自然通风型好氧人工湿地在农村生活污水处理中的应用

严金慧 浙江省桐庐县环境保护局

王红晓 高燕 邱琳 浙江省环境保护科学设计研究院

随着经济的发展，农村的城镇化，农村生活用水方式发生了较大改变，生活污水排量激增。近几年浙江省各县市开展了农村生活污水连片整治工作，进行了多种人工湿地处理方式的尝试，取得了一些成果，但也存在一些问题：

（1）工艺技术结构不合理。传统人工湿地处理效率不高；极易堵塞；季节适应性不强；湿地系统中微生物量少，发挥作用不充分。

（2）农村环境机构不健全，缺乏专业环保人才。许多设施是政府一次性投资建成，没有对后期的运行维护进行配套。

为此，我们从韩国引进了自然通风型好氧人工湿地技术，并在桐庐君山村建立了示范工程。其在传统人工湿地的基础上进行了创造性的改进，利用自然通风方式进行充氧，颠覆了传统人工湿地槽的结构和运行方式，具有处理效率高，不堵塞，低碳无动力和无需人员值守等优点。为浙江省乃至全国农村生活污水治理开辟了一条新的路线。

1 工程概况

1.1 项目情况

污水来源主要为村域内的居民生活污水，以及示范项目附近看守所、武警部队和南方水泥厂职工宿舍等，服务人口1030人，设计处理水量80t/d。

1.2 工艺流程介绍

本项目采用自然通风型好氧人工湿地技术，工艺流程见图1，工艺结构原理见图2。

图1 桐庐县君山村生活污水自然通风好氧人工湿地示范工程工艺流程图

1.3 工艺说明

整个示范工程占地面积约500多平方米，依地势梯度而建，靠重力自流运行。首先农居点中的生活污水，通过污水管网收集，送至格栅井，通过格栅拦截，去除污水中的大块垃圾及悬浮物；经格栅后，污水自流进入三格式过滤池，污水在池内进行调节水质水量，并沉沙隔除浮油。经过滤池后污水通过布水堰系统，以垂直方式重力自流进入好氧湿地槽，槽内利用自然通风方式流入空气来维持好氧条件，进行有机污染物的氧化分解和硝化过程，同时利用砂石中的钙和污水中的磷发生物理化学反应达到除磷的效果，表层种植芦苇等植物，从上至下依次布置不同粒径的石材，污染物在植物根系和好氧微生物的作用下得到有效降解；好氧湿地槽出水以水平推流的方式经过厌氧湿地槽，槽中设置有不同粒径的碎石填料，并分为兼氧段和厌氧段，维持兼氧、厌氧条件，并在其上种植净水植物，利用植物根系进一步去除污水中有机污染物。污水经上述系统层层处理后，生活污水即可得到深度净化。

图2 桐庐县君山村生活污水自然通风好氧人工湿地结构示意图

1.4 主要构筑物设计

1.4.1 过滤池

功能：调节水质水量，并进行沉砂隔油。设计总容积40m3，有效容积34m3，设计停留时间10h。建筑结构：地下式钢砼结构；配套格栅1台，隔油设施1套。

1.4.2 好氧湿地槽

功能：通过自然通风充氧，利用填料表面的好氧微生物的代谢作用，净化处理污水中有机污染物。设计总面积约200m2。建筑结构：半地上土坝池体，浆砌石护坡，土工防渗构造；配套自然通风充氧系统1套，污水分配布水系统1套，配套不同粒径的生物填料200m3。

1.4.3 厌氧湿地槽

功能：通过厌氧作用，利用填料表面的厌氧微生物的代谢作用，及水生植物的根系吸收净化处理污水中的污染物。设计总面积约200m2。建筑结构：地下式土坝池体，土工防渗构造；配套不同粒径的生物填料400m3。

1.4.4 出水井

功能：通过该构筑物向地表水体排放处理后的尾水，并为后期取样及监测仪表安装预留空间。设计容积1m3。建筑结构：地下式钢砼结构。

1.5 工艺特点分析

本项目技术是在目前国内普遍采用的人工湿地技术基础上进行了升级，加入了自然通风型好氧湿地槽，在高效处理污水的同时继续保持人工湿地的无动力运行，有效地缓解了目前人工湿地技术运行不稳定、极易堵塞、受季节影响大、维护管理难等问题，真正做到高效、低碳、生态。

该技术的最大特点是：

（1）通过布水系统将污水均匀地分布至好氧湿地槽表层的细石子填料上。废水中的固体悬浮物质在进入表层细石子填料形成的细小孔眼时，受到吸附和机械阻流作用被填料的表层所截留。同时，这些被截留的悬浮物之间发生重叠和架桥等作用，继续过滤水中的悬浮物质，以最大限度地截留废水中的悬浮物，保证20年石子填料不发生堵塞。

（2）好氧湿地槽内设有多层自然通风系统，通过拨风管等设施以及湿地槽内外温差、自然风等条件，使空气通过通风系统，无需消耗动力即可为好氧湿地槽供氧。使得废水在垂直流经石子填料表面时，与通风系统提供的新鲜空气接触充氧，使槽内填料表面的好氧微生物发挥最大的生物活性，高效去除污水中的有机污染物质。

（3）湿地槽中有不同粒径的碎石填料，湿地槽表层不再如传统人工湿地一样铺设熟土层。避免了土质落入碎石填料层中，从而造成堵塞。同时，在碎石填料上种植芦苇、再力花、伞型草、菖蒲、美人焦等湿地植物，通过植物根系的吸收、过滤使水质得到进一步净化。

（4）整个湿地处理设施，按园林式进行设计，搭配各种湿地植物，其间设置自然石板小径，如同生态湿地公园。不仅可以处理全村的生活污水，还可以作为农民游憩的场所。

2 运行效果与讨论

该示范工程经过近6个月的进水调试运行，湿地植物长势良好，水质净化感观效果明显，出水水质清澈透明。在调试期间，当地环保监测部门对其进行了长期跟踪监测采样分析，水质分析数据见表1。

表1 示范工程水质监测结果（摘录） mg/L

通过水样监测表明，该自然通风型好氧人工湿地对于农村生活污水处理效果十分明显，CODcr、氨氮、总磷及悬浮物的去除率分别达到了91.3%、95.5%、97.8%和85.7%，出水指标明显优于《城镇污水处理排放标准》一级A标，其中COD指标达到了地表Ⅲ类水指标，氨氮和总磷达到了Ⅳ～Ⅴ类水指标，各项指标均达到了国家回用水标准要求，证明该技术非常适合在中国农村推广应用。

3 创新点与应用前景

自然通风型好氧人工湿地技术，破除了传统人工湿地只能进行厌氧处理方式运作，引入了无动力自然通风充氧系统，并增加了布水系统，使空气与水在湿地槽填料表面得到充分接触，大大提高了污染物去除效率并有效地防止了堵塞现象的发生。

通过桐庐君山村示范点的成功应用，证明了积极引进和吸收国外先进的自然通风型人工湿地污水治理新技术、新工艺是适合我国国情的高效、低碳、环保的污水处理技术。其对于推进农村生态建设，促进国民经济发展至关重要。通过项目建设将有助于改善农村环境治理观念，对农村生活污水治理具有很好的借鉴性和引导性。通过该示范项目对我们当前农村生活污水治理的全面推进起到很好的示范引路作用。生态友好型和低碳高效的污水处理技术，将成为农村生活污水治理的发展趋势。