人工濕地處理農村生活污水啟動調試研究

陳 浪 ，龔道新 ，羅 楊

（1.湖南農業大學資源環境學院，湖南 長沙 410128；2.望城縣環境保護局，湖南 長沙 410200）

我國是個農業大國。全國第一次污染源普查結果顯示，我國農村每年產生的生活污水約80億t以上，農村生活污染源成為影響水環境的重要因素，而且農村生活污水的排放量有不斷增加趨勢[1]。農村污水的亂排放不僅破壞了當地的生態環境，也造成了地上水污染。隨著農村環境質量的惡化以及民眾對生態環境的關注，農村生活污水的處理越來越受到重視，其處理技術也是環保科研領域的重點與熱點。我國農村地區大多財政收入不富裕，技術水平相對落后。因此，農村生活污水處理工藝選擇原則應充分考慮當地自然、經濟、社會條件，因地制宜地采用投資省、能耗低、維護管理方便、處理效果好的工藝，遵循經濟、高效、節能和簡便易行原則[2-8]。

人工濕地污水處理系統是利用自然生態系統中的物理、化學和生物等因素的協同作用得以實現污水凈化的[9]。國內外所建成的人工濕地中，潛流人工濕地占相當大比例。本研究考察了以化糞池+厭氧池+預處理池+二級潛流人工濕地為工藝流程處理農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，特點是COD濃度較高，含油量大，污水可生化性較好，處理規模為30 m3/d。

1.1.2 試驗進水水質 試驗進水水質概況如表1所示。

表1 試驗進水水質概況 （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入三格化糞池，各糞池容積計算依據糞水貯存時間定，一般為2∶1∶3，具體尺寸為5 m×6 m×1.5 m。預處理生化池的結構尺寸為：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 預處理池與二級潛流人工濕地進行清水試驗及單體運行檢驗后，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）向預處理池加入活性污泥，污泥掛膜后，污水經預處理池進入二級人工濕地。控制進水30 m3/d左右，連續運行，于化糞池出口即厭氧池進口、人工濕地出口取水樣，分別檢測調試過程期間 COD、BOD5、NH4+-N、TP、SS 等污染指標，其中COD、NH4+-N、TP為每天檢測指標，BOD5一周檢測一次，SS為每3天檢測一次。直至出水運行穩定則視為調試運行成功。檢測方法如表2所示[10]。

表2 監測指標及方法

2 結果與分析

2.1 對COD的去除效果

圖2表示處理系統對COD的去除效果。當進水COD處于194.40～368.00 mg/L時（平均值為276.04 mg/L），濕地系統出水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，由于系統的吸附作用，出水COD值較低，隨著濕地系統中植物的生長，第10天后系統對COD的去除率逐步提高，第20天后趨于穩定，出水COD基本上穩定在50 mg/L，達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準GB18918－2002》的一級A標準。研究還表明，系統趨于穩定后進水COD負荷在200～350 mg/L之間對去除率沒有明顯的影響，說明濕地系統抗COD負荷能力較強[11]。

圖2 處理系統對COD的去除效果

2.2 對NH4+-N的去除效果

圖3顯示處理系統對NH4+-N的去除效果。當進水NH4+-N處于34.70～58.90 mg/L時（平均值為45.14 mg/L），濕地系統出水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%）。系統剛啟動時，由于吸附作用，出水NH4+-N比較低；系統啟動一段時間后，在植物生長未達到穩定狀態前，隨著進水NH4+-N的升高，系統出水NH4+-N會相應上升；但在植物生長達到穩定狀態后（第20天后），濕地系統出水NH4+-N基本穩定在20 mg/L左右。潛流式人工濕地的脫氮機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等途徑被去除[12]。系統中植物根圍區形成有利于微生物實現硝化作用的好氧微區，同時在遠離根系的地方形成厭氧區[13-15]。人工濕地氧狀態影響著污染物去除效果。而水力負荷、水力停留時間以及水深不僅影響著氧狀態，同時又是影響人工濕地運行的三大要素[16]。

圖3 處理系統對NH4+-N的去除效果

2.3 對TP的去除效果

圖4表示處理系統對TP的去除效果。當進水TP處于2.98～4.98 mg/L時（平均值為4.00 mg/L），濕地系統出水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），系統出水TP穩定在0.5 mg/L左右，達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準GB18918－2002》的一級A標準。研究表明，磷的去除差異和氧的差異之間沒有明顯的相關性，但磷的去除和基質、植物的關系非常密切[17]。因而總磷的去除相對于氨氮的去除受系統氧狀態的影響較弱。

圖4 處理系統對TP的去除效果

2.4 對BOD5的去除效果

圖5表示處理系統對BOD5的去除效果。由于BOD5測定時間較長，對于該指標的監測，只能每隔一定時間抽查該指標的去除情況，試驗進行過程中，總共進行了6次檢測。檢測發現，該污水可生化性較好（進水COD/BOD5為0.47），系統對BOD5去除率較高。當進水BOD5處于140.60～185.70 mg/L時（平均值為156.90 mg/L），濕地系統出水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%）；系統穩定后（第3次檢測后即第15天后），出水BOD5維持在20 mg/L以下，達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準GB18918－2002》的一級B標準。

圖5 處理系統對BOD5的去除效果

2.5 對SS的去除效果

圖6是處理系統對SS的去除效果。當進水SS處于189.00～289.00 mg/L時（平均值為243.58 mg/L），濕地系統出水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%），表明該系統對SS的去除效果很好；系統穩定后（第4次檢測后即第12天后），出水SS基本穩定在20 mg/L以下，達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準GB18918－2002》的一級B標準。

圖6 處理系統對SS的去除效果

3 結 論

（1）啟動調試運行表明，該濕地系統對有機物、NH4+-N、TP具有快速的啟動效果，系統運行10～20 d即可趨于穩定。

（2）系統對 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能達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準GB18918－2002》的一級A標準，BOD5、SS能達到一級B標準。

（3）系統對NH4+-N的處理效果相對于有機物的去除效果較弱，這主要與系統氧狀態有關，可通過水力負荷、水力停留時間以及水深進行調節。

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