人工濕地處理農(nóng)村生活污水啟動調(diào)試研究

陳 浪 ，龔道新 ，羅 楊

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.望城縣環(huán)境保護(hù)局，湖南 長沙 410200）

我國是個農(nóng)業(yè)大國。全國第一次污染源普查結(jié)果顯示，我國農(nóng)村每年產(chǎn)生的生活污水約80億t以上，農(nóng)村生活污染源成為影響水環(huán)境的重要因素，而且農(nóng)村生活污水的排放量有不斷增加趨勢[1]。農(nóng)村污水的亂排放不僅破壞了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，也造成了地上水污染。隨著農(nóng)村環(huán)境質(zhì)量的惡化以及民眾對生態(tài)環(huán)境的關(guān)注，農(nóng)村生活污水的處理越來越受到重視，其處理技術(shù)也是環(huán)保科研領(lǐng)域的重點(diǎn)與熱點(diǎn)。我國農(nóng)村地區(qū)大多財政收入不富裕，技術(shù)水平相對落后。因此，農(nóng)村生活污水處理工藝選擇原則應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)刈匀弧⒔?jīng)濟(jì)、社會條件，因地制宜地采用投資省、能耗低、維護(hù)管理方便、處理效果好的工藝，遵循經(jīng)濟(jì)、高效、節(jié)能和簡便易行原則[2-8]。

人工濕地污水處理系統(tǒng)是利用自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學(xué)和生物等因素的協(xié)同作用得以實(shí)現(xiàn)污水凈化的[9]。國內(nèi)外所建成的人工濕地中，潛流人工濕地占相當(dāng)大比例。本研究考察了以化糞池+厭氧池+預(yù)處理池+二級潛流人工濕地為工藝流程處理農(nóng)村生活污水的處理能力，并就處理狀況提出建議。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試材料 試驗廢水主要由生活廢水、洗菜廢水、餐飲廢水組成，特點(diǎn)是COD濃度較高，含油量大，污水可生化性較好，處理規(guī)模為30 m3/d。

1.1.2 試驗進(jìn)水水質(zhì) 試驗進(jìn)水水質(zhì)概況如表1所示。

表1 試驗進(jìn)水水質(zhì)概況 （mg/L）

1.2 方法

1.2.1 工藝流程 試驗處理工藝流程如圖1所示。試驗廢水由集中后進(jìn)入三格化糞池，各糞池容積計算依據(jù)糞水貯存時間定，一般為2∶1∶3，具體尺寸為5 m×6 m×1.5 m。預(yù)處理生化池的結(jié)構(gòu)尺寸為：3 m×6 m×1.5 m。第一級表面潛流人工濕地的一個單元的實(shí)際長寬為9 m×3 m，水深為0.45 m，水力停留時間為0.73 d，濕地植物選取荷花、鳳眼蓮、花月季。第二級水平潛流人工濕地的一個單元長寬高為8 m×3 m×0.95 m，水力停留時間為 0.53 d，濕地植物為蘆葦、香蒲、棱魚草、再力花、菖蒲。濕地填料采用陶粒、火山石、蛭石從上至下堆填布置。

圖1 濕地處理工藝流程

1.2.2 試驗方法 預(yù)處理池與二級潛流人工濕地進(jìn)行清水試驗及單體運(yùn)行檢驗后，人工濕地植物栽培完成，以城市污水處理廠脫水污泥為接種物，接種量為4 kg/m3（以干污泥計）向預(yù)處理池加入活性污泥，污泥掛膜后，污水經(jīng)預(yù)處理池進(jìn)入二級人工濕地。控制進(jìn)水30 m3/d左右，連續(xù)運(yùn)行，于化糞池出口即厭氧池進(jìn)口、人工濕地出口取水樣，分別檢測調(diào)試過程期間 COD、BOD5、NH4+-N、TP、SS 等污染指標(biāo)，其中COD、NH4+-N、TP為每天檢測指標(biāo)，BOD5一周檢測一次，SS為每3天檢測一次。直至出水運(yùn)行穩(wěn)定則視為調(diào)試運(yùn)行成功。檢測方法如表2所示[10]。

表2 監(jiān)測指標(biāo)及方法

2 結(jié)果與分析

2.1 對COD的去除效果

圖2表示處理系統(tǒng)對COD的去除效果。當(dāng)進(jìn)水COD處于194.40～368.00 mg/L時（平均值為276.04 mg/L），濕地系統(tǒng)出水COD為35.30～141.10 mg/L（平均值為 73.10 mg/L），COD去除率為45.54%～87.66%（平均去除率為73.30%）。試驗初始時，由于系統(tǒng)的吸附作用，出水COD值較低，隨著濕地系統(tǒng)中植物的生長，第10天后系統(tǒng)對COD的去除率逐步提高，第20天后趨于穩(wěn)定，出水COD基本上穩(wěn)定在50 mg/L，達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB18918－2002》的一級A標(biāo)準(zhǔn)。研究還表明，系統(tǒng)趨于穩(wěn)定后進(jìn)水COD負(fù)荷在200～350 mg/L之間對去除率沒有明顯的影響，說明濕地系統(tǒng)抗COD負(fù)荷能力較強(qiáng)[11]。

圖2 處理系統(tǒng)對COD的去除效果

2.2 對NH4+-N的去除效果

圖3顯示處理系統(tǒng)對NH4+-N的去除效果。當(dāng)進(jìn)水NH4+-N處于34.70～58.90 mg/L時（平均值為45.14 mg/L），濕地系統(tǒng)出水NH4+-N為5.60～30.30 mg/L（平均值為 18.46 mg/L），NH4+-N去除率為40.95%～87.21%（平均去除率為58.87%）。系統(tǒng)剛啟動時，由于吸附作用，出水NH4+-N比較低；系統(tǒng)啟動一段時間后，在植物生長未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)前，隨著進(jìn)水NH4+-N的升高，系統(tǒng)出水NH4+-N會相應(yīng)上升；但在植物生長達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后（第20天后），濕地系統(tǒng)出水NH4+-N基本穩(wěn)定在20 mg/L左右。潛流式人工濕地的脫氮機(jī)理主要通過水生植物吸收、微生物的硝化和反硝化以及氮的揮發(fā)等途徑被去除[12]。系統(tǒng)中植物根圍區(qū)形成有利于微生物實(shí)現(xiàn)硝化作用的好氧微區(qū)，同時在遠(yuǎn)離根系的地方形成厭氧區(qū)[13-15]。人工濕地氧狀態(tài)影響著污染物去除效果。而水力負(fù)荷、水力停留時間以及水深不僅影響著氧狀態(tài)，同時又是影響人工濕地運(yùn)行的三大要素[16]。

圖3 處理系統(tǒng)對NH4+-N的去除效果

2.3 對TP的去除效果

圖4表示處理系統(tǒng)對TP的去除效果。當(dāng)進(jìn)水TP處于2.98～4.98 mg/L時（平均值為4.00 mg/L），濕地系統(tǒng)出水TP為0.12～0.71 mg/L（平均值為0.46 mg/L），TP去除率為77.24%～96.94%（平均去除率為88.47%）。由于系統(tǒng)的吸附作用，初始出水TP值較低，隨著植物的生長良好（第11天后），系統(tǒng)出水TP穩(wěn)定在0.5 mg/L左右，達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB18918－2002》的一級A標(biāo)準(zhǔn)。研究表明，磷的去除差異和氧的差異之間沒有明顯的相關(guān)性，但磷的去除和基質(zhì)、植物的關(guān)系非常密切[17]。因而總磷的去除相對于氨氮的去除受系統(tǒng)氧狀態(tài)的影響較弱。

圖4 處理系統(tǒng)對TP的去除效果

2.4 對BOD5的去除效果

圖5表示處理系統(tǒng)對BOD5的去除效果。由于BOD5測定時間較長，對于該指標(biāo)的監(jiān)測，只能每隔一定時間抽查該指標(biāo)的去除情況，試驗進(jìn)行過程中，總共進(jìn)行了6次檢測。檢測發(fā)現(xiàn)，該污水可生化性較好（進(jìn)水COD/BOD5為0.47），系統(tǒng)對BOD5去除率較高。當(dāng)進(jìn)水BOD5處于140.60～185.70 mg/L時（平均值為156.90 mg/L），濕地系統(tǒng)出水BOD5為15.60～32.60 mg/L（平均值為 22.65 mg/L），BOD5去除率為81.05%～89.31%（平均去除率為85.79%）；系統(tǒng)穩(wěn)定后（第3次檢測后即第15天后），出水BOD5維持在20 mg/L以下，達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB18918－2002》的一級B標(biāo)準(zhǔn)。

圖5 處理系統(tǒng)對BOD5的去除效果

2.5 對SS的去除效果

圖6是處理系統(tǒng)對SS的去除效果。當(dāng)進(jìn)水SS處于189.00～289.00 mg/L時（平均值為243.58 mg/L），濕地系統(tǒng)出水SS為10.00～48.00 mg/L（平均值為18.50 mg/L），SS去除率為80.80%～95.56%（平均去除率為92.36%），表明該系統(tǒng)對SS的去除效果很好；系統(tǒng)穩(wěn)定后（第4次檢測后即第12天后），出水SS基本穩(wěn)定在20 mg/L以下，達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB18918－2002》的一級B標(biāo)準(zhǔn)。

圖6 處理系統(tǒng)對SS的去除效果

3 結(jié) 論

（1）啟動調(diào)試運(yùn)行表明，該濕地系統(tǒng)對有機(jī)物、NH4+-N、TP具有快速的啟動效果，系統(tǒng)運(yùn)行10～20 d即可趨于穩(wěn)定。

（2）系統(tǒng)對 COD、NH4+-N、TP、BOD5和 SS的去除率較高，平均去除率分別為73.30%、58.87%、88.47%、85.79%、92.36%。其中出水COD、TP能達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB18918－2002》的一級A標(biāo)準(zhǔn)，BOD5、SS能達(dá)到一級B標(biāo)準(zhǔn)。

（3）系統(tǒng)對NH4+-N的處理效果相對于有機(jī)物的去除效果較弱，這主要與系統(tǒng)氧狀態(tài)有關(guān)，可通過水力負(fù)荷、水力停留時間以及水深進(jìn)行調(diào)節(jié)。

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