貴州西部山區無動力人工濕地污水處理技術

蔡景行，陸海*，高翔，，申德健，方忠領，蔡曉梅

（1.貴陽市農村能源環保辦公室，貴陽 550081；2.烏當區土肥站，貴陽 550004；3.貴州信恒源環境生態技術發展有限公司，貴陽 550001；4.貴州省警察學院，貴陽 550001）

關健詞:山區；人工濕地；污水處理；改進工藝

近年來，全國各地在農村環境整治中，為處理農村生活污水，修建了大批污水處理設施，貴州西部山區建設了許多無動力人工濕地。這些工程設施隨著時間的推移，逐漸暴露原有工藝的不足，需對“厭氧+好氧接觸+人工濕地”西部山區無動力人工濕地工藝進行改進研究，采取更有效的污水處理技術。

一、無動力人工濕地現狀

以貴州省貴陽市烏當區新場鄉王壩村2013 年建設的農村生活污水處理工程為例。通過污水管網集中收集農戶生活污水，無動力自流方式分級進入厭氧池及生物床構成的水平潛流人工濕地。這種“厭氧+人工濕地”處理技術對COD（化學需氧量）的去除率可達60%～80%[1]，SS（固體懸浮物）、TP（總磷含量）、NH4-N（氨態氮）去除率可達70%～80%[2]。

改進前該村污水管網收集系統基本完整，采用水平流人工濕地，但因長期缺乏維護，部分導水管破損，基質填料粘附大量絮狀物，縫隙幾被污泥充滿，原有水生植物（香蒲、水蔥）基本被本地野草（狗牙根、李氏禾、水芹等）侵占。檢測水質，NH4-N 去除率為43%，TP 去除率為26%，COD 去除率為70%，SS 去除率為18%，污水凈化能力已銳減，糞大腸桿菌群達2.2×103MPN/L，個別出水指標已不能滿足環境排放標準。

二、無動力人工濕地污水處理技術改進

通過工程進出水質現狀檢測，判斷系統在運行7 年后的效能；挖取生物床內填料分析微生物含量水平；通過生物床、基質填料清洗，去除多年來積累的污泥；增設潛流管，實現水平潛流式人工濕地向復合垂直流人工濕地的改造；增加太陽能微孔曝氣機構，更新水生植物，完成工藝改進。

1、工藝調整

通過增設上層布水管，在上、下2 層布水管增加毛細排水孔，將原有的水平流工藝調整為復合垂直流工藝，生活污水均勻流入濕地中，向下沉降，經上一級池底部自流入下一級池底部，并向上經過該級池內的填料，被集水管均勻收集，最后通過出水管流入集水池。這種結合了水平流和垂直流2 種水流方式的復合垂直流，較其他單一的水平流和垂直流系統凈化效果好，且對TN[3]、TP[4]的去除效果更佳，能確保流入濕地的污水基質和植物根系充分接觸，有利于提高濕地的凈化效果。

圖1 改進工藝示意圖

2、厭氧發酵池替代

厭氧發酵反應中，高分子有機物的厭氧降解過程可以被分為4 個階段：水解階段、發酵(或酸化)階段、產乙酸階段和產甲烷階段。其中，水解酸化的主要作用是將廢水中的大分子物質和難以生物降解的物質，轉化為易于生物降解的小分子物質，為后續的好氧生物處理創造條件[5]。采用水解酸化池替代厭氧發酵池，是利用厭氧發酵的第1 個和第2 個階段[6]，是“兼氧”階段，既有厭氧作用，又有好氧反應。

水解酸化處理工藝作為生物預處理工序或厭氧-好氧聯合生化處理工藝中的前處理工序，已經日益成熟并引起廣泛應用[7]。在改進工藝中采用水解酸化池部分替代厭氧發酵池，可使污水處于兼氧狀態，解決厭氧發酵時間長的問題。

3、基質清洗和植物補種

工程多年運行，內部產生大量活性污泥，這些微生物既能形成生物膜，協同基質起到物理過濾作用，又可將污水中的懸浮物截留在基質表層及孔隙內部，但也造成了系統的堵塞，水流不暢。野草侵入后明顯降低了生物吸收作用，氮磷去除效果大大減弱。對基質填料清洗和侵入植物清理，可以降低懸浮物含量，并充分發揮水生植物吸附污染物質的功能。

4、增設太陽能曝氣裝置

生物床中的基質被清洗后重新回填，并重新種植水生植物后，出水化學需氧量和5 日生化需氧量仍然較高。因為生物床內接觸氧量不足，不能滿足工程需要量要求。因此，采用太陽能納米微孔曝氣增氧裝置，可以增強接觸氧化能力。

三、無動力人工濕地污水處理技術改進效果

1、NH4-N 去除效果

改造過程中，隨著生物床基質填料逐級清掏和去除雜草，人工濕地內水質逐漸渾濁，系統出水中氨氮NH4-N 含量呈逐級增加。隨著基質回填、補種水生植物并增設太陽能曝氣泵，NH4-N 含量趨于穩定，出水中NH4-N 去除率達到89%。

2、TP 去除效果

與NH4-N 去除效果基本一致，自基質回填后，TP 含量去除效果明顯，去除率為77%。增設太陽能曝氣泵后，TP 去除率略有下降，增設太陽能曝氣泵對污水中氮磷去除作用不顯著[8]。

3、COD 去除效果

COD 隨改造進程呈駝峰式變化，以四級清理后空池為最低，完成基質回填后，COD 升高后再穩步降低，去除率為92%，故增加太陽能曝氣泵后對COD 的去除效果有明顯提升作用[9]。

4、SS 去除效果

改造前較高的懸浮物含量，在完成清洗后迅速降低，去除率達93%。

四、結語

西部山區具有較好的地形地勢，在設計農村生活污水處理工程時，可以優先選擇無動力人工濕地。在環境排放要求較高的地區，則可考慮使用太陽能曝氣設備，優化提升污水處理效能，NH4-N、TP 去除率分別可達89%、77%。增設太陽能曝氣泵后，可進一步提升COD 去除效果，去除率可提升到92%；COD、NH4-N、TP 出水濃度可達18、1.19、0.22 mL/L，主要水質指標達到《城鎮污水處理廠污染物排放標》（GB19818-2002）一級A 標準。在西部山區、丘陵地區，采用“微動力曝氣+復合垂直流人工濕地”工藝，可以在無動力人工濕地優點的基礎上，以較低的運行費用進一步提升污水處理能力，是一種值得推廣的污水處理技術。