高 鵬，王君勤，張玲玉

(四川省水利科學(xué)研究院，成都，610072)

厭氧發(fā)酵
——人工濕地系統(tǒng)在四川農(nóng)村生活污水處理中的應(yīng)用研究

高 鵬，王君勤，張玲玉

(四川省水利科學(xué)研究院，成都，610072)

研究了厭氧發(fā)酵——人工濕地系統(tǒng)在四川省農(nóng)村生活污水處理中的應(yīng)用。結(jié)果表明，該系統(tǒng)適用于四川農(nóng)村生活污水處理，且效果較好，達(dá)到了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18919-2002)一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)COD、TN、TP、NH4+-N的平均去除率分別達(dá)到了92.9%、71.8%、76.5%、77.8%，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。

厭氧發(fā)酵 人工濕地 農(nóng)村生活污水 去除率

自我國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入快速發(fā)展階段后，農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活水平在不斷提高的同時(shí)，農(nóng)村水環(huán)境卻呈惡化趨勢(shì)，水污染日益嚴(yán)重。四川作為農(nóng)村大省，農(nóng)村人口眾多且分散，很多村落尚無完善的污水排放管網(wǎng)及處理系統(tǒng)，污水粗放排放，對(duì)周邊自然水體造成嚴(yán)重污染。農(nóng)村污水處理作為新農(nóng)村建設(shè)的重要組成部分，近年來受到廣泛的關(guān)注。

傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)因其基建投資大、運(yùn)行費(fèi)用高，難以在我省農(nóng)村地區(qū)大面積推廣。農(nóng)村生活污水的處理應(yīng)采用一些實(shí)用、合理、低能耗和低運(yùn)行費(fèi)用的技術(shù)為主。人工濕地處理技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展為農(nóng)村生活污水處理提供了新的出路，目前人工濕地技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家及發(fā)展中國(guó)家的生活污水處理中得到了廣泛的應(yīng)用〔1〕。本文主要介紹人工濕地系統(tǒng)在我省某地農(nóng)村生活污水處理中的應(yīng)用情況。

1 人工濕地簡(jiǎn)述

人工濕地是一定長(zhǎng)寬比、一定坡度的地塊中，由土壤和基質(zhì)組成填料床，使污水在床體的填料縫隙中或在床體表面流動(dòng)，床體表面種植具有凈化污水的水生植物，形成一個(gè)獨(dú)特的動(dòng)植物生態(tài)系統(tǒng)〔2〕。人工濕地相對(duì)于傳統(tǒng)污水處理，具有建造和運(yùn)行成本低、易于維護(hù)、技術(shù)含量低、可靠性好等明顯優(yōu)勢(shì)，在人口密度較低的農(nóng)村地區(qū)，建設(shè)人工濕地比傳統(tǒng)污水處理廠更加經(jīng)濟(jì)。按照污水在濕地床中的水流方式的不同，人工濕地主要分為三種形式：表面流人工濕地，水平潛流人工濕地以及垂直流人工濕地〔3〕。

針對(duì)四川農(nóng)村生活污水排放量小、分散、間歇性大、處理率低等特點(diǎn)，本項(xiàng)目結(jié)合四川省土壤、植物特點(diǎn)及農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展生活習(xí)慣等，結(jié)合詳細(xì)調(diào)研，提出了厭氧發(fā)酵——人工濕地綜合處理農(nóng)村生活污水技術(shù)，旨在保護(hù)農(nóng)村水環(huán)境、改善農(nóng)村生活環(huán)境、建立環(huán)境優(yōu)美和諧農(nóng)村提供技術(shù)支撐。

2 試驗(yàn)及處理工藝

2.1 材料及處理工藝

試驗(yàn)采用厭氧發(fā)酵——垂直潛流人工濕地處理四川某地農(nóng)村生活污水，工藝流程見圖1?；窘M成單元有污水收集系統(tǒng)、固液分離系統(tǒng)、調(diào)節(jié)池、厭氧消化系統(tǒng)、人工濕地系統(tǒng)和出水系統(tǒng)，各單元呂聯(lián)起來建設(shè)。

圖1 厭氧發(fā)酵——人工濕地生活污水處理工藝流程

2.2 厭氧消化池設(shè)計(jì)

參考農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所《生活污水凈化沼氣池標(biāo)準(zhǔn)圖案》(征求意見稿)，并結(jié)合工程實(shí)際，最終選擇箱型3格折流厭氧發(fā)生器，每格長(zhǎng)1.52m、寬1.5m、深2.5m，中間設(shè)置擋板以改變污水流向。每格頂部設(shè)密封，并設(shè)入孔。

厭氧池填料在綜合考慮質(zhì)輕、高強(qiáng)、價(jià)格低廉、惰性物質(zhì)、對(duì)生物生長(zhǎng)抑制作用等因素基礎(chǔ)上，選擇了四川普遍價(jià)廉的竹編材料。

2.3 濕地結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

垂直潛流人工濕地設(shè)計(jì)的長(zhǎng)×寬×高分別為4.5m×2m×0.6m，根據(jù)對(duì)當(dāng)?shù)刂苓叚h(huán)境的調(diào)查及資料研究，決定表層種植四川常見的水生觀賞植物美人蕉、傘草、梭魚草和菖蒲等。內(nèi)部填充不同粒徑的多孔介質(zhì)，自下而上依次填充20mm～50mm卵石、10mm～20mm碎石和砂質(zhì)土壤，每層30cm。

2.4 污水排放量及特性

2.4.1 排放量的確定

生活污水的排放量隨著居住環(huán)境、生活水平、生活習(xí)慣以及水資源情況的不同，其差異較大?？紤]到四川省經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、農(nóng)村生活水平及地區(qū)間差異，農(nóng)村生活污水排放量可按下式計(jì)算。

Q=kq1V1/1000

式中：Q——生活區(qū)污水排放量(t/d)；

q1——每人每天生活污水量定額(L/人·d)；

V1——生活區(qū)人數(shù)(人)；

k——污水排放系數(shù)，0.85～0.95。

2.3.2 供試污水的特性

供試污水取自四川某地農(nóng)村化糞池出水，污水進(jìn)水為雨污分流，由于人口及季節(jié)變化等因素造成污水濃度變化。本次測(cè)定的水質(zhì)指標(biāo)包括COD、NH4+-N、TN、TP和pH，其水質(zhì)狀況如表1所示。

表1 供試污水水質(zhì)狀況(mg/L)

2.5 觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置

設(shè)有取水口A、排污口B、厭氧池進(jìn)水口C、人工濕地進(jìn)水口D、人工濕地出水口E5個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，在A、B、E三點(diǎn)安裝計(jì)量設(shè)施，計(jì)量生活用水量、污水排放量及污水處理量。取樣時(shí)間及頻率為每月兩次，穩(wěn)定后每月一次。

2.6 監(jiān)測(cè)方法

水質(zhì)檢測(cè)檢驗(yàn)采用英國(guó)PALINTES公司生產(chǎn)的7500型光度計(jì)及其配套試劑、配件。COD采用重鉻酸鹽法，NH4+-N采用納氏試劑比色法，TN采用堿性過硫酸鉀分光光度法，TP采用鉬酸分光光度法，pH采用玻璃電極法。

3 結(jié)果與分析

3.1 對(duì)COD的去除效果

試驗(yàn)污水進(jìn)出水監(jiān)測(cè)顯示，試驗(yàn)污水的COD濃度范圍為110mg/L～360mg/L，厭氧池出水濃度范圍為36mg/L～112mg/L，最終出水濃度<12mg/L，厭氧發(fā)酵——人工濕地系統(tǒng)對(duì)試驗(yàn)污水COD的平均去除率達(dá)到92.9%。通過處理系統(tǒng)微生物的降解作用及濕地植物的吸收作用，整個(gè)處理系統(tǒng)對(duì)COD的去除率總體呈增加趨勢(shì)，但隨著季節(jié)變化，植物的生長(zhǎng)情況和微生物活性變化，去除率有所不同。

3.2 對(duì)TM的去除效果

監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，TN的進(jìn)水濃度在23mg/L～42mg/L，系統(tǒng)的平均去除率為71.8%，人工濕地部分對(duì)TN的去除率起主要作用。厭氧池階段，TN的去除主要是靠填料中微生物的作用，微生物受數(shù)量和生長(zhǎng)狀況的限制，對(duì)TN的去除率較低，污水進(jìn)入濕地部分后，通過基質(zhì)的吸附、微生物和植物的吸收等作用去除，其中植物在濕地脫氮過程中起重要作用〔4〕。有研究表明，植物吸收和存儲(chǔ)是濕地脫氮的主要原因，占30%左右，而微生物的硝化反硝化作用是人工濕地脫氮的最主要形式〔5〕。

3.3 對(duì)TP的去除效果

監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，TP的進(jìn)水濃度范圍為1.8mg/L～6.1mg/L，厭氧池出水濃度為1.5mg/L～4.7mg/L，人工濕地出水濃度<1mg/L，平均去除率達(dá)到76.5%。系統(tǒng)運(yùn)行初期，TP的去除率較低，隨著植物生長(zhǎng)和系統(tǒng)穩(wěn)定后，對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力增強(qiáng)，污水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的去除效率明顯增加，但到了秋冬季，植物生長(zhǎng)緩慢甚至枯萎凋零，微生物降解速率減弱，致使去除效果變差。

3.4 對(duì)NH4+-N的去除效果

連續(xù)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，系統(tǒng)進(jìn)水NH4+-N的濃度一般在22mg/L～55mg/L，厭氧池出水濃度在15mg/L～50mg/L，人工濕地出水濃度<7mg/L，平均去除率為77.8mg/L。在系統(tǒng)運(yùn)行未穩(wěn)定之時(shí)，由于厭氧池填料中微生物作用不徹底，導(dǎo)致對(duì)NH4+-N的處理效果不佳，當(dāng)厭氧條件穩(wěn)定后，污水進(jìn)入人工濕地部分，通過濕地中植物、基質(zhì)的吸附和微生物的硝化作用，NH4+-N的含量減少，并保持較穩(wěn)定的狀態(tài)〔5〕。

4 結(jié)語

將沼氣厭氧發(fā)酵原理與人工濕地污水處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合，通過厭氧段填料、濕地填料的合理調(diào)整及濕地植物的優(yōu)選，濾清出水，達(dá)到相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。該系統(tǒng)從正式運(yùn)行至今，運(yùn)行狀況良好，出水水質(zhì)較穩(wěn)定，系統(tǒng)維護(hù)管理方便，基建運(yùn)行費(fèi)用較低。實(shí)踐證明，厭氧發(fā)酵——人工濕地系統(tǒng)處理農(nóng)村生活污水效果較好，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，如結(jié)合景觀設(shè)計(jì)效果更佳，適合四川省農(nóng)村地區(qū)生活污水處理的應(yīng)用和推廣。

〔1〕湯顯強(qiáng)，黃歲樑.人工濕地去污機(jī)理及其國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀[J].水處理技術(shù)，2007，33(2)：9～13.

〔2〕趙艷鋒，朱 琨，李偉玲.人工濕地凈化處理廢水的機(jī)理探討與效果研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2007，32(4)：87～91.

〔3〕程天行，陳季華，鄭向勇等.人工濕地去污機(jī)理的研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2008(21)：290～292.

〔4〕楊文婷，王德建，紀(jì)榮平等.厭氧池——潛流人工濕地處理低濃度農(nóng)村生活污水的研究[J].土壤，2010，42(3)：485～491.

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