2023年人工湿地在农村生活污水处理的运用.docx

人工湿地在农村生活污水处理的运用 。农村生活污水处理是落实乡村振兴战略的必要举措。由于维护简单、运行费用低廉等优势，人工湿地在世界各国的农村污水处理中得到广泛应用。我国近年来公布了多部相关国家规程和地方标准，使人工湿地的设计实施有据可依，但在人工湿地所需的预处理工艺、出水排放标准、单元尺寸计算参数、冬季运行措施等方面仍未形成统一标准。系统论述了人工湿地在农村污水处理中的开展历史、应用现状、工艺组合和面积计算等，并展望其未来开展方向，为进一步研究和应用提供参考。 关键词：人工湿地;农村污水;排放标准;工艺组合;应用进展 1农村污水人工湿地应用现状 利用湿地生态系统处理污水的理念在世界各国古已有之，中国的桑基鱼塘系统就是其中的典型代表。自1952年德国科学家seidel开始进行工程化的人工湿地研究以来，人工湿地技术在欧洲、北美洲、南美洲、亚洲、大洋洲、非洲均陆续得到应用。由于低本钱、生态理念符合当地土著文化价值等原因，人工湿地在新西兰的村庄污水处理中开展迅速，除了处理生活污水外还用于处理农场的乳制品加工废水、削减农业面源污染等［7］。世界银行对尼加拉瓜、萨尔瓦多、秘鲁、哥伦比亚、巴西等国示范工程的净化效果进行跟踪分析后，认为人工湿地处理效果稳定、本钱低廉，对于中小社区是可行的污水处理技术，但应由专业人员设计，并对本地运营团队进行专业培训［9］。欧美国家对于人工湿地的应用相对起步更早、研究更深入。欧洲有超过50000座人工湿地用于污水处理［3］，大局部人工湿地位于乡村或小城镇，用于中小规模的生活污水处理。英国广泛采用人工湿地用于原有农村污水站点出水的深度净化，并成立了人工湿地协会，建立了由超过900座人工湿地组成的数据库［2023］。据molle等［11］统计，法国有超过500座农村污水人工湿地，采用垂直潜流湿地为主的工艺，净化效果稳定。人工湿地在气候寒冷的波兰也有超过30a的应用历史，其中大局部人工湿地用于小于5m3X8226;d－1的单户农村生活污水处理［12］。英国、法国、意大利、德国、丹麦、捷克等国相继公布了用于分散型生活污水处理的人工湿地设计标准［7］。北美那么建成了超过2023000座人工湿地，且从南到北均有分布，仅在美国肯塔基一州就有超过4000个用于单户生活污水处理的潜流人工湿地［7］。目前，北美洲有大量从事人工湿地研究的科研人员，并建立案例数据库，为该领域的进一步开展创造了良好的条件。我国污水处理人工湿地研究工作始于1987年，在天津、北京等地建成了试验工程［13］。2022年以来，人工湿地在我国进入快速开展期，截止2023年，我国有公开文献报道的人工湿地工程超过700个［12］。人工湿地在我国的应用不管是处理规模还是污水类型都向多元化开展。处理规模方面，有设计处理量25万m3X8226;d－1的地表水净化湿地［14］，也有2023m3X8226;d－1以下的农村污水湿地［12］。在污水类型方面，人工湿地已用于处理包括生活污水、河湖水、垃圾渗滤液等多种类型的污水［12］。由于我国环境问题复杂、人口密度大、土地资源稀缺等特点，我国人工湿地研究为该技术的规模化、精细化开展提供了创新视角和数据支撑。农村污水处理人工湿地在我国各省市均有报道。由于各地污水特点和建设条件不同，具体技术路线也有所差异。郝目远等［6］针对XX省农村地区现状，对几种常用技术进行比照研究，认为“地埋式一体化生物接触氧化法+生态处理法〞组合模式适合当地情况，且能够满足水污染物排放标准［15］的要求。任占军等［16］调查了北京XX县区农村污水运行情况，发现mbＲ、a/o等工艺占比一半以上，但在运行1～3a后均因运维费用高、管理要求程度高等原因而停止运行，而人工湿地工艺由于运维管理简便，成为平谷目前应用最好的工艺。吴昊等［17］对XX省太湖流域6000余套农村污水处理设施进行走访，在20230余种工艺中筛选出4种运用较广泛的工艺进行分析，其中3种工艺运用了人工湿地处理单元。经分析，“厌氧产沼气－缺氧反硝化脱臭－跌水充氧接触氧化法－人工湿地〞技术的初期建设本钱略高，但处理效果稳定，cod（chemicaloxygendemand）、总氮（tn）、总磷（tp）及氨氮（nh+4-n）的去除率均到达80%以上，且运行本钱不到a/o工艺的1/4。徐志荣等［5］对浙江67个县的386座农村生活污水处理设施进行了统计，其中厌氧+人工湿地工艺应用最多，占比44.8%。据杨磊三等［18］统计，广州地区农村污水设施中，60%采用人工湿地，出水稳定到达城镇污水处理厂污染物排放标准（gb18918—2022）的一级b标准［19］。XX省XX县区也将厌氧处理－人工湿地污水处理设施作为农村环境综合整治的重点建设内容［20］。覃玲玲［21］对广西XX市的两处村庄污水设施进行了分析，指出其应用的潜流人工湿地－表流人工湿地－生态塘工艺流程，既到达了污水净化目标，又可形成特色农村生态景观，为农村居民提供休闲娱乐的场所。XX省琼中县对于没有畜禽养殖的普通自然村，推广预处理设施－生态湿地的分散处理模式，出水水质可达一级a标准［22］。 2人工湿地及预处理单元的工艺组合 对于人工湿地在污水处理流程中的工艺定位，或称人工湿地对预处理的要求，当前业界观点不一。在北美和欧洲，一般将潜流人工湿地用于处理经化粪池或沉淀池预处理后的生活污水，即作为二级处理工艺。在法国的农村污水处理中，甚至直接将未经预处理的生活污水排入潜流人工湿地中，即在人工湿地中同时进行一级和二级处理过程［2023］，这种不需预处理的人工湿地运行已超过30a，处理效果良好。但应认识到，欧美农村用地充裕，通常采用3～5m2X8226;pe－1的人工湿地面积（即单位效劳人口的湿地面积），大约相当于吨水占地面积15～50m2，这在我国的很多地区难以实现。而当采用显著低于上述处理面积的人工湿地直接处理污水时，容易出现基质堵塞、出水恶化等问题。因此，在用地满足要求的情况下，人工湿地可以作为农村污水处理主工艺，如前述北京平谷、广东郁南等一些条件允许的村落以人工湿地作为主处理单元，取得了良好的效果［16，20］。相关标准也明确，化粪池、沉淀池等均可以作为人工湿地的预处理设施，并非只有经过二级处理的污水才适合采用人工湿地进行净化。但在用地紧张的情况下，从技术经济角度考虑，人工湿地更适宜作为深度净化单元。局部农村污水人工湿地工程工艺组合及运行情况见表1。当前，活性污泥法二级处理+人工湿地深度净化的工艺流程目前已成为市政污水厂提标改造的常用方法。这种工艺组合同样适用于处理水量较大的集中村落，但对于分散村落的适用性值得商榷。活性污泥工艺可控性高，但能耗高、对运营人员要求高;人工湿地耗能低、运行简便，但占地大，且有植物收割处置的运营需求。因此，假设将两种工艺结合，对于农村分散污水处理而言，既需要专业污水处理运营，又要进行湿地绿化维护，造成运营工作量加倍。因此，建议针对分散型农村污水处理，优先采用单一的好氧生物处理技术或厌氧预处理+生态处理技术，从而最大化地发挥两种方法各自的优点。 3人工湿地设计标准化进展 人工湿地技术在开展初期缺乏统一实施标准，缺乏成熟运维模式等问题，导致局部工程后期运行效果不佳。住建部与原环境保护局部别于202223年、202223年出台了人工湿地污水处理技术导那么与人工湿地污水处理工程技术标准两部标准，有力地推进了技术应用，但未针对不同地域对具体单元设计进行参数制订［25］。张涛等［26］指出，人工湿地污水处理工程技术标准尚不能满足农村污水实际工程的需要，还需要不断完善相关设计参数。近年来，各省市结合地方实际情况相继公布了人工湿地相关设计标准、规程等，内容也随着应用经验积累而不断细化。例如，XX省人工湿地污水处理技术规程（dgtj2023—220230—2023）［27］对于30000人以下镇和村的生活污水处理工程，针对不同指标推荐了典型工艺组合，给出了较详细的污染负荷参考取值，并对湿地单元构造附图说明。XX省农村生活污水人工湿地处理工程技术标准（db11t/1376—2023）［28］那么针对农村污水人工湿地规定了主要技术参数，提出了参考污染物去除率，并提出了冬季防冻设计要求。XX省生活污水人工湿地处理工程技术规程（db33/t868—2023）［29］对于30000m3X8226;d－1以下的生活污水处理，规定了湿地进水限制，提出了cod、nh+4-n、tp的污染负荷取值;并对各局部设计、建造、验收、管理规定了较明确的做法。山东、云南、河南等地也公布了人工湿地处理标准，主要用于污水厂尾水、农田径流等低污染水的处理。标准的出台使人工湿地工艺选择、面积计算等有据可依，局部标准参数见表2。当前标准参数取值主要基于前期经验确定，参数区别较大。例如，cjjt54—2023［30］推荐在Ⅱ区（年平均气温8～16℃地区，如北京）设计潜流湿地采取1.5～2.5gX8226;m－2X8226;d－1的nh+4-n负荷;XX省地方标准［28］推荐取值那么为2.5～8gX8226;m－2X8226;d－1，相差数倍。在配水设计、填料粒径选择等细节方面，大局部标准仅提出建议，没有做严格的规定。此外，针对农村生活污水人工湿地小水量、波动性大等特点的技术做法规定较少。随着技术持续推广和工程后评估研究的开展，预计标准还将进一步进行完善和修订。与丹麦、德国等地的设计标准［31］比照发现，欧洲设计标准主要以效劳人口计算湿地面积，污染负荷取值仅为辅助，且对营养盐污染负荷涉及较少，在我国的工程中无法直接套用。德国人工湿地标准针对农村污水处理，按一级处理、二级处理、深度处理分类，对人工湿地的填料种类、粒径分布、配水频率、预处理池容等均做出了详细的规定，根本实现了技术标准化，但同时也削弱了灵活性。 4农村污水人工湿地出水指标制订进展 由于农村污水处理设施水量小、位置分散、管理水平较低，对其出水指标的要求不宜照搬大型市政污水处理厂的严格标准。据徐志荣等［5］统计，XX省各县市在2023年执行的农村污水cod排放限值从50到200mgX8226;l－1不等，未形成适合农村环境实际情况的标准体系。2023年以来，我国局部省市相继公布了农村污水排放标准。表3对国内外有代表性的排放标准进行比照。从表3可以看出，除个别环境敏感区域外，英国、美国、丹麦对农村污水处理的排放指标要求接近我国城镇污水处理厂污染物排放标准［19］规定的二级处理标准，且对nh+4-n、tp等营养盐的都未做要求。而日本对bod排放标准较严，接近我国地表水环境质量标准［39］规定的地表水Ⅴ类，对tp的规定类似我国一级b标准。我国各地的农村污水排放标准区别较大，有的接近二级处理标准要求，有些地区那么要求到达地表准Ⅳ类水质，且大多对氮磷营养盐提出了限制。综合来看，我国标准严于欧美国家。目前，大局部省市还未公布针对农村污水的排放标准。王洪臣［3］和徐志荣［5］提出，应该针对受纳水体的环境容量制订排放标准，同时，应认识到农村污水设施运行的“免操作〞“少监测〞需求，适当减少考核指标，并对tn、tp等指标适当放宽要求。在农村污水工程特点的限制下，现有处理技术是否能实现稳定达标也成为标准制定的重要因素。石磊等［40］对XX省XX县区陈庄子污水处理人工湿地进行了运行数据分析，发现经隔离沉淀池－潜流人工湿地工艺处理后，出水cod、nh+4-n、tp平均值根本到达当地排放标准，即地表Ⅳ类水平，但抽样达标率仅为80%。采用其他工艺的分散污水处理设施也面临同样的波动性问题。因此，建议对农村污水排放不宜采用实时或逐日监测的严格考核制度，而应强调其长期的污染削减效果。 5人工湿地低温运行效果及保证措施 冬季低温条件下，微生物对污染物的降解作用和植物的吸收作用均明显低于其他季节。因此，不管是传统生化处理技术还是人工湿地技术，均面临冬季处理效率下降的问题，其中又以氮的去除过程受影响最大。wan