無性系柳床人工濕地技術在農村生活污水處理中的應用

李金中，李學菊

（天津市水利科學研究院，天津 300061）

1 引言

農村生活污水污染類型以有機耗氧污染和氮磷污染為主，N、P 含量高，可生化降解性好，但排放分散，處理上要求低能耗、低運行費、維護簡單。目前我國農村生活污水處理剛剛起步，傳統污水處理工藝因建設費用高、運行費用高、能耗高、對氮磷去除效果差，很難適應農村生活污水處理的需要[1-6]。

國內外學者已開始嘗試利用人工濕地處理農村生活污水，極大地降低了農村生活污水處理的能耗和運行成本。但迄今為止，人工濕地植物配置上以多年生草本植物為主，存在植物生長期相對較短、抗逆性差、容易退化、維護管理成本高、經濟利用價值低等不足[7-9]。

為此，筆者將無性系灌木柳引入人工潛流濕地，構建出一種新型的無性系柳床人工濕地技術，并將無性系柳床人工濕地與三格式化糞池、固定化微生物濾池有機結合，提出一種用于農村生活污水處理的微動力生物生態處理技術，在天津市靜海縣建立示范工程，綜合利用物理作用、微生物作用及濕地生態作用實現對污染物的低耗高效去除，具有水處理效果好、建設投資低、能耗小、運行費用低、管理維護方便等優勢，而且進一步降低了濕地系統的管理強度和運行成本，大幅度提升了潛流濕地地表植物的經濟效益和生態價值。

2 示范工程及其工藝流程

示范工程位于靜海縣良王莊鄉十里堡村，距靜海縣城5 km，距天津市區20 km。該村現有村民400多戶，共1 300人，排放廢水主要為村民生活污水，排放量為80 m3/d。示范工程采用三格式化糞池+固定化微生物濾池+人工濕地組合的微動力生物生態集成工藝，工藝流程如圖1所示。

圖1 微動力生物生態集成技術工藝流程

三格式化糞池基本原理是利用物理沉降作用對生活污水進行固液分離，同時起到水量調節和水質均化的作用。它由3 個相互連通的密封化糞池組成，糞便經三格式化糞池儲存、沉淀發酵，能較好地起到殺滅蟲卵及細菌的作用，糞渣及漂浮物被攔截在池內，清液進入下一級處理單元。

固定化微生物濾池是裝有填料的好氧生物反應器，池內填充多孔的生物填料，微生物附著在載體的表面形成微生物膜，廢水在與生物膜接觸過程中，污染物均被微生物吸附、氧化分解得以去除。固定化微生物技術替代傳統的污泥回流技術，最大限度地降低了污水處理的能耗，池底安裝微孔增氧裝置為微生物活動提供了充足的氧源。

人工濕地采用波式流潛流濕地技術，波式流潛流濕地由人工基質、水生植物和微生物組成，是一種獨特的“基質—植物—微生物”生態系統。該系統中，污水以波浪式流經填料表層和底層時，反復經過好氧、厭氧以及硝化和反硝化的過程，從而實現對有機污染物和氮磷的高效去除[10-19]。

到目前為止，人工潛流濕地植物選擇一般以多年生草本植物為主，雖然具有較好的景觀效果和水質凈化能力，但草本植物生長期相對較短，易受病蟲害干擾，春季對水位要求較高，抗逆性差、維護不當容易退化，而且植物收割后經濟利用價值低，難以回收利用，增加了濕地維護管理的成本。為此，本研究對傳統人工潛流濕地技術進行了改進，將無性系灌木柳成功引入人工濕地，替代傳統濕地表面的多年生草本植物[20-26]。

無性系灌木柳適應性強、生物量大、輪伐期短，是培育生物能源林的理想樹種，具有較高的經濟價值和生態價值，發達國家早在30多年前就進行了灌木柳生物能源林的培育和應用研究。近年來，我國陜西、北京、江蘇等許多地方已開展了無性系灌木柳品種的選育和引進工作，多個品種因根系發達、耐水淹、耐平茬、萌能力強，已被成功應用于湖濱帶生態修復、水系周邊的植物固岸護坡等生態工程，但該植物在人工潛流濕地基質中的應用目前尚屬首次。

無性系柳的栽植方式主要采用幼苗移植和扦插移植兩種，最佳移植（或扦插）時間為4月上旬至5月底，此時正值無性系柳萌芽，移植（或扦插）成活率最高。幼苗移植時，濕地表面的水深控制一般以5 cm以下為宜，水深過大容易造成植株飄浮，影響種植效果。扦插移植時，水位應略低于填料表面，但應高于插穗底端。濕地內無性系柳種植/移植的行距控制為0.8～1.2 m，株距控制在0.5～0.8 m，種植密度為1～3株/m2[27-29]。

3 水質凈化效果及運行管理

2013年5—12月，對示范工程進出水水質進行了4次監測，監測點位分別在進水口和出水口各設1個，共2 個監測點。監測項目包括pH、CODCr、氨氮、總氮和總磷。化學需氧量測定采用催化消解-分光光度法，儀器為CODCr快速測定儀（HE-9906，德國）；總氮和總磷測定采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法和過硫酸鉀消解-鉬銻抗分光光度法，氨氮測定采用納氏試劑比色法，儀器為紫外分光光度計（UV-7504c，上海）；溶解氧測定采用電化學探頭法，儀器為溶解氧測定儀（YSI52），結果見表1。

表1 處理系統進出水水質

由表1 可以看出，無性系柳床人工濕地出水CODCr濃度低于50 mg/L、氨氮低于5 mg/L、總氮低于15 mg/L、總磷低于0.5 mg/L，水質可穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A 標準。示范結果表明，該技術對CODCr、氨氮、總氮、總磷的去除率分別可達到88.0%～92.2%、90.4%～91.9%、90.5%～92.2%、92.8%～98.6%，截污減排效果顯著。

示范工程機電設備僅為2臺潛水泵（1用1備）、1臺鼓風機和1臺電磁流量計，潛水泵采用水位自耦開關控制，鼓風機采用時間自耦開關控制，操作管理非常簡單，對現場管理人員的要求極低，一般村民就可負責看管。

無性系灌木柳生長速度極快，一年株高生長量可達到2.5～3.0 m，而且具有極高的萌蘗能力和耐平茬能力，收割后可迅速萌蘗，一般不需要進行過多的日常維護，收割后的植物枝條可作為活性炭加工制作的原材料，也可以作為原漿紙生產的原材料，具有較高的經濟價值。無系性灌木柳的根樁粗在1.3～5.5 cm時，條高生長加快，萌蘗數增加。隨著苗齡增加，根樁加粗，產條量不斷提高。此時，可對其進行平茬收割。平茬一般在秋、冬季節進行，平茬高度應掌握在8～15 cm。盡量控制根樁高度，使其不要抬高過快，一般連續平茬7～8年，應削茬1次，但不宜低于地表。

4 結論

通過以上分析，得出以下主要結論：

（1）將三格式化糞池、固定化微生物濾池、微孔增氧技術、無性系柳床人工濕地集成的鏈式生物生態凈化系統，對生活污水中CODCr、氨氮、總氮、總磷的去除率分別達到88.0%～92.2%、90.4%～91.9%、90.5%～92.2%、92.8%～98.6%，出水水質可穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標準的要求，截污減排效果顯著。

（2）無性系灌木柳引入人工潛流濕地構建出的無性系柳床人工濕地技術，不僅降低了人工濕地的維護強度和運行成本，而且可以有效提升了潛流濕地地表植物的經濟效益和生態價值。

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