人工濕地處理村鎮(zhèn)污水-中國(guó)農(nóng)村和小城鎮(zhèn)水環(huán)境治理論壇

人工濕地處理村鎮(zhèn)污水董仁杰中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)教授，國(guó)際合作與交流處處長(zhǎng)，生物質(zhì)工程中心常務(wù)副主任，工學(xué)院能源工程與低碳技術(shù)研究室主任科技部沼氣工程沼液沼渣高值利用支撐方案工程主持人能源工程與低碳技術(shù)研究室EnergyEngineeringandLowCarbonTechnologyLaboratory中國(guó)村鎮(zhèn)污水排放特征人工濕地處理村鎮(zhèn)污水的優(yōu)勢(shì)人工濕地處理村鎮(zhèn)污水相關(guān)研究結(jié)語(yǔ)報(bào)告內(nèi)容中國(guó)村鎮(zhèn)污水排放特征

據(jù)調(diào)查目前全國(guó)95%以上的村莊沒(méi)有排水渠道和污水處理系統(tǒng)。每年有超過(guò)2500萬(wàn)噸的生活污水直接排放。[1]

南方北方因生活習(xí)慣、氣候狀況不同污水排放特征有一定的差異。[1]嵇欣國(guó)外農(nóng)村生活污水分散治理管理經(jīng)驗(yàn)的啟示[J]中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2021〔02〕:57-61.中國(guó)村鎮(zhèn)污水排放特征類型綜合生活污水（L/P·d）南方北方村45-11035-80鎮(zhèn)85-16075-125表1人均綜合生活污水排水量[2][2]村鎮(zhèn)生活污染防治最正確可行技術(shù)指南?環(huán)境保護(hù)部，2021,7指標(biāo)含量（mg/L）南方北方COD200-350350-500TN10-3020-50TP0.5-42-7表2村鎮(zhèn)生活污水水質(zhì)[2]人工濕地處理村鎮(zhèn)污水的優(yōu)勢(shì)人工濕地技術(shù)的優(yōu)勢(shì)投資小、耗能少、運(yùn)行費(fèi)用低小型分散化的人工濕地系統(tǒng)有利于污水就地處理人工濕地維護(hù)管理方便、簡(jiǎn)單村鎮(zhèn)污水處理的難點(diǎn)普通污水處理廠建造費(fèi)用、運(yùn)行本錢高污水分布分散缺少專業(yè)的技術(shù)管理人員村鎮(zhèn)污水處理的現(xiàn)狀絕大多數(shù)污水不加治理直接排放到水體中，嚴(yán)重污染了我國(guó)的水環(huán)境人工濕地技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在污水凈化的同時(shí)能夠增加綠化面積，美化環(huán)境可在濕地系統(tǒng)中推廣生物質(zhì)能源植物的作為濕地植物處理能力強(qiáng)且不產(chǎn)生污泥人工濕地處理村鎮(zhèn)污水的優(yōu)勢(shì)人工濕地處理村鎮(zhèn)污水相關(guān)研究潮汐流人工濕地相關(guān)研究自來(lái)水廠污泥除磷性能研究水力負(fù)荷對(duì)潛流濕地凈化效果和氧環(huán)境的影響北方地區(qū)濕地植物篩選家庭組合人工濕地污水處理系統(tǒng)污水處理廠好氧污泥生物脫水與資源化利用技術(shù)圖1實(shí)驗(yàn)室規(guī)模潮汐流人工濕地床示意圖潮汐流人工濕地相關(guān)研究(a)COD(b)BOD5(c)NH4+-N(d)TP---●---進(jìn)水，---○---出水圖2潮汐流人工濕地床污染物去除效果圖潮汐流人工濕地相關(guān)研究圖3潮汐流人工濕地污染物去除率及去除負(fù)荷圖潮汐流人工濕地相關(guān)研究供氧量（g/(m2·d)）耗氧量（g/(m2·d)）

潮汐吸氧量水體攜氧量總供氧量有機(jī)物耗氧量氨氮氧化耗氧量反硝化修正耗氧量總需氧量327.3±32.0-0.8±0.4326.5±32.1200.3±87.9115.5±71.041.7±31.2274.1±82.4注：表中數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。表3潮汐流人工濕地供氧耗氧關(guān)系表潮汐流人工濕地相關(guān)研究圖4捆綁式潮汐流人工濕地裝置示意圖

捆綁式潮汐流人工濕地為7個(gè)直徑為20cm的潮汐流柱組成。濕地高度180cm。32～64mm礫石4～8mm石英砂潮汐流人工濕地相關(guān)研究自來(lái)水廠污泥除磷性能研究不同粒徑條件下去除率隨時(shí)間的變化不同初始濃度條件下去除率隨時(shí)間的變化不同溫度條件下去除率隨時(shí)間的變化脫水明礬污泥是自來(lái)水廠副產(chǎn)物，目前大多進(jìn)行填埋處理。明礬污泥中含有豐富的鋁、鐵離子，能大大提高其對(duì)磷的吸附能力。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)能源工程與低碳技術(shù)研究室主要研究脫水明礬污泥對(duì)磷吸附過(guò)程中的關(guān)鍵控制因素〔如粒徑、溫度、濃度等〕，動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)模型。采用自來(lái)水廠污泥，作為人工濕地基質(zhì)。研究說(shuō)明，此濕地系統(tǒng)對(duì)磷的去除率由40～50%增加到87%，系統(tǒng)出水TP的濃度為0.66mg/L。脫水鋁污泥強(qiáng)化除磷區(qū)設(shè)置在系統(tǒng)出水處，便于更換基質(zhì)。自來(lái)水廠污泥除磷性能研究圖5自來(lái)水廠污泥人工濕地床污染物去除效果圖水力負(fù)荷對(duì)潛流濕地凈化效果和

氧環(huán)境的影響圖6水力負(fù)荷對(duì)濕地凈化效果和水體DO的影響(n=7)

隨著水力負(fù)荷由454mm/d下降至91mm/d，濕地對(duì)NH4+-N、NO3--N、TN、TP、COD的凈化能力分別提高了約35%、8%、20%、25%、20%。北方地區(qū)濕地植物篩選考察了香蒲、黃花鳶尾、柳樹(shù)、蘆葦、千屈菜和菖蒲6種我國(guó)北方地區(qū)常見(jiàn)的植物的凈化效果和耐污能力。優(yōu)選順序?yàn)橄闫?gt;蘆葦>水蔥>千屈菜。柳樹(shù)對(duì)各種污染指標(biāo)都有較好的處理效果，TP和TN的去除率分別到達(dá)了99.6%和92.1%。家庭組合人工濕地污水處理系統(tǒng)圖7系統(tǒng)示意圖針對(duì)排水管網(wǎng)不完備的城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村等地區(qū)，將家庭組合人工濕地系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)村分散式污水處理中，考察其對(duì)于農(nóng)村家庭生活污水的凈化處理效果。家庭組合人工濕地污水處理系統(tǒng)是一種農(nóng)村污水處理的新型生態(tài)系統(tǒng)，建設(shè)運(yùn)營(yíng)本錢低、工藝簡(jiǎn)單，適合農(nóng)村分散式污水的處理。為滿足單戶家庭的污水處理需求，將傳統(tǒng)濕地床的外維護(hù)機(jī)構(gòu)改用鎂水泥預(yù)制模具，可滿足工業(yè)化批量生產(chǎn)的需求，便于交通運(yùn)輸，簡(jiǎn)化建設(shè)過(guò)程，簡(jiǎn)約建設(shè)時(shí)間。小規(guī)模和綜合型采用整表達(dá)澆混凝土池體或磚砌池體。家庭組合人工濕地污水處理系統(tǒng)圖8開(kāi)發(fā)的模具（a）（b）（c）（d）（e）（f）時(shí)間時(shí)間時(shí)間時(shí)間時(shí)間時(shí)間圖10系統(tǒng)進(jìn)出水污染物濃度及去除率〔a:TP;b:NH3-N;c:TN;d:COD;e:TSS;f:濁度〕各污染指標(biāo)較好的去除效果為家庭人工濕地組合系統(tǒng)在農(nóng)村的推廣應(yīng)用奠定根底，為解決農(nóng)村污水肆意排放問(wèn)題提供了一種新途徑。家庭組合人工濕地污水處理系統(tǒng)技術(shù)推廣過(guò)程中形成的模式：小戶型連戶型村鎮(zhèn)型家庭組合人工濕地污水處理系統(tǒng)小戶型小戶型生態(tài)凈化技術(shù)主要針對(duì)農(nóng)戶分布相對(duì)分散的村莊設(shè)計(jì)，適用于處理單戶農(nóng)戶日常生活生產(chǎn)的污水以及廁所廢水。生活污水化糞池濕地系統(tǒng)出水收集廁所廢水

圖11小戶型污水生態(tài)凈化系統(tǒng)工藝圖小戶型建設(shè)地點(diǎn)：北京市延慶縣下屯村；山東省德州市陵縣王家院村；天津市武清區(qū)梅廠鎮(zhèn)周莊村等。工程案例：王家院村共有302戶居民，總?cè)丝跀?shù)為1056人，無(wú)生活污水集中收集管道。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院能源工程與低碳技術(shù)研究室于2021年11月為該村設(shè)計(jì)了農(nóng)村小戶型家庭組合人工濕地系統(tǒng)，2021年4月竣工，出水均滿足國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。連戶型連戶型污水生態(tài)凈化技術(shù)可以處理十戶農(nóng)戶左右的生活污水，適用于有集中污水排放系統(tǒng)的農(nóng)村地區(qū)。在技術(shù)上兼有小戶型技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于規(guī)模的擴(kuò)大，大大降低了污水處理本錢、降低占地面積、操作管理更為方便。建設(shè)地點(diǎn)：山東省德州市陵縣徽王鄉(xiāng)1套天津市武清區(qū)梅廠鎮(zhèn)周莊村1套

連戶型污水生態(tài)凈化系統(tǒng)工藝圖生活污水化糞池家庭濕地出水收集廁所廢水沉淀池連戶型工程案例：周莊村位于天津市武清區(qū)梅廠鎮(zhèn)，全村總戶數(shù)為100戶，總?cè)丝跒?30人，人口勞動(dòng)力數(shù)為170人。能源工程與低碳技術(shù)研究室為該區(qū)設(shè)計(jì)了連戶型組合垂直流人工濕地，并于2021年3月施工修建，2021年4月完工投入使用。至今使用效果較好，出水到達(dá)國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。村鎮(zhèn)型村鎮(zhèn)型針對(duì)迅速開(kāi)展的農(nóng)村養(yǎng)殖業(yè)，人工濕地結(jié)合其它有機(jī)物處理系統(tǒng)，如化糞池、沼氣發(fā)酵等，有效地提高了系統(tǒng)的處理能力，減小了占地面積，實(shí)現(xiàn)可靠、高效的污水處理，順應(yīng)了我國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)開(kāi)展的需要。

圖12村鎮(zhèn)型污水生態(tài)凈化系統(tǒng)工藝圖小型沼氣工程二級(jí)沉淀池出水收集生活污水廁所污水畜禽污水濕地系統(tǒng)如何符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)？村鎮(zhèn)型建設(shè)地點(diǎn)：山東省德州市陵縣徽王鄉(xiāng)鄉(xiāng)政府1套天津市武清區(qū)梅廠鎮(zhèn)周莊村1套安徽潛山高速公路1套村鎮(zhèn)型工程案例：2021年11月，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)能源工程與低碳技術(shù)研究室考察徽王鄉(xiāng)鄉(xiāng)政府的根本情況后，根據(jù)其具體的氣候和地理?xiàng)l件，為其設(shè)計(jì)了用于處理廁所廢水的沼氣池+潛流人工濕地組合生態(tài)凈化系統(tǒng)，其出水可達(dá)國(guó)家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)出水收集并作為回用水沖廁。該系統(tǒng)不僅將農(nóng)村污水進(jìn)行有效處理，同時(shí)出水回用節(jié)約水資源。

改建前后廁所狀況比照污水處理廠好氧污泥生物脫水與資源化利用技術(shù)CW4SD基礎(chǔ)建設(shè)濕地植物種植穩(wěn)定運(yùn)行濕地清泥脫水污泥資源化利用系統(tǒng)重建圖13歐洲CW4SD建設(shè)運(yùn)行與重建過(guò)程該技術(shù)起源于20世紀(jì)70年代的歐洲，主要用于處理農(nóng)村小型污水處理系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥，一般效勞人口在5000至100000人。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)能源與低碳技術(shù)實(shí)驗(yàn)室在丹麥等歐洲國(guó)家成功實(shí)踐和我國(guó)的研究成果的根底上，提出“利用人工濕地進(jìn)行污泥除水〔CW4SD〕〞的污泥處理和資源化利用的創(chuàng)新技術(shù)集成。圖14丹麥蘆葦床人工濕地污泥處理工程[3]污水處理廠好氧污泥生物脫水與資源化利用技術(shù)OperationalcycleLifetimeSludgereductionDrymattercontentMineralization8to12years>30years90-98%25-40%25%[3]HansBrix，SLUDGEDEWATERINGANDMINERALIZATIONINREEDBEDS中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)能源工程與低碳技術(shù)研究室擬研究?jī)?nèi)容如下，如果有意愿，歡送合作：〔1〕CW4SD濕地植物的篩選，解決濕地植物耐污和冬季保溫難題；〔2〕CW4SD濕地介質(zhì)污泥除水機(jī)理研究，篩選和優(yōu)化基質(zhì)配比；〔3〕CW4SD濕地氧傳輸機(jī)理研究和復(fù)氧技術(shù)開(kāi)發(fā)，優(yōu)化濕地結(jié)構(gòu)；〔4〕CW4SD示范工程建設(shè)和功能驗(yàn)證