李劍敏，朱 杰，卞金良

(江陰市環(huán)境監(jiān)測站，江蘇 無錫 214431)

·控制技術(shù)·

EV生化、生態(tài)組合凈化技術(shù)處理農(nóng)村生活污水的應(yīng)用

李劍敏，朱 杰，卞金良

(江陰市環(huán)境監(jiān)測站，江蘇 無錫 214431)

采用EV生化、生態(tài)組合凈化技術(shù)處理農(nóng)村生活污水，對(duì)工藝的運(yùn)行效果、污染物的去除途徑及溫度對(duì)污染物去除率的影響進(jìn)行了研究分析。一年的觀測結(jié)果表明，該工藝結(jié)合了生物技術(shù)和生態(tài)工程的優(yōu)點(diǎn)，能有效去除生活污水中的有機(jī)物、氮、磷和糞大腸菌群，且處理效果穩(wěn)定。溫度對(duì)有機(jī)物、總磷的去除效率影響較小，對(duì)總氮、氨氮去除效率影響較大，在冬季低溫條件下，總氮、氨氮去除率有所下降。

生化、生態(tài)組合技術(shù);農(nóng)村生活污水處理;溫度;去除效果

張家港河是無錫和蘇州之間的重要跨界河流，也是穿越“引江濟(jì)太”清水通道——望虞河的主要支河。長期以來，工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活污染直接影響了無錫和蘇州之間生態(tài)補(bǔ)償斷面的水質(zhì)。

據(jù)2007年第一次全國污染源普查資料和近兩年江陰市環(huán)保局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，張家港河(江陰段)COD、氨氮、總氮、總磷的入河量中，生活源所占比例分別達(dá)到40%，48%，35%和39%［1］。針對(duì)農(nóng)村生活污水面廣量大、收集困難的特點(diǎn)，2009年，江陰建成了18個(gè)分散式農(nóng)村生活污水處理工程，筆者研究的EV生化、生態(tài)組合凈化技術(shù)便是其中一處典型工程。2009年10月起，江陰市環(huán)境監(jiān)測站對(duì)該項(xiàng)工程開展了為期一年的監(jiān)測研究，以期為今后江陰乃至太湖流域農(nóng)村生活污水的治理提供直接的理論依據(jù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

1.1 工程背景

華士鎮(zhèn)位于江陰市東部張家港河沿岸，是江蘇省重點(diǎn)中心鎮(zhèn)之一，綜合實(shí)力位居全國百強(qiáng)鄉(xiāng)鎮(zhèn)前列，并涌現(xiàn)出了華西村等一批先進(jìn)典型。陸橋社區(qū)是該鎮(zhèn)一處較大的農(nóng)村集中居住點(diǎn)，約有850戶農(nóng)戶，社區(qū)生活污水直接排入張家港河，對(duì)水體造成了污染。2008年，市、鎮(zhèn)兩級(jí)政府著手建設(shè)陸橋社區(qū)生活污水處理工程，改雨污合流排水系統(tǒng)為截流式合流系統(tǒng)，截流全部生活污水和部分初期雨水進(jìn)行處理。工程采用EV生化、生態(tài)組合技術(shù)，總投資500萬元(污水管網(wǎng)350萬元)，占地6 000 m2，2009年3月投入運(yùn)行，日處理水量200 t。

1.2 工藝流程及特點(diǎn)

社區(qū)生活污水由管網(wǎng)匯集，經(jīng)格柵濾除較大的固體雜物后進(jìn)入集水池，通過潛污泵提升至EV生化、生態(tài)組合凈化系統(tǒng)進(jìn)行處理。工藝流程為“污水管網(wǎng)→格柵→集水池→EV生化、生態(tài)復(fù)合池→組合凈化池→排放”，工程總體布局見圖1。

圖1 工程總體布局

EV生化、生態(tài)復(fù)合池是中心水深3.5 m的深水塘，水面上建有環(huán)形生態(tài)浮島，采用環(huán)保填料作載體，鑲嵌種植菖蒲、水芹、茭草、茨菰、水生鳶尾、梭魚草和千屈菜等挺水植物。浮島下設(shè)置潛水推流生化處理機(jī)，可根據(jù)污水水質(zhì)、水量調(diào)整開啟的臺(tái)數(shù)。當(dāng)生化處理機(jī)開動(dòng)時(shí)，可向水中充氧，使污水與環(huán)保填料充分接觸，利用異養(yǎng)型微生物高效處理污水中的污染物。EV生化、生態(tài)復(fù)合池中淺灘濕地部分均種植蘆葦、菖蒲、水生鳶尾、水芹和梭魚草等挺水植物。對(duì)淺水區(qū)及浮島植物進(jìn)行精心選配，可實(shí)現(xiàn)自然生態(tài)系統(tǒng)的多物種自我演替，從景觀上做到三季有花，四季有綠。

EV生化、生態(tài)復(fù)合池出水通過管道自流進(jìn)入組合凈化池和組合凈化溝。組合凈化池、組合凈化溝是利用現(xiàn)有的廢棄溝、塘、洼地加以改造的人工濕地，可以長期保持深度除磷和去除懸浮物的效果。濕地水深0.4～1.5 m，鑲嵌種植挺水植物和沉水植物，適當(dāng)種植一些菱、蓮藕等浮水植物，可常年保持水體的凈化功能。

1.3 進(jìn)水水質(zhì)變化特點(diǎn)

研究表明，農(nóng)村生活污水主要來自洗滌、沐浴和部分衛(wèi)生潔具排水，其特點(diǎn)是有機(jī)物和氮、磷等營養(yǎng)物含量較高，日變化系數(shù)大(3.5～5.0)，一般不含有毒物質(zhì)，污水中還含有合成洗滌劑以及細(xì)菌、病毒、寄生蟲卵等［2，3］。本工程建有集水池，對(duì)水質(zhì)起到了調(diào)節(jié)勻質(zhì)作用，進(jìn)入生化、生態(tài)處理系統(tǒng)的水質(zhì)短期內(nèi)較為穩(wěn)定。年內(nèi)，各項(xiàng)污染物指標(biāo)體現(xiàn)出不同的變化趨勢。陰離子表面活性劑(LAS)、懸浮物(SS)未見明顯的季節(jié)變化，其余污染物指標(biāo)有較為顯著的季節(jié)變化，4—9月污染物濃度較低，10—3月污染物濃度較高。水中氮的主要存在形態(tài)為氨氮，占總氮的比例平均為81.18%，總汞、六價(jià)鉻、總鉛等污染物未檢出。進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1 進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)

2 工程運(yùn)行效果分析

一年的觀測結(jié)果顯示，EV生化、生態(tài)組合凈化技術(shù)處理農(nóng)村生化污水有較為顯著的效果。COD、BOD5、總氮、總磷、氨氮、LAS、SS、石油類、動(dòng)植物油、糞大腸菌群的年均去除率都達(dá)到60%以上。出水水質(zhì)指標(biāo)按《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)評(píng)價(jià):pH、總氮、石油類、動(dòng)植物油、LAS達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn);BOD5、總磷達(dá)到一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn);氨氮質(zhì)量濃度范圍0.084～11.4 mg/L，8 mg/L以上的數(shù)據(jù)出現(xiàn)在冬季(水溫≤12℃)，也達(dá)到一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn);COD質(zhì)量濃度最大值為61 mg/L，出現(xiàn)在2010年2月，全年僅有1次超標(biāo)，其余均達(dá)到一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn);SS和糞大腸菌群達(dá)到一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分別占81%和85.7%。出水水質(zhì)指標(biāo)見表2。

表2 出水水質(zhì)指標(biāo)

2.1 污染物去除效果分析

EV生化、生態(tài)組合凈化技術(shù)是生化技術(shù)和由水生植物、動(dòng)物、微生物等構(gòu)建的生態(tài)凈化系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合的高效水污染治理系統(tǒng)，對(duì)農(nóng)村生活污水中大部分特征污染因子有較高的去除率。COD、BOD5、總磷、總氮、氨氮、SS、LAS、石油類、動(dòng)植物油的年均去除率分別達(dá)到 76.98%，91.59%，87.18%，79.89%，86.48%，68.42%，93.39%，78.95%，84.85%，糞大腸菌群去除率大于99%。污染物去除率統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。

表3 污染物去除率統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖2為污染物進(jìn)出水濃度和去除率的月變化規(guī)律。由圖可見，進(jìn)水濃度全年波動(dòng)較大，出水濃度比較穩(wěn)定，說明EV生化、生態(tài)組合工藝有較好的耐污染負(fù)荷沖擊能力，出水濃度受進(jìn)水濃度影響較小。出水水質(zhì)中總氮、氨氮在冬季出現(xiàn)顯著的高峰，COD、BOD5、石油類、動(dòng)植物油、總磷、SS、LAS、糞大腸菌群等指標(biāo)在全年的分布較為均勻，沒有明顯的季節(jié)變化。由于人工濕地中植物碎屑未及時(shí)打撈干凈，SS在2010年1月出現(xiàn)了出水濃度高于進(jìn)水濃度的現(xiàn)象。全年中，LAS和糞大腸菌群的去除效果最為穩(wěn)定，LAS去除率在 87.14% ～97.67%之間，糞大腸菌群的去除率均大于99%，SS去除率波動(dòng)最大，甚至有負(fù)值出現(xiàn)。

2.2 污染物去除途徑分析

在EV生化、生態(tài)復(fù)合池中，生態(tài)浮島以彈性填料作為載體，浮島上種植的植物根系具有較大的比表面積且深入水中，不僅對(duì)污染物具有攔截吸附作用，還為微生物生長提供了良好的棲息地，能更好地降解水中有機(jī)污染物［4］。因此，COD、BOD5、LAS、SS、石油類、動(dòng)植物油等污染物在復(fù)合池已大部分被去除，去除率分別為 61.9%，83.95%，88.51%，47.37%，68.42%，69.70%。氮的去除主要依靠微生物的硝化、反硝化作用，磷的去除主要依靠生物遷移和污泥的沉積，總氮、氨氮、總磷的去除率分別為32.97%，43.22%，42.58%。

組合凈化池、組合凈化溝由3個(gè)串聯(lián)的人工濕地構(gòu)成，通過EV生化、生態(tài)復(fù)合池預(yù)處理的污水流經(jīng)2個(gè)表面流濕地后，再進(jìn)入垂直流濕地進(jìn)一步深化處理。由表4可見，人工濕地有較好的脫氮、除磷效果，總氮、氨氮、總磷的去除率分別為46.92%，43.26%，44.59%。普遍認(rèn)為，人工濕地的脫氮途徑有以下幾種:植物和其他生物的吸收作用、微生物的硝化和反硝化作用、介質(zhì)的吸附沉淀作用、氨氣的揮發(fā)作用。其中微生物的硝化和反硝化作用是濕地脫氮的主要途徑［5，6］。進(jìn)入人工濕地中的磷主要有可溶性磷、顆粒態(tài)磷和有機(jī)態(tài)磷，人工濕地通過基質(zhì)、水生植物以及微生物的共同作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水中磷的有效去除。基質(zhì)對(duì)磷的吸附沉淀作用是人工濕地除磷的主要途徑［6，7］。

表4 各工藝段污染物去除率統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖2 污染物進(jìn)出水濃度和去除率月變化規(guī)律

2.3 溫度對(duì)污染物去除效果的影響分析

EV生化、生態(tài)組合凈化系統(tǒng)中，有機(jī)物主要依靠系統(tǒng)內(nèi)部微生物吸附降解、植物吸收及填料物理化學(xué)作用去除，SS通過過濾、沉淀及吸附等作用去除［8，9］，總磷通過生化污泥的硝化沉積和基質(zhì)的吸附沉淀作用去除，溫度對(duì)上述污染物的去除效果影響較小。氮的去除以微生物的硝化和反硝化作用為主，由于硝化反應(yīng)的適宜溫度為20～35℃，反硝化反應(yīng)的適宜溫度為20～40℃，因此，在冬季低溫條件下，總氮和氨氮的去除率有所下降(圖3)。

圖3 總氮、氨氮去除率與水溫的相關(guān)性

3 結(jié)論

(1)EV生化、生態(tài)組合凈化技術(shù)對(duì)農(nóng)村生活污水有良好的處理效果，COD、BOD5、總磷、總氮、氨氮、SS、LAS、石油類、動(dòng)植物油的年均去除率分別達(dá)到 76.98%，91.59%，87.18%，79.89%，86.48%，68.42%，93.39%，78.95%，84.85%，糞大腸菌群去除率大于99%。

(2)LAS和糞大腸菌群的去除效果最為穩(wěn)定，LAS去除率在87.14% ～97.67%之間，糞大腸菌群的去除率均大于99%。SS去除率波動(dòng)最大，因濕地中枯死的植物不能及時(shí)收割打撈等原因，甚至出現(xiàn)出水濃度高于進(jìn)水濃度的現(xiàn)象。

(3)EV生化、生態(tài)復(fù)合池兼具生物接觸氧化和生態(tài)浮島濾床的性能，能有效去除污水中大部分有機(jī)物和部分氮、磷，減輕了濕地的污染負(fù)荷，同時(shí)也解決了濕地易堵塞的問題。由表面流濕地和垂直流濕地組成的復(fù)合型人工濕地，通過微生物降解、植物吸收和基質(zhì)的吸附沉淀作用，進(jìn)一步去除氮、磷和有機(jī)物，使水質(zhì)得到凈化。

(4)溫度對(duì)有機(jī)物、總磷的去除效率影響較小。總氮、氨氮去除效率受溫度影響較大，在冬季低溫條件下，去除率有所下降。

(5)雖然該工藝對(duì)農(nóng)村生活污水有較好的處理效果，但出水水質(zhì)指標(biāo)中COD、SS、糞大腸菌群不能穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，且工程占地面積較大，這是其推廣應(yīng)用中的最大限制因素。

(6)農(nóng)村生活污水處理工程普遍存在重建設(shè)輕管理的現(xiàn)象。工程運(yùn)行一年中，由于操作不當(dāng)，造成了部分時(shí)段處理效果不佳，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長，濕地的維護(hù)管理問題將日益顯現(xiàn)。因此，應(yīng)該制定詳細(xì)的技術(shù)手冊(cè)來指導(dǎo)工程的規(guī)范運(yùn)行。

［1］ 王飛兒.江陰市張家港河河道綜合整治規(guī)劃［D］.杭州:浙江大學(xué)，2010.

［2］ 劉晉.生物生態(tài)組合技術(shù)處理農(nóng)村生活污水研究［D］.南京:東南大學(xué)，2006.

［3］ 張?jiān)鰟伲瑮钜?，徐功娣，?農(nóng)村生活污水分散處理技術(shù)研究進(jìn)展［J］.污染防治技術(shù)，2008，21(6):65-67.

［4］ 張文藝，姚立榮，王立巖，等.植物浮島濕地處理太湖流域農(nóng)村生活污水效果［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26(8):279-284.

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［9］ 余志敏，袁曉燕，崔理華，等.復(fù)合人工濕地對(duì)城市受污染河水的凈化效果［J］.環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2010，4(4):741-745.

An Application of the Treatment of Rural Domestic Sewage by Combined EV-biochemical and Ecological Technology

LI Jian-min，ZHU Jie，BIAN Jin-liang
(Jiangyin Environmental Monitoring Station，Wuxi，Jiangsu 214431，China)

Operational efficiencies，removal mechanism and the effect of temperature on removal efficiency for pollutants were studied by combined EV-biochemical and ecological technology for treating rural domestic wastewater.The results of one-year monitoring showed that the process，combined the advantages of biotechnology and ecological engineering，could remove organic matters，nitrogen，phosphorus and fecal coli-group efficiently and stably.Temperature had a significant effect on removal efficiencies of total nitrogen and ammonia nitrogen，whereas influenced organic matters and total phosphorus nonsignificantly.Therefore，the removal efficiencies of total nitrogen and ammonia nitrogen declined under the low temperature in winter.

combined biochemical and ecological technology;treatment of rural domestic sewage;temperature;removal effect

X52

A

1674-6732(2011)-05-0046-05

10.3969/j.issn.1674-6732.2011.05.013

2010-12-21;

2011-01-13

李劍敏(1970—)，女，高級(jí)工程師，本科，從事環(huán)境監(jiān)測管理工作。

(本欄目編輯 周立平)