人工濕地處理集鎮(zhèn)生活污水技術(shù)探析
——以洪江市為例

王 丹 葛大兵 劉鈺欣(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128)

人工濕地處理集鎮(zhèn)生活污水技術(shù)探析
——以洪江市為例

王 丹 葛大兵 劉鈺欣
(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128)

如何在“十三五”規(guī)劃政策和新集鎮(zhèn)建設(shè)的大趨勢(shì)下，逐步提高我國(guó)集鎮(zhèn)生活污水處理水平。切實(shí)解決集鎮(zhèn)生活污水排放問(wèn)題，是和諧社會(huì)發(fā)展的客觀要求。集鎮(zhèn)生活污水成為影響水資源環(huán)境的一個(gè)重要因素，尤其在飲用水源保護(hù)區(qū)、水庫(kù)區(qū)域尤其明顯。根據(jù)湖南洪江市集鎮(zhèn)生活污水特點(diǎn)，結(jié)合近年來(lái)對(duì)集鎮(zhèn)污水治理方面的大量技術(shù)革新和工程經(jīng)驗(yàn)，采取人工濕地以長(zhǎng)期有效處理集鎮(zhèn)生活污水，并為以后的生活污水處理提供借鑒。

生態(tài)環(huán)境；生活污水；人工濕地；處理技術(shù)

近年來(lái)，國(guó)家財(cái)政的不斷支持，以及實(shí)行“三農(nóng)政策”以來(lái)集鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)不斷得到發(fā)展，集鎮(zhèn)居民生活水平有了顯著的提高，各項(xiàng)生活指標(biāo)都逐步接近其標(biāo)準(zhǔn)值，但是集鎮(zhèn)的生態(tài)環(huán)境卻并不如此樂(lè)觀。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，促使城鎮(zhèn)一體化不斷加深，集鎮(zhèn)生活污水的產(chǎn)量越來(lái)越大，污水成分越來(lái)越復(fù)雜，經(jīng)化糞池處理后的生活污水，并不能達(dá)到國(guó)家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)直接排放的標(biāo)準(zhǔn)。集鎮(zhèn)生活污水需要一套完善的處理設(shè)施，才能保障居民生活環(huán)境的質(zhì)量和安全。

1 洪江市集鎮(zhèn)生活污水排放現(xiàn)狀和問(wèn)題

洪江市位于湖南省西南部，沅水上游，云貴高原東部邊緣的雪峰山區(qū)，東接洞口縣和溆浦縣，南鄰綏寧縣、會(huì)同縣，西界芷江侗族自治縣，北依懷化市。地理座標(biāo)為東經(jīng)109°32′至110°31′，北緯26°91′至27°29′?？偯娣e2173.54平方公里，其中陸地2105.36平方公里，水面68.18平方公里。2015年，洪江市人民政府通過(guò)一核三區(qū)規(guī)劃，一核是已黔城為中心，打造托口鎮(zhèn)、安江鎮(zhèn)、雪峰山片區(qū)三個(gè)增長(zhǎng)極。

1.1 洪江市集鎮(zhèn)生活污水排放現(xiàn)狀

《中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》在2009年公布，其中城鎮(zhèn)排放330.0×108t生活污水，由于缺乏合適的生活污水處理技術(shù)，95%的城鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)廢水、生活污水等直接排入當(dāng)?shù)睾恿鳌⒑春退畮?kù)等[1]，威脅飲用水安全。集鎮(zhèn)生活污水的主要污染物為P、N、COD、BOD、纖維素動(dòng)和植物食用油等，其中COD、BOD5、TN、TP的質(zhì)量濃度分別可達(dá)到100～300、50～130、8～40、1～5mg·L-1。生活污水中的有機(jī)污染物濃度越高，可生化性越強(qiáng)[2-3]。

選取洪江市集鎮(zhèn)作為人工濕地處理集鎮(zhèn)生活污水技術(shù)探析，對(duì)洪江市集鎮(zhèn)生活污水治理情況進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查與資料收集，得出近年來(lái)洪江市政府對(duì)于集鎮(zhèn)建設(shè)的投入，有效地控制了部分集鎮(zhèn)生活污水和生活垃圾污染整治。但是由于集鎮(zhèn)污水處理技術(shù)滯后或基礎(chǔ)設(shè)施缺乏；生活污水外排導(dǎo)致水塘、河道、湖泊富營(yíng)養(yǎng)化水體逐漸惡化，以及生活污水外流蔓延發(fā)臭；這些現(xiàn)象還是存在于集鎮(zhèn)中。生活污水導(dǎo)致環(huán)境污染問(wèn)題，已經(jīng)危及居民飲用水安全以及生活環(huán)境質(zhì)量，危及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，嚴(yán)重阻礙洪江市集鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)又好又快的發(fā)展，不符合新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的總體目標(biāo)。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，大部分新建的集鎮(zhèn)都趨于水沖形式的廁所和水管供應(yīng)到戶的供水方式，使集鎮(zhèn)生活更加便捷與舒適。但是后期污水處理設(shè)施不夠，污水管網(wǎng)建設(shè)滯后，居民污水處理意識(shí)薄弱等原因，導(dǎo)致集鎮(zhèn)水環(huán)境污染嚴(yán)重，水渠、河流、湖泊、農(nóng)田，水體氮磷含量過(guò)高，水體富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重。據(jù)估算，2015年洪江市17集鎮(zhèn)生活污水排放量總量約為1324220t，每日需處理污水總量3628t/d。

表1 洪江市集鎮(zhèn)生活污水TN和TP含量

1.2 洪江市集鎮(zhèn)生活污水問(wèn)題

對(duì)照建設(shè)部制訂的《全國(guó)村鎮(zhèn)污水治理規(guī)劃(2011年—2015年)》，截止到2007年底，中國(guó)村級(jí)集中式污水處理設(shè)施的行政村比例僅為2.6%[4]。

洪江市集鎮(zhèn)區(qū)域居住人口密集的地方，生活污水產(chǎn)量大，排水量也大，污水濃度相對(duì)較低；集鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展快，生活物質(zhì)供應(yīng)齊全，生活用水化學(xué)量增加，污水成分越復(fù)雜；就成分而言，目前大多數(shù)集鎮(zhèn)生活污水中重金屬和有害物質(zhì)含量微乎其微，但是氮磷和有機(jī)物含量卻不斷升高[5]。

綜合上述分析，洪江市集鎮(zhèn)生活污水處理存在的問(wèn)題，基礎(chǔ)設(shè)施缺乏，財(cái)政投入不夠；實(shí)施發(fā)展缺乏保障，后續(xù)資金不足；處理技術(shù)滯后。沒(méi)有更新發(fā)展；重建設(shè)，輕運(yùn)營(yíng)，運(yùn)行效率低，后期維護(hù)力度不夠，使處理年限縮短等問(wèn)題[6]。

2 人工濕地處理技術(shù)

2.1 人工濕地工藝原理

人工濕地(CW-Constructed Wetland) 發(fā)展于20世紀(jì)70年代末，是由人工建造和控制運(yùn)行的污水處理措施，包括水環(huán)境修復(fù)和污水處理兩種技術(shù)。其原理在于模擬自然生態(tài)環(huán)境，濕地的基質(zhì)由土壤和沙石等材料，人為的按一定比例組成，并選擇適合生長(zhǎng)栽種的植物，培育多種微生物，組成類(lèi)似于自然濕地的新型污水凈化系統(tǒng)[7]。人工濕地是一個(gè)復(fù)合的生態(tài)系統(tǒng)，它主要是由微生物、水體、基質(zhì)、植被等四個(gè)基本要素構(gòu)成，各部分協(xié)同作用，當(dāng)污水通過(guò)濕地的時(shí)候，其中的污染物和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被其吸收或分解，而使水質(zhì)得到凈化。處理工藝流程：生活污水—格柵—沉淀池—自流管道—人工濕地—清水—回用綠化。

人工濕地處理技術(shù)，目前應(yīng)用于河流、湖泊、水塘的生態(tài)修復(fù)，及中小型的城鎮(zhèn)生活污水處理。對(duì)于處理集鎮(zhèn)污水的體系，各類(lèi)系統(tǒng)對(duì)于有機(jī)物和懸浮物一般都有比較好的去處效果。

表2 CW對(duì)有機(jī)物和懸浮物去除率

人工濕地適合于集鎮(zhèn)的主要優(yōu)勢(shì)在于以下四個(gè)方面：第一，基建投資少，一般投資為600～800元/m3；第二，操作技能簡(jiǎn)單、后期維修費(fèi)用少、運(yùn)行成本約為0.20元/m3；第三，水質(zhì)出水量良好，抗逆性較強(qiáng)，增加綠化面積和碳匯功能，改善和美化生態(tài)環(huán)境，凈化空氣和污水；第四，單位處理水量的占地面積為1.20～2.80m2/m3，比較適用于農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、用地不緊張的集鎮(zhèn)地區(qū)。

2.2 人工濕地處理洪江市集鎮(zhèn)生活污水

人工濕地適用于處理洪江市集鎮(zhèn)生活污水原因在于：第一，占地面積較大，一般是同等規(guī)模二級(jí)污水處理廠的4～10倍，而洪江市集鎮(zhèn)地區(qū)土地價(jià)格較低；第二，因?yàn)樯镉卸拘缘奈镔|(zhì)會(huì)對(duì)人工濕地的生物有一定傷害，而洪江市集鎮(zhèn)生活污水有毒物質(zhì)含量較少，所以人工濕地適宜建于在洪江市集鎮(zhèn)地區(qū)；第三，洪江市隸屬于丘陵集鎮(zhèn)等地區(qū)都分布有一定面積的天然低洼地，雨水以5、6月為最多，常年平均降雨量1485毫米。平均日照1354小時(shí)，無(wú)霜期304天。且有種植水生植物的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，故該地應(yīng)優(yōu)先采用此技術(shù)。

優(yōu)勢(shì)明顯：不僅基建投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、低能耗、工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，維護(hù)管理方便，凈化效果好；占地面積小、污水處理量大；管理簡(jiǎn)便，自動(dòng)化運(yùn)行；出水效果好，污水處理站出水執(zhí)行國(guó)家《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，出水就近排入河道；無(wú)噪音、無(wú)二次污染；污水在處理的同時(shí)還能產(chǎn)生一定的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。

綜合上述分析，積極開(kāi)展“十三五”農(nóng)村環(huán)境綜合整治，洪江市集鎮(zhèn)污水處理工程采用如下處理工藝流程。集鎮(zhèn)生活污水通過(guò)管道收集，在其地勢(shì)下方設(shè)置人工濕地污水處理站，收集的污水通過(guò)格柵化、均化池，除去表面漂浮物與大顆粒物質(zhì)；隨后污水進(jìn)入復(fù)合生物濾池，使其與內(nèi)部?jī)?yōu)選微生物充分接觸，污染物被微生物吸附降解；污水從復(fù)合生物濾池出水后進(jìn)入人工濕地系統(tǒng)，更進(jìn)一步去除生活污水中的有機(jī)污染物、氮和磷[8]。其工藝流程圖：格柵化—均化池—復(fù)合生物濾—人工濕地。

3 分析與結(jié)果

3.1 洪江市集鎮(zhèn)生活污水處理成本分析

洪江市分別依據(jù)集鎮(zhèn)人口數(shù)量，產(chǎn)生污水量，設(shè)計(jì)建造50t/d、60t/d、80t/d、100t/d這四種污水設(shè)施。噸水處理成本分析，前期去處漂浮物與大顆粒物質(zhì)，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用為系統(tǒng)耗電產(chǎn)生，電費(fèi)∶功率(kW)×24( h/天)×0.60(元/kW·h) =元/天，合計(jì)噸水處理成本∶電費(fèi)÷噸水=元/m3。總體噸水處理環(huán)境效益COD削減量>18000g/d，COD去除率>83%。整個(gè)污水處理工程的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)一覽表

3.2 洪江市集鎮(zhèn)生活污水處理結(jié)果

人工濕地具高效率、少投資、低耗能、低維持成本、低后期維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。人工濕地建設(shè)選址因地制宜、安裝便捷，安全實(shí)用。造價(jià)成本低廉，耗能低，僅水力提升，無(wú)其他耗能，依據(jù)噸水處理成本分析，運(yùn)行費(fèi)用低(小于0.1元/ m3污水)，同時(shí)還具有一定的脫氮除磷能力，而且耐沖擊負(fù)荷。人工濕地處理技術(shù)特別合適于用水量較小、水質(zhì)水量日變化較大特點(diǎn)的集鎮(zhèn)生活污水處理。其工程運(yùn)行結(jié)果水質(zhì)指標(biāo)變化如表4。

表4 生活污水主要水質(zhì)指標(biāo)變化

注：括號(hào)內(nèi)數(shù)值為水溫低于12℃時(shí)的控制指標(biāo)。

表5 洪江市集鎮(zhèn)集中式人工濕地污水處理工程

處理過(guò)后的出水水質(zhì)，達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，可以回用于農(nóng)田灌溉，其出水質(zhì)經(jīng)過(guò)人工濕地等生態(tài)化技術(shù)的后續(xù)處理，完全可以達(dá)到包括TN和TP在內(nèi)的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

洪江市集鎮(zhèn)區(qū)域現(xiàn)17個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)城鎮(zhèn)建成區(qū)生活污水排放集中戶數(shù)有9490戶，共計(jì)36280人，生活污水產(chǎn)量按照人均產(chǎn)生生活污水0.1t/d計(jì)算，需處理污水總量3628t/d。

4 結(jié) 論

洪江市集鎮(zhèn)生活污水未經(jīng)過(guò)處理就直接排入附近湖泊、河流、水塘、水渠，這不僅使水資源環(huán)境惡化，影響生活環(huán)境，破壞生物多樣性，而且不利于社會(huì)主義新集鎮(zhèn)的建設(shè)，因此，建設(shè)集鎮(zhèn)污水處理工程是當(dāng)務(wù)之急；第一，在政府部門(mén)的積極協(xié)調(diào)下，加強(qiáng)各部門(mén)監(jiān)督力度，排查嚴(yán)重排污的村辦工廠企業(yè)，出臺(tái)強(qiáng)制措施使生活污水排放達(dá)到國(guó)家《污水排入城市下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GJ3082-1999)之后才能排放，確保生活污水處理設(shè)施的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和良好的處理效果；第二，充分依靠科技進(jìn)步、開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)是解決污染物排放總量控制工作關(guān)鍵問(wèn)題的有力支撐；不斷發(fā)展創(chuàng)新配套的深度水處理技術(shù)，努力實(shí)現(xiàn)出水使用效率，保障居民生活質(zhì)量以及有效地節(jié)約水資源。

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Artificial Wetland Sewage Treatment Technology in Hongjiang City as An Example

WANG Dan GE DA-bing LIU Yuxin
(College of Biological and Biotechnology，HUAU，Changsha，Hunan 410128，PRC)

How in the trend of “13th Five-Year” policy and planning of new town construction，and gradually improve China's town sewage treatment level. To effectively solve the problems of sewage discharge in town life is an objective requirement for the development of a harmonious society. Town domestic sewage has become an important factor affecting the water environment，especially in the drinking water source protection area，especially in the reservoir area. According to the characteristics of sewage Hunan town Hongjiang City，combined in recent years on the town sewage treatment of a large number of technological innovations and engineering experience，take the artificial wetland in the long-term effective treatment of town sewage，not after the sewage treatment to provide reference.

ecological environment；domestic sewage；constructed wetland；treatment technology

王 丹，碩士，學(xué)生，研究方向景觀生態(tài)與規(guī)劃設(shè)計(jì)

葛大兵，博士，教授，博士研究生導(dǎo)師，主要從事生態(tài)規(guī)劃、生態(tài)設(shè)計(jì)、環(huán)境生態(tài)研究

X21

A

1673-288X(2017)01-0135-03

項(xiàng)目資金：洪江市農(nóng)村環(huán)境綜合整治HJ2016HBO8

引用文獻(xiàn)格式：王 丹 等.人工濕地處理集鎮(zhèn)生活污水技術(shù)探析[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2017，42(1)：135-137.