人工湿地处理村镇污水-中国农村和小城镇水环境治理论坛

人工湿地处理村镇污水董仁杰中国农业大学教授，国际合作与交流处处长，生物质工程中心常务副主任，工学院能源工程与低碳技术研究室主任科技部沼气工程沼液沼渣高值利用支撑方案工程主持人能源工程与低碳技术研究室EnergyEngineeringandLowCarbonTechnologyLaboratory中国村镇污水排放特征人工湿地处理村镇污水的优势人工湿地处理村镇污水相关研究结语报告内容中国村镇污水排放特征

据调查目前全国95%以上的村庄没有排水渠道和污水处理系统。每年有超过2500万吨的生活污水直接排放。[1]

南方北方因生活习惯、气候状况不同污水排放特征有一定的差异。[1]嵇欣国外农村生活污水分散治理管理经验的启示[J]中国环保产业，2021〔02〕:57-61.中国村镇污水排放特征类型综合生活污水（L/P·d）南方北方村45-11035-80镇85-16075-125表1人均综合生活污水排水量[2][2]村镇生活污染防治最正确可行技术指南?环境保护部，2021,7指标含量（mg/L）南方北方COD200-350350-500TN10-3020-50TP0.5-42-7表2村镇生活污水水质[2]人工湿地处理村镇污水的优势人工湿地技术的优势投资小、耗能少、运行费用低小型分散化的人工湿地系统有利于污水就地处理人工湿地维护管理方便、简单村镇污水处理的难点普通污水处理厂建造费用、运行本钱高污水分布分散缺少专业的技术管理人员村镇污水处理的现状绝大多数污水不加治理直接排放到水体中，严重污染了我国的水环境人工湿地技术的优势在污水净化的同时能够增加绿化面积，美化环境可在湿地系统中推广生物质能源植物的作为湿地植物处理能力强且不产生污泥人工湿地处理村镇污水的优势人工湿地处理村镇污水相关研究潮汐流人工湿地相关研究自来水厂污泥除磷性能研究水力负荷对潜流湿地净化效果和氧环境的影响北方地区湿地植物筛选家庭组合人工湿地污水处理系统污水处理厂好氧污泥生物脱水与资源化利用技术图1实验室规模潮汐流人工湿地床示意图潮汐流人工湿地相关研究(a)COD(b)BOD5(c)NH4+-N(d)TP---●---进水，---○---出水图2潮汐流人工湿地床污染物去除效果图潮汐流人工湿地相关研究图3潮汐流人工湿地污染物去除率及去除负荷图潮汐流人工湿地相关研究供氧量（g/(m2·d)）耗氧量（g/(m2·d)）

潮汐吸氧量水体携氧量总供氧量有机物耗氧量氨氮氧化耗氧量反硝化修正耗氧量总需氧量327.3±32.0-0.8±0.4326.5±32.1200.3±87.9115.5±71.041.7±31.2274.1±82.4注：表中数据以平均值±标准偏差表示。表3潮汐流人工湿地供氧耗氧关系表潮汐流人工湿地相关研究图4捆绑式潮汐流人工湿地装置示意图

捆绑式潮汐流人工湿地为7个直径为20cm的潮汐流柱组成。湿地高度180cm。32～64mm砾石4～8mm石英砂潮汐流人工湿地相关研究自来水厂污泥除磷性能研究不同粒径条件下去除率随时间的变化不同初始浓度条件下去除率随时间的变化不同温度条件下去除率随时间的变化脱水明矾污泥是自来水厂副产物，目前大多进行填埋处理。明矾污泥中含有丰富的铝、铁离子，能大大提高其对磷的吸附能力。中国农业大学能源工程与低碳技术研究室主要研究脱水明矾污泥对磷吸附过程中的关键控制因素〔如粒径、温度、浓度等〕，动力学、热力学模型。采用自来水厂污泥，作为人工湿地基质。研究说明，此湿地系统对磷的去除率由40～50%增加到87%，系统出水TP的浓度为0.66mg/L。脱水铝污泥强化除磷区设置在系统出水处，便于更换基质。自来水厂污泥除磷性能研究图5自来水厂污泥人工湿地床污染物去除效果图水力负荷对潜流湿地净化效果和

氧环境的影响图6水力负荷对湿地净化效果和水体DO的影响(n=7)

随着水力负荷由454mm/d下降至91mm/d，湿地对NH4+-N、NO3--N、TN、TP、COD的净化能力分别提高了约35%、8%、20%、25%、20%。北方地区湿地植物筛选考察了香蒲、黄花鸢尾、柳树、芦苇、千屈菜和菖蒲6种我国北方地区常见的植物的净化效果和耐污能力。优选顺序为香蒲>芦苇>水葱>千屈菜。柳树对各种污染指标都有较好的处理效果，TP和TN的去除率分别到达了99.6%和92.1%。家庭组合人工湿地污水处理系统图7系统示意图针对排水管网不完备的城镇、乡村等地区，将家庭组合人工湿地系统应用于农村分散式污水处理中，考察其对于农村家庭生活污水的净化处理效果。家庭组合人工湿地污水处理系统是一种农村污水处理的新型生态系统，建设运营本钱低、工艺简单，适合农村分散式污水的处理。为满足单户家庭的污水处理需求，将传统湿地床的外维护机构改用镁水泥预制模具，可满足工业化批量生产的需求，便于交通运输，简化建设过程，简约建设时间。小规模和综合型采用整表达浇混凝土池体或砖砌池体。家庭组合人工湿地污水处理系统图8开发的模具（a）（b）（c）（d）（e）（f）时间时间时间时间时间时间图10系统进出水污染物浓度及去除率〔a:TP;b:NH3-N;c:TN;d:COD;e:TSS;f:浊度〕各污染指标较好的去除效果为家庭人工湿地组合系统在农村的推广应用奠定根底，为解决农村污水肆意排放问题提供了一种新途径。家庭组合人工湿地污水处理系统技术推广过程中形成的模式：小户型连户型村镇型家庭组合人工湿地污水处理系统小户型小户型生态净化技术主要针对农户分布相对分散的村庄设计，适用于处理单户农户日常生活生产的污水以及厕所废水。生活污水化粪池湿地系统出水收集厕所废水

图11小户型污水生态净化系统工艺图小户型建设地点：北京市延庆县下屯村；山东省德州市陵县王家院村；天津市武清区梅厂镇周庄村等。工程案例：王家院村共有302户居民，总人口数为1056人，无生活污水集中收集管道。中国农业大学工学院能源工程与低碳技术研究室于2021年11月为该村设计了农村小户型家庭组合人工湿地系统，2021年4月竣工，出水均满足国家排放标准。连户型连户型污水生态净化技术可以处理十户农户左右的生活污水，适用于有集中污水排放系统的农村地区。在技术上兼有小户型技术的优点，同时由于规模的扩大，大大降低了污水处理本钱、降低占地面积、操作管理更为方便。建设地点：山东省德州市陵县徽王乡1套天津市武清区梅厂镇周庄村1套

连户型污水生态净化系统工艺图生活污水化粪池家庭湿地出水收集厕所废水沉淀池连户型工程案例：周庄村位于天津市武清区梅厂镇，全村总户数为100户，总人口为330人，人口劳动力数为170人。能源工程与低碳技术研究室为该区设计了连户型组合垂直流人工湿地，并于2021年3月施工修建，2021年4月完工投入使用。至今使用效果较好，出水到达国家排放标准。村镇型村镇型针对迅速开展的农村养殖业，人工湿地结合其它有机物处理系统，如化粪池、沼气发酵等，有效地提高了系统的处理能力，减小了占地面积，实现可靠、高效的污水处理，顺应了我国农村经济开展的需要。

图12村镇型污水生态净化系统工艺图小型沼气工程二级沉淀池出水收集生活污水厕所污水畜禽污水湿地系统如何符合国家标准？村镇型建设地点：山东省德州市陵县徽王乡乡政府1套天津市武清区梅厂镇周庄村1套安徽潜山高速公路1套村镇型工程案例：2021年11月，中国农业大学能源工程与低碳技术研究室考察徽王乡乡政府的根本情况后，根据其具体的气候和地理条件，为其设计了用于处理厕所废水的沼气池+潜流人工湿地组合生态净化系统，其出水可达国家二级排放标准，同时出水收集并作为回用水冲厕。该系统不仅将农村污水进行有效处理，同时出水回用节约水资源。

改建前后厕所状况比照污水处理厂好氧污泥生物脱水与资源化利用技术CW4SD基础建设湿地植物种植稳定运行湿地清泥脱水污泥资源化利用系统重建图13欧洲CW4SD建设运行与重建过程该技术起源于20世纪70年代的欧洲，主要用于处理农村小型污水处理系统产生的污泥，一般效劳人口在5000至100000人。中国农业大学能源与低碳技术实验室在丹麦等欧洲国家成功实践和我国的研究成果的根底上，提出“利用人工湿地进行污泥除水〔CW4SD〕〞的污泥处理和资源化利用的创新技术集成。图14丹麦芦苇床人工湿地污泥处理工程[3]污水处理厂好氧污泥生物脱水与资源化利用技术OperationalcycleLifetimeSludgereductionDrymattercontentMineralization8to12years>30years90-98%25-40%25%[3]HansBrix，SLUDGEDEWATERINGANDMINERALIZATIONINREEDBEDS中国农业大学能源工程与低碳技术研究室拟研究内容如下，如果有意愿，欢送合作：〔1〕CW4SD湿地植物的筛选，解决湿地植物耐污和冬季保温难题；〔2〕CW4SD湿地介质污泥除水机理研究，筛选和优化基质配比；〔3〕CW4SD湿地氧传输机理研究和复氧技术开发，优化湿地结构；〔4〕CW4SD示范工程建设和功能验证