人工湿地处理农村生活污水工程设计与运行

刘晓利，刘 峻，朱亚飞

(1.郑州大学，河南 郑州 450001; 2.郑州亿众环境科技有限公司，河南 郑州 450000)

1 引言

河南某村庄为改善农村人居环境，提高当地村民的生活质量，建设处理规模为100m3/d，采用以人工湿地-稳定塘为主体处理工艺的农村生活污水处理工程，出水水质满足河南省地方标准《农村生活污水处理设施水污染排放标准》(DB41/1820-2019)一级标准。

2 设计进、出水质

农村生活污水主要包括厨房洗涤、淋浴、洗衣等废水等污水，其成分及变化与当地居民生活的状况、水平和习惯，污染物浓度与用水量有关，同时受到污水管网建设条件、雨污分流状况等条件制约。本项目生活污水具有以下特征：①由于村内以旱厕为主，污染负荷较低；②污水中含有COD、BOD5、N、P等主要污染物，其中BOD5/COD≥0.5，可生化性强；③农村人员生活作息相对规律，污水排放量也具有规律性，以早、中、晚排水量居多。

本工程设计进水水质和排放标准见表1。

表1 设计进水水质和排放标准

3 污水处理工艺流程

结合国内农村污水处理实际状况[1～6]，根据工程所在地的气候特征及经济条件，确定采用格栅-隔油池-1#表流人工湿地-潜流人工湿地-2#表流人工湿地处理工艺。工艺流程见图1。

图1 农村污水处理工艺流程

4 主要构筑物工艺设计

(1)格栅渠。砖混结构，1座，结构尺寸为2.0 m×0.3 m×1.3 m，设置人工粗格栅1套，栅宽0.3 m，栅条间距25 mm，材质304不锈钢；细格栅1套，栅宽0.3 m，栅条间距3 mm，材质304不锈钢。用于截留污水中的漂浮物等。

(2)隔油池。钢混结构，1座，结构尺寸为2.5 m×1.0 m×2.3 m，有效容积3 m3。用于去除废水中的油类物质，减轻人工湿地的处理负荷。

(3)1#表流人工湿地。框架结构，1座，分4格，单格结构尺寸为23.8 m×8.0 m×1.0 m，总面积761.6 m2，有效水深0.3～0.5 m，表面COD负荷9.98 g/(m2·d)，表面水力负荷0.13 m3/(m2·h)，有效水力停留时间3.05 d。池内设置基质填料100 m3；活性钙60 m3；生态石笼40个，结构尺寸为2 m×0.5 m×0.5 m；池底及池壁铺设防渗土工布3300 m2；设置配水渠1座，框架结构，结构尺寸32 m×0.5 m×0.8 m。

(4)垂直潜流人工湿地。框架结构，1座，分4格，单格结构尺寸为9.0 m×8.0 m×1.4 m，总面积288 m2，基质层高度1.1 m，表面COD负荷19.79 g/(m2·d)，表面水力负荷0.35 m3/(m2·h)，基质空隙率按35%计，水力停留时间1.27 d。池内设置生态基质填料245 m3；沸石72 m3。设置上下两层布水系统池内。池底及池壁铺设防渗土工布480 m2；设置配水渠、收水渠1座，钢混结构，结构尺寸分别为32 m×0.5 m×0.8 m、32 m×0.5 m×0.5 m。

垂直潜流人工湿地设计种植挺水植物芦苇、菖蒲、香蒲、藨草。在垂直潜流人工湿地各单元的植物配置不完全相同，单元内的植物也根据周边环境做出适当调整。垂直流人工湿地以芦苇、菖蒲、香蒲、藨草等净污能力较强的植物为主。

人工湿地进水采用可旋转弯管加阀门，控制进水量和水头。出水采用多个阀门组合，分别控制高水位出水、中水位出水和低水位出水。

(5)1#表流人工湿地。框架结构，1座，分4格，单格结构尺寸为7.0 m×8.0 m×1.0 m，总面积224 m2，有效水深0.3～0.5 m，表面COD负荷7.63 g/(m2·d)，表面水力负荷0.45 m3/(m2·h)，有效水力停留时间0.90 d。池内设置基质填料35 m3；生态石笼20个，结构尺寸为2 m×0.5 m×0.5 m；池底及池壁铺设防渗土工布1016 m2；设置收水渠1座，砖混结构，尺寸28 m×0.5 m×0.8 m。

(6)综合间。1座，砖混结构，总尺寸为6.0 m×4.2 m×4.2 m，用于管理人员临时休息及存放维护用具。

5 调试运行、管理及处理效果

5.1 调试运行、管理

本工程主要调试以人工湿地进配水及人工湿地植物的种植和日常维护管理为主。

5.1.1 表面流人工湿地

表流人工湿地以挺水植物与沉水植物交替种植为主，挺水植物种植芦苇、香蒲、菖蒲、纸莎草等。沉水植物种植金鱼藻、苦草、狐尾藻、黄花狸藻等。沉水植物与表流人工湿地的出水口之间需要有挺水植物作为间隔，防止沉水植物堵塞垂直流人工湿地。

5.1.2 垂直潜流人工湿地

垂直潜流人工湿地基质层总高度为1.1 m，按照基质级配和高度依次填充。首先使基质层完全浸水，在基质层深15 cm处栽种芦苇，株高为50～60 cm，株距30 cm；香蒲株高30 cm，株距20 cm。按设计流量运行到2～3个月后，可将水位降低到填料表层下15 cm，以促进植物根系向深部发展。同时根据季节的变化，通过调节出水管不同高度的阀门，来控制湿地内部的运行水位。

5.2 湿地植物的管理及保温措施

(1)表面流人工湿地运行中应及时清理水面的植物落叶及败落的茎秆等，以防止其腐烂影响水质。

(2)病虫害防治。湿地植物除虫除害应尽量采用无毒无害的杀虫杀菌剂，避免对水质产生影响。

(3)在植物收割期，应及时清理人工湿地上残留植物碎屑，防止因植物残留造成出水取出效率降低甚至污染物的浓度升高。

(4)冬季温度较低情况下有针对性的采取保温隔离措施，其中表面流人工湿地采用逐级密植芦苇的方式进行植物覆盖保温，垂直潜流人工湿地则采用覆盖收割后的植物的方式进行人工外加保温，此外还可以通过降低湿地的运行水位，以利用地温保障湿地的稳定运行。

5.3 运行效果

2019年7月，本项目调试完成后，出水水质监测结果见表2。出水各指标稳定达到河南省地方标准《农村生活污水处理设施水污染排放标准》(DB41/1820-2019)一级标准。

表2 运行结果

6 经济分析

本项目总投资费用为181.23万元。主要包括构(建)筑物施工费、管材购置安装费、植物购置种植费等费用为129.55万元；勘察设计费、运行调试费等费用51.68万元。运维成本主要包括人工湿地运行维护费及其他等，运行费用总计5.01元/d，折合吨水运行成本为0.05元。

7 结语

工程实践表明，采用格栅-隔油池-1#表流人工湿地-潜流人工湿地-2#表流人工湿地处理工艺农村处理生活污水是切实可行的，出水水质满足河南省地方标准《农村生活污水处理设施水污染排放标准》(DB41/1820-2019)一级标准。该工艺具有投资少、出水水质稳定、具有景观效果等优点，同时减少了农村生态环境的污染。