西北地區(qū)人工濕地組合工藝處理農(nóng)村生活污水技術(shù)研究

薛彥茵 張國珍 徐明飛 焦相偉 馬凱

摘要：針對西北地區(qū)農(nóng)村生活污水的水質(zhì)水量特點及經(jīng)濟(jì)運行維護(hù)等的限制，綜述因地制宜地選擇和推廣合理的人工濕地及其組合工藝來適應(yīng)我國西北地區(qū)農(nóng)村生活污水處理的研究和應(yīng)用方法。主要闡述了兩大類技術(shù)研究：三種人工濕地的復(fù)合組合應(yīng)用和預(yù)處理十人工濕地的組合應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：西北地區(qū);人工濕地;組合工藝;農(nóng)村生活污水;污水處理技術(shù)

中圖分類號：X703

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）6-0016-03

1引言

農(nóng)村生活污水中主要是生活廢料和人的排泄物，因其含有大量的營養(yǎng)鹽及細(xì)菌、病毒，容易造成地表水及地下水的污染。農(nóng)村生活污水的排放量逐漸增加，若污水不經(jīng)任何處理就直接排放，勢必對農(nóng)村水源和環(huán)境造成嚴(yán)重污染，因此，改善農(nóng)村生活污水未經(jīng)處理直接排放的現(xiàn)狀已迫在眉睫。針對農(nóng)村經(jīng)濟(jì)薄弱和農(nóng)民實際承受能力低的情況，選擇一種具有投資少、簡便易行、運行穩(wěn)定和維護(hù)管理方便的污水處理技術(shù)是目前農(nóng)村污水處理面臨的重要課題。人工濕地目前已發(fā)展成為一種較完備和獨立的污水處理技術(shù)，并在世界范圍內(nèi)被廣泛應(yīng)用，適合在我國廣大農(nóng)村地區(qū)尤其是西北地區(qū)良好的推廣和應(yīng)用。

2人工濕地的分類及凈化機(jī)理

2.1人工濕地的分類

按水面位置及流向不同，人工濕地可分為表面流人工濕地、水平潛流人工濕地和垂直潛流人工濕地3種。

2.1.1表面流人工濕地

表面流人工濕地其水面位于濕地基質(zhì)以上，污水以表面的推流形式流過濕地，污染物通過植物的攔截、土壤的吸附過濾等達(dá)到去除污染物的目的，出水經(jīng)溢流口流出。表面流人工濕地運行費用低、操作簡單，但水力負(fù)荷低，氧傳輸能力有限，COD、BOD去除效率不高。另外，表面流人工濕地蚊蟲多，臭味大，影響周圍的環(huán)境衛(wèi)生，而且保溫效果差，去除效果不穩(wěn)定。

2.1.2水平潛流人工濕地

水平潛流人工濕地，污水從一端進(jìn)入濕地后.在基質(zhì)表面以下以水平方向流過濕地，從另一端流出 ，水平潛流人工濕地因其在基質(zhì)表面以下流動，所以保溫效果好，重金屬、BOD和COD去除率高。污水中的不溶有機(jī)物通過濕地的沉積、過濾作用，可以很快地被截留而被微生物利用;污水中的可溶性有機(jī)物則可通過植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代謝過程而被分解去除。

2.1.3垂直潛流人工濕地

垂直潛流人工濕地與水平潛流人工濕地一樣，污水在濕地基質(zhì)以下流動，不同的是垂直向上或垂直向下流過填料，因填料床體為不飽和狀態(tài)，氧氣通過植物傳輸和大氣擴(kuò)散進(jìn)入濕地內(nèi)部，所以垂直流人工濕地復(fù)氧能力強(qiáng)，總氮和總磷的去除率優(yōu)于水平潛流人工濕地，但投資費用較高，系統(tǒng)復(fù)雜。

2.2人工濕地的凈化機(jī)理

人工濕地是通過植物、基質(zhì)和微生物等的物理、化學(xué)、生物三重協(xié)同作用得到處理。植物直接吸收無水腫的氮、磷等作為營養(yǎng)元素，可將鉛、鎘、砷、鉻等重金屬累積于植物的體內(nèi)，還可以為濕地輸送氧氣，為好氧微生物生長提供條件;人工濕地的主要基質(zhì)是爍石或者土壤，基質(zhì)通過吸附去除水中的SS、COD等，HFALY等學(xué)者認(rèn)為磷的去除主要也是通過基質(zhì)的吸附，通過植物的直接吸收去除的很少;微生物作用是利用附著在基質(zhì)上和植物上的微生物的代謝作用將有機(jī)物分解成無機(jī)物，污水中70%的氮通過生物硝化一反硝化作用去除，強(qiáng)化其凈化能力。

3人工濕地組合工藝應(yīng)用

3.1復(fù)合人工濕地的應(yīng)用

單一型的人工濕地已經(jīng)不能滿足處理要求，而且在實際應(yīng)用中，單一型的人工濕地存在進(jìn)水要求較高，溫度對處理效果影響較大以及運行壽命短等問題。現(xiàn)在對人工濕地的研究由單一類型轉(zhuǎn)向復(fù)合型。結(jié)合3種人工濕地系統(tǒng)的優(yōu)缺點，優(yōu)勢互補(bǔ)，建立復(fù)合人工濕地系統(tǒng)。

萬玉文等采用多級串聯(lián)表面流人工濕地凈化生活污水，研究分析了單級子系統(tǒng)的水質(zhì)凈化效果及污染物的沿程的變化規(guī)律。其結(jié)果表明：濕地系統(tǒng)對氮磷的去除效率總體呈現(xiàn)出隨時間推移逐漸下降的趨勢，同時濕地的表面積越大，氮磷的去除率越高。研究還發(fā)現(xiàn)，該濕地系統(tǒng)對高濃度進(jìn)水具有快速、穩(wěn)定的去除效果，而對低濃度進(jìn)水的營養(yǎng)鹽去除則表現(xiàn)得較為平緩和持久。

Zemanova等采用垂直流十水平潛流人工濕地組合工藝，污水首先通過垂直流人工濕地，充分利用垂直流人工濕地對氨氮去除效果好的優(yōu)點，將氨氮在垂直流人工濕地中進(jìn)行充分的硝化，然后進(jìn)入水平潛流人工濕地進(jìn)行反硝化，氮的去除率提高至82.6%。明顯優(yōu)于單一類型的人工濕地工藝。

3.2預(yù)處理十人工濕地組合系統(tǒng)的應(yīng)用

與處理一人工濕地組合是前段進(jìn)行生物預(yù)處理主要去除有機(jī)物和一部分營養(yǎng)物質(zhì)，后續(xù)人工濕地處理則是進(jìn)一步脫氮除磷。目前主要的組合工藝有“水解酸化—人工濕地”、“厭氧懸浮填料床—人工濕地”、“厭氧接觸氧化池—垂直流人工濕地”、“水培番茄床—折流板式人工濕地”“厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）—復(fù)合人工濕地組合系統(tǒng)”等。

李艷波等采用水解酸化—人工濕地組合工藝處理農(nóng)村污水，生活污水通過格柵、沉淀池，截留大顆粒及塊狀漂浮物并去除大部分懸浮物，同時大大降低有機(jī)污染物濃度。再進(jìn)行水解酸化，以提高廢水的可生化性。為了防止人工濕地的堵塞.廢水經(jīng)水解酸化再次沉淀后進(jìn)人人工濕地處理，運行結(jié)果表明：該工藝切實可行運行成本低，取得了較好的處理效果。該系統(tǒng)出水水質(zhì)穩(wěn)定可達(dá)《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》，出水直接回灌農(nóng)田或山林，不設(shè)排放口，可以很好地保護(hù)水源。

何成達(dá)等采用厭氧懸浮填料床和人工濕地組合工藝處理村鎮(zhèn)生活污水，污水首先進(jìn)入?yún)捬鯌腋√盍洗玻钗鬯械膽腋B(tài)物質(zhì)被厭氧反應(yīng)器內(nèi)懸浮填料截留，顆粒有機(jī)物轉(zhuǎn)化為溶解性有機(jī)物，有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮.然后進(jìn)入人工濕地處理單元，有利于氮的去除，大大減輕人工濕地處理的負(fù)荷，有效克服人工濕地淤堵的弊端，充分發(fā)揮人工濕地系統(tǒng)降解污染物的能力，氨氮和總磷的去除率分別可以達(dá)到60%和90%以上。

陳和平等利用厭氧接觸氧化池十垂直流人工濕地處理農(nóng)村生活污水，充分結(jié)合了厭氧接觸氧化池與垂直流人工濕地各自的優(yōu)點，通過厭氧接觸氧化池預(yù)處理，極大地降低了人工濕地進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷及SS濃度，避免人工濕地的堵塞問題，延長濕地使用壽命，并使出水COD、TN、TP去除率分別達(dá)92.2%、75.6%、93.3%。

李潔等采用水培番茄的濾床一折流板式潛流人工濕地深度凈化農(nóng)村生活污水，生活污水中的氮、磷及微量元素作為是植物生長的良好的營養(yǎng)液。運行結(jié)果表明：番茄對生活污水尾水有良好的適應(yīng)性，番茄對農(nóng)村生活污水有較強(qiáng)的適應(yīng)力和較好的凈化效果，可與潛流人工濕地組合有效深度處理農(nóng)村生活污水尾水，同時變廢為寶.具有一定的經(jīng)濟(jì)和實用價值。

朱凱等采用厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）—復(fù)合人工濕地組合系統(tǒng)處理農(nóng)村生活污水，污水經(jīng)ABR處理后，去除部分有機(jī)物、懸浮物等大大降低了進(jìn)入人工濕地的負(fù)荷，減少人工濕地的堵塞現(xiàn)象。再進(jìn)入人工濕地，進(jìn)一步脫氮除磷，提高濕地凈化效率。結(jié)果表明，對污染物去除途徑分析發(fā)現(xiàn)，廢水中COD的去除主要發(fā)行垂直流人工濕地被去除，而水平潛流和上行垂直流人工濕地對TP的去除貢獻(xiàn)率最高。ABR與復(fù)合人工濕地相互結(jié)合，優(yōu)勢互補(bǔ)，對農(nóng)村生活污水具有理想的處理效果。

4結(jié)語

充分利用當(dāng)前國家對新農(nóng)村建設(shè)的良好政策環(huán)境，改變西北地區(qū)農(nóng)村生活污水無序排放現(xiàn)狀，實現(xiàn)農(nóng)村水環(huán)境的改善。根據(jù)西北地區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)水平弱、區(qū)域特點、環(huán)境目標(biāo)及對西北地區(qū)農(nóng)村生活污水處理要求的分析等因素，設(shè)計人工濕地或人工濕地與其他處理系統(tǒng)相組合的工藝，為西北地區(qū)農(nóng)村生活污水處理提供了一定的參考意義。