人工湿地处理河南固始农村生活污水设计初探_张家洋

资源与环境科学张家洋，等:人工湿地处理河南固始农村生活污水设计初探固始位于河南省东南端，豫皖两省交界处，北临淮河水，南依大别山，县域面积2946km2，属国家级生态示范区。然而人工湿地正是为了改善人居环境而人为设计建造的、工程化的污水处理系统，兴起于20世纪70～80年代，它是利用湿地床填料、微生物和微型动物及植物的综合作用来进行废水处理，使废水中氮磷污染物、含碳营养物质、细菌等参与到湿地生态系统营养物质和水分的生物地球化学循环，促进整个生态系统的良性循环，从而实现污水的资源化和无害化。人工湿地因其投资省、运行管理简单、处理效果稳定、适用面广、生态效益显著而引起越来越多的关注。1人工湿地的类型按照工程设计和水体流态的差异，人工湿地污水处理系统可以分为表面流、水平潜流和垂直流湿地三种主要类型。其中，表面流湿地不需要砂砾等物质作填料，造价较低，但水力负荷较低。该类型人工湿地在美国、加拿大等国有较多分布；水平潜流湿地的保湿性较好，对BOD、COD等有机物和重金属等去除效果好，受季节影响小，在欧洲、日本应用较多；垂直流湿地综合了前两者的特点，但其建造要求较高，至今尚未得到广泛应用。2人工湿地的作用机理人工湿地是人们根据湿地自然生态系统中各生态单元优化组合来设计的，利用基质一微生物、微型动物—植物复合生态系统的物理、化学和微生物作用实现对污水的净化。物理作用，是把污水引入人工湿地，经过基质层及密集的植物茎叶和根系，使污水中的悬浮固体得到过滤，并沉积在基质中；化学作用，由于植物、土壤一无机胶体复合体等多样性，使湿地中染物通过各种化学反应如化学沉淀、吸附、离子交换、氧化还原等过程得以去除；微生物作用，湿地植物和湿地基质中生活着大量的微生物群落，在植物根区附近至远端依次形成有氧区、兼氧区和厌氧区，不同的微生物活体或菌落对不同类型的污染物通过生物化学作用或吸附过滤而达到去除。3人工湿地设计原则3.1地域性、综合性原则不同区域具有不同的环境背景，地域的差异和特殊性要求在湿地生态系统设计中要因地制宜。要根据不同的水文地貌条件设计湿地生态系统，由于设计的湿地系统是景观或流域的一部分，因而必须将构建的湿地溶入自然的景观当中。针对农村分散式户用生活污水等不同的处理对象，要因地制宜、合理规划，不拘泥于固定的形状、水质种类和处理负荷等。人工湿地设计涉及到生态学、地理学、经济学等多方面的知识，具有高度的综合性。这就要求一方面设计系统应是花费最小的系统，即由植物、动物、微生物、土壤和水流组成的湿地系统应按照自我保持来发展；另一方面，设计系统应利用自然能量，包括脉动水流以及其它的潜在能量作为系统发展的驱动力，这就要求多学科的相互协作和合理配置。3.2协调性、美学性原则协调性原则是指人与环境、生物与环境、生物与生物、社会经济发展与资源环境以及生态系统与生态系统之间的协调，应将人类作为系统的一个组成部分而不是独立于湿地之外。人类试图缩短生态演替或过渡管理系统的策略常常难以如愿。人类只能在设计和构建过程中对湿地发展加以引导，而不是强制管理，以保持设计系统的自然性和持续性。美学原则是指设计的湿地系统一般具有多种功能和价值。在许多湿地构建中，除考虑主要目标外，特别注重对美学的追求，同时兼顾旅游和科研价值，而生态美学原则主要包括最大绿色原则和健康原则，体现在湿地的清洁性、独特性、愉悦性和可观赏性等方面。4人工湿地设计基本参数和方案人工湿地系统的设计涉及水力负荷、有机负荷、湿地床的构形、工艺流程及布置、进出水系统和湿地植物种类等等，由于地区气候条件、植被类型及地理条件各有差异，因而大多根据现场条件（这里选择固始迎河村），经小试或中试取得相关数据后进行设计。4.1总面积(长宽比)表面流湿地的推流状况与湿地的长宽比基本无关。长宽比的大小主要影响着水流的线速度和水头损失的多少，过长的长人工湿地处理河南固始农村生活污水设计初探张家洋，孙汝斌，周勇（新乡学院，河南新乡453000）［摘要］从人工湿地概念入手，阐述了人工湿地的类型、作用机理、设计原则，最后重点讨论了人工湿地处理固始农村生活污水的设计方案，以期望人工湿地在农村生活污水处理方面得到更广泛的关注和应用，为农村生态环境建设做出贡献。［关键词］人工湿地；河南固始；农村；生活污水-9-农村经济与科技2011年第22卷第03期（总第265期）资源与环境科学宽比会形成湿地床中的死区、溢流或缺水，延长了浸润线的长度，给出水的高度调节带来困难，降低了湿地对不同负荷的适应能力，增加了管理难度；而长宽比小于1的表面流湿地则会发生短流现象；因此，对于不同结构类型的人工湿地选择合适的长宽比对湿地能否正常运行至关重要。根据固始迎河村当地的自然环境，在道路两侧天然沟渠内改建，总长2400m，宽300m。从植物管理和田间维护的角度考虑，长宽比较大为有利。再