1人工濕地工藝的技術原理和分類
1.1人工濕地工藝的基本原理
圖1 人工濕地斷面圖
通俗的講:人工濕地就是利用填充于濕地池內的填料對污水進行過濾與吸附,使污水得到凈化的裝置。它是一種綜合性的生態系統,系統內有物理、化學及生物作用,對污水中的污染物進行轉化和去除。
在實際應用中,尤其是欠發達地區,有很大的實用前景,深受國內外污水處理部門的喜愛。
1.2人工濕地污水處理技術的分類
常見的人工濕地污水處理技術分類,主要分為三類:a、表面流人工濕地;b、潛流人工濕地;c、垂直流人工濕地。
該分類主要是以水流方向予以區分:
圖2 表面流人工濕地水流向圖
圖3 潛流人工濕地水流向圖
圖4 垂直流人工濕地水流向圖
2人工濕地處理工藝的優勢和劣勢分析
2.1工藝優勢
人工濕地處理工藝有著很明顯的優點:在實踐調查結果顯示,人工濕地處理工藝處理效果好、工藝簡單、投資少、運行費用低、抗沖擊性能好、耐污能力強、穩定COD去除率>80%,總磷去除率>85%,總氮去除率>85%。
2.2技術劣勢
缺點也較為突出,特別是潛流人工濕地和表面流人工濕地的占地面積大,脫氮除磷效果不是很穩定。
針對占地面積大這個劣勢,可以考慮用垂直流人工濕地。
3人工濕地在欠發達地區的應用技術
目前,我國廣大欠發達地區大多沒有污水處理系統,生活生產污水隨意排放,已然成為流域水質惡化的主要原因之一,同時造成農村水體富營養化。欠發達地區生活污水主要為洗滌、沐浴和衛生潔具排水,水量因地區經濟發展程度的差異而不盡相同,因其含有大量的C0Dcr、BOD5、氨氮、磷和各類細菌、病毒,極易造成地表水及地下水污染。結合農村生活污水的特點及農村地區的實際情況,以西昌市阿七鄉大田村集中居住點為例,進一步闡述人工濕地在欠發達地區的運用。
3.1設計水量和水質:
3.1.1設計處理規模:40m³/d。
3.1.2進水水質:
污水處理設施設計進水水質濃度的大小,直接影響污水處理工藝參數的選擇。根據阿七鄉大田村污水水質的監測數據,確定項目綜合污水進水水質為:
CODcr:150-250mg/L;BOD5:80-120mg/L;SS:100mg/L;NH3-N:15-25mg/L;pH:6-9;TP:2mg/L;
3.1.3出水水質:
根據該處理站污水處理后的排向情況(最終排向安寧河),按照環保部門和相關規范,本項目污水出水執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)的一級B標準,其出水水質如下:
CODcr:≤60mg/L;BOD5:≤20mg/L;SS:≤20mg/L;NH3-N:≤8(15)mg/L;pH:6-9;TP:≤1mg/L;
3.2工藝設計:
3.2.1污水處理工藝流程圖:
圖5 人工濕地處理工藝流程圖
3.2.2工藝流程說明:
居住點共100戶住戶,每戶污水排放口經管網收集接入統一建設的化糞池進行預處理,化糞池出水自流進入格柵池,格柵池內設置柵距較小的格柵,進一步隔離小體積難降解的固體廢物,出水通過重力作用注入水解酸化池內,達到污水的均質均量調節,第二級調節池內投放的厭氧菌可充分的使有機物發生水解、酸化和甲烷化,去除污水中的部分有機物,提高污水的可生化性,出水通過布水器均勻的注入濕地池系統,濕地池共分為三級,使污水在濕地池系統內可充分停留超過2d,達到大部分污染物的去除。出水流經清水池的暫儲后達標排放。
3.3構建筑物設計:
3.3.1格柵池
尺寸為:2500*500*1300mm,結構為剪力墻結構,設備:活動安裝不銹鋼格柵1套,柵距為5mm。
3.3.2水解酸化調節池
尺寸為:6000*2500*2500mm,結構為剪力墻結構,設備:固定安裝球形生物填料,共12m³。
3.3.3應急閘閥井
尺寸為:1000*500*1000mm,結構為磚混結構,設備:法蘭安裝應急閘閥及管件。
3.3.4濕地池1-濕地池2
尺寸為:9000*4000*1500mm(單組尺寸),結構為剪力墻結構,設備:布水器1套,收水器1套。
3.3.5濕地池3
尺寸為:4000*4000*600mm,結構為剪力墻結構。
3.3.6清水池
尺寸為:1500*1000*800mm,結構為磚混結構。
3.4 人工濕地技術在欠發達地區的優勢和發展前景
國內人工濕地轉眼經過研究,人工濕地池污水處理技術作為1項先進的污水處理技術,世界上各國均對該技術的研究深度還將不斷深入,它具有傳統技術所不具備的綜合效益。因此,人工濕地污水處理技術的發展空間非常廣闊。而人工濕地的低能耗(或無能耗)和運行維護簡單又特別適用于欠發達農村地區。
特別是涼山州境內地貌復雜多樣,地勢西北高,東南低。高山、深谷、平原、盆地、丘陵相互交錯,涼山州境內目前尚有十余個,經濟非常不發達,能源短缺。在發展經濟,脫貧致富的同時又要兼顧環境保護工作,應該說難度相當的大,許多地方尤其是貧困農村缺乏具有一定操作管理和技術水平的人員,因此有高效率、低投資、低運行費、低維護技術、基本不耗電等優點的人工濕地污水處理技術的推進和落實則可在很大程度上對脫貧有反哺作用。
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4 人工濕地污水處理站的運行現狀及筆者在實踐中遇到的問題及建議
4.1 以西昌市各鄉鎮污水處理站分析運行現狀:
西昌市各鄉鎮污水處理站建成于2012年至2015年,一共約30余座,主要包括以下幾種基本處理工藝類型:①“無動力人工濕地”;②“微動力人工濕地”;③“二級生化系統”;④“二級生化系統+人工濕地”。其中涉及人工濕地處理工藝的有14座,占總數的接近50%。其中正常運行的人工濕地處理工藝處理站有12座,生產率達到85%,其運行簡單,無動力或微動力的特點得以體現。
4.2人工濕地污水處理站的管理難點:
4.2.1受溫度及氣候條件的影響較大
人工濕地污水處理系統因是仿自然人工濕地,其對溫度和氣候條件的影響較為明顯,隨季節的更替,人工濕地內污水溫度呈一定的波動,氨氮的去除率也會相應的呈現波動,溫度高時,氮的去除率相對較好,磷的去除效果也較好。在春季和夏季溫暖時,隨著天氣變暖和氣溫的回升,濕地植物的生長較為良好,池內生物菌增加明顯,對污水中的污染物吸收加快,濕地系統的凈化水質能力也隨之增加,生物除污作用非常明顯,出水中的污染物含量減少,處理污水的效果較好。而在秋季和冬季,濕地植物枯萎后,生物吸收速度減緩,污染物的去除能力持續下降,出水中的有機物含量上升,甚至高于進水,處理效果較差。所以秋冬季的人工濕地運營是難點之一。
4.2.2人工濕地池系統的濕地植物的選擇性較高
通俗的講,人工濕地內的植物是通過其根系對污水中的氮磷等物質進行吸收,通過植物自身的枯萎和收割實現污染物的削減。同時,植物根系在填料內形成獨特的生物膜,附著大量生物菌,對污水進行攔截和吸收,實現生物處理的功能。在濕地生物的選擇上一定要本著當地性、應季性和植被本身的相生相克性。選擇適合本污水處理系統的濕地植物。
4.2.3濕地池系統飽和,不易清理
目前我國的人工濕地污水處理系統尚處于初步階段,很多系統不具備清淤系統,濕地池填料隨著使用時間的長久導致濕地池內填料縫隙出現堵塞,嚴重影響污水處理效果和出水水質,因此在濕地池的運營過程中,系統內的淤泥清除是一大難點。
4.2.4人工濕地“曬太陽”工程
雖說人工濕地污水處理系統具有選擇性寬,投資和運行成本較低等優點,但現今很多人工濕地工程在運行過程中依然存在很多比較突出的問題,運行成本低并不代表可以不管理,濕地池系統后期的維護和管理依然很重要,不能只建不管。使人工濕地在運行一段時間后其處理能力和處理效果下降或癱瘓,使其失去了原來應有的價值,造成巨大的浪費。
4.3人工濕地池處理系統平日管理要點
污水處理站的運營管理,是指對各污水處理站的處理工藝、電氣設備、消毒系統、脫氯系統、控制系統、監測等進行運行、管理、維護維修和協調,實現各點原污水至凈化處理后,尾水達相關標準,外排或回用全過程的運行管理。具體內容如下:
4.3.1各污水處理站日常運行、維護、巡查等管理;
4.3.2各污水處理站處理工藝運行、維護、參數調整等管理;
4.3.2各污水處理站機電設備運行、維護、維修、更換等管理;
4.3.4各污水處理站自控系統、在線監測系統運行、維護、維修等管理;
4.3.5各污水處理站消毒系統、脫氯系統的運行、維護、維修等管理;
4.3.6各污水處理站用電、試劑、消毒藥劑、脫氯藥劑的提供、使用等管理;
4.3.7其它滿足各污水處理站“達標”運行的輔助設施、材料等的提供、使用和管理等。
4.3.8滿足各污水處理站監督和工藝運行、維護、參數調整的常規檢測及監督檢測等管理;
4.4人工濕地植被的管理建議:
人工濕地池內水生植被兼具景觀功能、生態功能為一體,是人工濕地處理工藝里關鍵的單元,水生植被的管理也是人工濕地處理工藝運營過程中的重點。
濕地水生植被一般生長較快,根據不同的植物類型,在其生長茂盛、成熟后應對植物進行及時收割,并處理和利用。一般的植物收割時間為上半年的3-5月份和下半年的9-11月份。
防止濕地內其他雜草滋生,對已生長的雜草應及時清除;需及時清除植物的枯枝落葉,以防止腐爛等污染,對不耐寒的植物在冬季來臨之前要做好防凍措施或及時收割,降低污水處理站運行負荷。
筆者經過長時間對人工濕地污水處理站的管理經驗,濕地水生植被的維護費用建議以處理站總投資的1%記提。
建議各建設主管部門和環保主管部門加大環保宣傳力度,引入健全的人工濕地建設和管理機制,對區域內所有人工濕地進行清查和建檔,可以結合2016年4 月15 日,環境保護部印發《關于積極發揮環境保護作用促進供給側結構性改革的指導意見》(環大氣[2016]45 號),該意見中指出:
鼓勵發展環境服務業。堅持污染者付費、損害者擔責的原則,不斷完善環境治理社會化、專業化服務管理制度。建立健全第三方運營服務標準、管理規范、績效評估和激勵機制,鼓勵工業污染源治理第三方運營。
推進環境咨詢服務業發展,鼓勵有條件的企事業單位聘請第三方專業環保服務公司作為“環保管家”,向業主提供環保咨詢,治污設施設計、施工,環??⒐けO測、驗收、應急預案編制、環保設施建設運營等一體化環保服務和解決方案”。
在城鎮污水處理、生活垃圾處理、危險廢物處理處置、煙氣脫硫脫硝除塵、工業污染治理、區域環境綜合整治、城市黑臭水體治理、土壤污染治理與修復等領域,鼓勵發展集投資融資、系統設計、設備成套、工程施工、調試運行、維護管理等一體化的環保服務總承包和環境治理特許經營模式。
由此,在環境保護領域正式提出了“環保管家”的概念。相對于目前大多數園區及企業已廣泛采用的環保設施第三方運營等單一的服務方式而言, 環保管家”是一項更綜合、更全面的環保技術服務工作,是針對目前國內的環保形勢推出的一種全新的服務模式。
針對服務對象特征,“環保管家可提供專項定制的咨詢及工程技術服務,為業主提供從項目立項、規劃選址、環境影響評價、環境監理及排污許可等全流程”的技術咨詢服務,從環保政策解讀、環保問題咨詢、環保決策指導、環境風險管控、污染物達標排放等方面提供“一站式環保服務。
結語
目前,全球淡水資源短缺,科技水平在不斷發展,人們的環保意識逐漸增強,結合黨中央國務院關于加快推進生態文明建設的大背景下,針對欠發達地區的特殊性,筆者認為人工濕地污水處理工藝將發揮更積極的意義和作用,對地區生態的而保護,調節城市氣候等都著一定的作用,對于美化生態環境,促進人和自然的和諧相處,對貫徹“金山銀山,綠水青山”取到了非常重要的意義。