来达到对污染物的去除。这是一种相对环保的污水处理措施，一般不会造成二次污染，比较适合于处理水量不大、管理水平不高的城镇生活污水处理和人口相对较多且居住较集中的农村污水的处理。改革开放以来，我国废水排放量日益增加，水污染问题日趋严重，城市污水处理主要采用传统的二级活性污泥处理工艺，其工程投资高、耗能大、运行管理要求高。由于经济发展水平有限、能源短缺，许多地方尤其中小城市和乡村缺乏具有一定操作管理水平的人员。对于这些资金少、技术力量薄弱的中小城市和乡镇，无力拿出太多的资金用于污水处理厂的建设和运行。而人工湿地作为一种天然的“污水处理厂”，其高效、简易、低耗的特点就显得意义重大。在人口密度较低、污染排放较少的农村地区，人工湿地处理农村污水有很多优点，如成本低廉，维护管理简单，通过搭配种植多种水生植物，还可达到美化景观的效果13。2.6 结语人工湿地污水处理技术结构简单，建造成本低廉，管理方便，污水净化能力强，一般种植的水生植物都具有一定的经济价值，而且不会造成二次污染，对于我国来说具有很高的研究价值和应用价值，适用于我国农村地区和中小城镇的污水处理，能有效的缓解我国农村环境污染问题。然而我国对这项技术的研究应用尚处于起步阶段，相关的工艺设计资料和应用实例还很少。人工湿地污水处理技术是一门新兴的技术，目前还有很多不足和需要改进的地方，但我相信，随着我国经济的发展，以及对环境保护的日益重视，以及在广大科研工作者和其他社会力量的共同努力下，这项技术将会日趋成熟，造福于人类。参考文献1科学技术部中国农村技术开发中心.农村污水处理技术M.中国农业科学技 术出版社，20062于荣丽，李亚峰，孙铁晰.人工湿地污水处理技术及其发展现状J.工业安全 与环保，2006,32(9):29-313B.El Hamouri;J.Nazih,J.Lahjouj.Subsurface-horizontal flow constructed wetland for sewage treatment under Moroccan climate 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