人工湿地与生态温室联合处理冬季农村生活污水的应用研究
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摘要：以南京市高淳县桠溪镇污水处理工程为实例，针对人工湿地系统冬季处理效果差的问题，研究了人工湿地配套生态温室联合处理污水的效果。结果表明：人工湿地与生态温室联合系统在冬季对COD、NH3-N和TP具有较好的处理效果，COD、NH3-N、TP的平均去除率分别为64.4%、68.5%和68.1%。
中图分类号：X703
文献标识码：A文章编号：16749944（2017）12000102
1引言
农村生活污水具有面广、量少、分散、处理率低等特点，污水一般不经任何处理直接排入附近河流湖泊，加剧了水环境的污染。我国从20世纪80 年代开始开展农村生活污水处理技术的开发和研究工作，厌氧沼气池处理技术、稳定塘处理技术、人工湿地处理技术和土壤渗滤技术都得到了一定的应用。其中人工湿地处理技术人工湿地是一种为处理污水而采用工程手段模拟自然湿地系统建造的构筑物[1]，凭借出水水质好、运行成本低、管理方便、抗有机负荷冲击能力强等优点应用最为广泛。然而，人工湿地系统冬季运行受低温影响，处理效果不稳定，这也很大的限制了人工湿地的应用。本研究依托南京市高淳县桠溪镇污水处理工程，拟采用人工湿地与生态温室联合处理农村生活污水，利用生态温室解决人工湿地系统冬季处理效果差等关键问题。
2人工湿地与生态温室联合处理系统构建
2.1人工湿地填料的选择
本研究采用煤渣、砾石、碎石作为基质。在铺设方式上，分水平和垂直两个方向对铺设粒径进行布置。垂直方向上，每个处理池中最底层铺设30 cm的直径5～10 cm的砾石，砾石上铺50 cm厚，直径为2～3 cm的煤渣，为防止煤渣漂浮在砾石上，最上层铺5 cm厚的直径为1 cm左右的碎石。水平方向上，在距进出水口50 cm的距离内主要铺设粒径较大的砾石，主要是防止进水处发生堵塞和保持出水的通畅。
2.2人工湿地植物的选择
植物在人工湿地中起着非常重要的作用，不但直接摄取利用污水中的营养物质，而且输送氧气到根区，提供根区微生物生长、繁殖和降解有机物过程对氧的需求，还能维持和加强人工湿地系统内的水力学传输[2]。高吉喜等选择了7种湿地植物，研究发现，慈姑和茭白的综合净化率最高[3]。袁东海等比较了菖蒲、灯心草和蝴蝶花3种植物的氮磷净化能力，结果发现，以菖蒲氮素净化能力最强，其次为灯心草和蝴蝶花[4]。本研究人工湿地的前端选择耐污染能力强的植物品种，如茭白、菖蒲；末端由于污水浓度降低，因此可以更多考虑植物的经济价值和景观效果，即种植一些水生蔬菜类，如慈姑、荸荠等[5，6]。
2.3生态温室的构建
本研究构建的生态温室长12 m，宽3 m，棚顶高1.5 m，肩高1 m。骨架材料选用A3钢的圆形钢管；温室覆盖薄膜为PVC防老化膜，具有一定的抗风、雨、雪功能。保温措施采用棉被加塑料膜保护进行保温；通风措施采用自然通风，即在温室上开设通风窗，借助温室内外温度差产生的“气压差”或室外自然风力产生的“风压”促使空气流动。
2.4联合处理系统工艺流程
污水首先经过截留收集进入到集水井中，集水井中设置潜污泵，可根据液位进行自动控制，将污水提升进入接触氧化池，在接触氧化池中悬挂填料并进行曝气，利用微生物的新陈代谢来去除污水中的有机污染物和氨氮等污染物质，出水自流进入并联的两个潜流人工湿地处理系统中，湿地中的填料为砾石、煤渣和碎石，具体铺设见图1。竦厣现种惨恍┧生植物来去除水体中的氮、磷。为了分析人工湿地与生态温室联合处理系统和一般潜流人工湿地在冬季处理效果的差异，本文选择在其中一个人工湿地上构建生态温室，另一个作为对照。
3联合处理系统运行效果分析
3.1生态温室采光及保温状况分析
春冬季光照状况的好坏直接影响温室获取能量的多少和温室内温度的高低。1月份一般为全年中的最低温度时期，是考验温室采光和保温性能好坏的最佳时期。本文对2017年1月10～14日揭保温被后至盖保温被前温室内外光照测定数据进行了统计分析。结果表明室外光照最强区间为10：30至12：30之间，室内光照随着室外光照的变化而变化，并无滞后。室外光照强度最大值出现在11：30左右，最大值约为120450Lux，最小值出现在15：30，最小值为29320Lux；室内光照强度最大值出现在11：30左右，最大值为55060Lux，最小值出现在15：30，最小值为11240Lux。室内温度随太阳辐射的变化而变化，日间室内最高温度出现在13：00，为20.8℃，最低温度出现在9：00，为11.0℃。日间最大温差9.8℃。由图2中温室内外植物生长状况对比可以看出，由于温室满足了植物生长所必需的温度和光照条件，温室内植物长势良好，菖蒲、茭白、慈姑、荸荠四种植物的存活率均在90%以上。可见，生态温室能够在冬季给植物提供良好的生长环境。总体上，温室的保温性能良好。
3.2联合处理系统出水水质分析
为了能全面反应整套处理设施的运行效果，分别于2016年11月25日、12月10日、12月27日、2017年1月12日、1月27日、2月15日和2月28日进行采样分析。通过对进水、人工湿地出水和人工湿地与生态温室联合处理系统出水三个取样点COD、氨氮、总磷三项指标的监测。定量分析人工湿地与生态温室联合处理系统的净化效果和稳定性。由图3可以发现单一人工湿地COD、NH3-N、TP出水浓度在33～41 mg/L、3.17～4.32 mg/L、0.35～0.65 mg/L之间，而联合处理系统COD、NH3-N、TP出水浓度在20～26 mg/L、1.06～1.21 mg/L、0.19～0.24 mg/L之间，且变化相对比较平稳。各时间段进水浓度波动较大，但人工湿地出水水质和联合处理系统出水水质较为稳定，可见，人工湿地和联合处理系统具有一定的耐冲击负荷能力。由图3可以发现污水经过单一人工湿地后，COD、NH3-N、TP平均去除率为44.5%、28.2%、29.8%；而污水经过联合处理系统后，COD、NH3-N、TP平均去除率为64.4%、68.5%、68.1%。由此可见，由于温室的保温作用给水生植物提供了适宜的生长环境，保证了冬季的出水水质可以稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中确定的一级B标准。
3.3经济成本分析
人工湿地与生态温室联合处理系统建设直接费用为11.232万元，其中两套生态温室的价格为1.6万元，占工程总投资的14.24%。本处理设施操作简单，日常只需安排1人进行不定期维护，植物成熟季节，安排人员进行收割，并补种。按瑶宕村130户人家每天总排放65 t污水计，本项目户均建设成本为864元，由于处理设施利用太阳能发电运行，因此基本无常规的运行费用。此外，生态温室的构建不仅保证了污水处理设施冬季的出水水质，还能在冬季为村民提供新鲜的蔬菜，并创造一定的经济价值。由此可见，在综合了处理效果、投资建设成本、运行费用和经济效益等因素的情况下，将人工湿地与生态温室联合处理系统应用于农村污水的深度处理在经济和技术上都是可行的，而且具有一定的优越性。
4结论
搞好农村生活污水治理工作，关系到改变农村生活污水无序排放现状，改善农村生态环境，提高农民生活水平，加快社会主义新农村建设，促进农村经济和社会的可持续发展。本研究采用人工湿地与生态温室联合处理农村生活污水，开发适合南京市农村的生活污水处理技术。接触氧化池的出水进入人工湿地与生态温室联合系统进一步净化，提高了出水水质，并保证了冬季也有较高的污染物去除率。同时，生态温室中选种具有经济价值的且对污染物处理效果好的湿生植物，兼具了生态效益和经济效益。
参考文献：
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[3]高吉喜，~春，杜娟.水生植物对面源污水净化效率研究[J].中国环境科学，1997，17（3）：247～251.
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[6]吴志行，侯喜林.对江淮流域蔬菜栽培设施建设的建议[J].中国蔬菜，2000（4）：33～35.