沈琴琴，宋　穎，鐘永梅，曹　杰，王云龍，羅安程*（.安吉縣環(huán)保局，浙江安吉 00；.浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院污染環(huán)境修復(fù)與生態(tài)健康教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江杭州 0058；.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境資源與土壤肥料研究所，浙江杭州 00）

厭氧-潛流型人工濕地處理農(nóng)村生活污水工程實(shí)例效果分析

沈琴琴1，宋穎2，鐘永梅1，曹杰1，王云龍3，羅安程2*
（1.安吉縣環(huán)保局，浙江安吉 313300；2.浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院污染環(huán)境修復(fù)與生態(tài)健康教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江杭州 310058；3.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境資源與土壤肥料研究所，浙江杭州 310021）

本文選取了浙江省安吉縣6個(gè)不同處理規(guī)模的厭氧-潛流型人工濕地工程為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)出水水質(zhì)進(jìn)行全年監(jiān)測(cè)，探討運(yùn)行多年后人工濕地對(duì)農(nóng)村生活水處理的效果。結(jié)果表明，不同區(qū)域農(nóng)村生活污水由于其污水來源不同，水質(zhì)有較大差異。6個(gè)供試人工濕地經(jīng)多年運(yùn)行后，對(duì)生活污水仍具有良好的處理效果。對(duì)CODCr的去除率可達(dá)63.91%～88.98%，出水CODCr平均濃度低于60 mg·L-1；對(duì)總磷（TP）的去除率為60.93%～95.91%；對(duì)氨氮和總氮（TN）的去除率分別為34.44%～74.03%和31.08%～71.39%。秋、冬季人工濕地對(duì)氮的去除效率有輕微下降，但TP與CODCr未受明顯影響。進(jìn)水面積負(fù)荷對(duì)出水污染濃度影響較大，尤其是對(duì)氨氮和總氮，面積負(fù)荷越大，出水氨氮和總氮濃度越高；水力負(fù)荷與出水污染物濃度關(guān)聯(lián)不大，建議在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮污染物面積負(fù)荷。

人工濕地；農(nóng)村生活污水；運(yùn)行效果

文獻(xiàn)著錄格式：沈琴琴，宋穎，鐘永梅，等.厭氧-潛流型人工濕地處理農(nóng)村生活污水工程實(shí)例效果分析［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，57（7）：1100-1104，1111.

農(nóng)村生活污水是農(nóng)村水污染的重要來源之一。近年來，隨著我國新農(nóng)村建設(shè)工作的深入開展，農(nóng)村生活污水處理越來越受到政府重視?？蒲腥藛T針對(duì)我國農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后、管理維護(hù)不足等現(xiàn)狀，相繼開發(fā)出不少適用于我國農(nóng)村生活污水處理的新工藝。其中，人工濕地污水處理工藝是目前廣泛應(yīng)用的一種污水處理技術(shù)，它具有投資少、設(shè)計(jì)施工方便、處理效果好、運(yùn)行費(fèi)用低、維護(hù)操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，已成為我國農(nóng)村生活污水處理領(lǐng)域較為成熟的一種工藝［1-2］。高菊紅等［3］采用人工濕地組合工藝處理太湖三山島生活污水，結(jié)果顯示，對(duì)總磷（TP）有良好的去除效果。劉婧等［4］將生物接觸氧化與人工濕地工藝相結(jié)合，用于處理農(nóng)村生活污水，4個(gè)月的連續(xù)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，出水水質(zhì)達(dá)到了GB 18918—2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的1級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，人工濕地對(duì)主要污染物的平均去除率均在50%以上。但這些報(bào)道大多只對(duì)新建工程的運(yùn)行狀況進(jìn)行研究，對(duì)于運(yùn)行多年后人工濕地的實(shí)際運(yùn)行效果并未見深入報(bào)道，難以評(píng)測(cè)人工濕地長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性及穩(wěn)定性。

安吉縣是我國第一個(gè)生態(tài)縣，最早于2001年開始農(nóng)村生活污水處理工作，陸續(xù)建設(shè)了一大批污水處理工程點(diǎn)，全縣覆蓋率達(dá)80%以上，早期建設(shè)的污水處理工程主要以厭氧-人工濕地為主。以該縣長(zhǎng)期運(yùn)行的6個(gè)工程點(diǎn)為例，進(jìn)行為期一年的污水水質(zhì)監(jiān)測(cè)，分析不同規(guī)模、水質(zhì)條件下人工濕地工程的運(yùn)行效果，以期為農(nóng)村生活污水的處理工藝選擇、工程設(shè)計(jì)提供技術(shù)參考。

1　材料與方法

1.1供試人工濕地概況

供試人工濕地為位于安吉縣杭垓鎮(zhèn)和皈山鄉(xiāng)的6個(gè)成熟運(yùn)行的人工濕地，均為厭氧處理-人工濕地，鋼混結(jié)構(gòu)，其中，厭氧池內(nèi)設(shè)竹填料，厭氧段水力停留時(shí)間為3 d，污水來源均為生活污水。6個(gè)濕地的基本情況如下。

1號(hào)點(diǎn)（皈山）：位于皈山鄉(xiāng)皈山村，屬集中式污水處理工程。人工濕地長(zhǎng)10 m，寬8 m，深1 m。濕地植物為燈芯草和中華萱草。污水來源為居民洗衣、做飯及廁所產(chǎn)生的廢水，包括附近的一家餐飲店和一座公共廁所的污水，日處理污水量為10 t，水力負(fù)荷0.125 m3·m-2·d-1。

2號(hào)點(diǎn)（桐杭）：位于杭垓鎮(zhèn)桐杭村，屬多戶式污水處理工程（12戶）。人工濕地長(zhǎng)5 m，寬6 m，深1 m。濕地植物為美人蕉和麥冬。污水來源為村民洗漱和廚房污水，人糞尿用于菜地，不進(jìn)入污水處理系統(tǒng)，日處理污水量為3.6 t，水力負(fù)荷0.120 m3·m-2·d-1。

3號(hào)點(diǎn)（唐舍A）：位于杭垓鎮(zhèn)唐舍村，屬多戶式污水處理工程（4戶）。人工濕地長(zhǎng)3 m，寬1.2 m，深1 m。濕地植物為麥冬。污水來源為洗漱與廁所污水，但部分糞尿用于菜地，日處理污水量為1.2 t，水力負(fù)荷0.333 m3·m-2·d-1。

4號(hào)點(diǎn)（洛四房）：位于皈山鄉(xiāng)洛四房村，屬單戶式人工濕地工程，長(zhǎng)3 m，寬1 m，深1 m。濕地植物為美人蕉和麥冬。住戶為2位老人，污水來源為廚房和洗衣污水，污水不進(jìn)入污水處理系統(tǒng)，日處理污水量0.2 t，水力負(fù)荷0.066 7 m3·m-2·d-1。

5號(hào)點(diǎn)（唐舍B）：位于杭垓鎮(zhèn)唐舍村，屬單戶型人工濕地工程，長(zhǎng)3 m，寬1 m，深1 m。濕地植物為麥冬。污水包括廚房和洗衣產(chǎn)生的廢水以及廁所廢水，日處理污水量0.2 t，水力負(fù)荷0.066 7 m3·m-2·d-1。

6號(hào)點(diǎn)（唐舍C）：位于杭垓鎮(zhèn)唐舍村，屬單戶型人工濕地工程，長(zhǎng)2 m，寬2 m，深1 m。濕地植物為美人蕉和麥冬。污水主要來自廚房、洗衣及部分廁所廢水，日處理污水量0.4 t，水力負(fù)荷0.100 m3·m-2·d-1。

1.2分析項(xiàng)目與測(cè)試方法

1.2.1采樣

對(duì)人工濕地進(jìn)、出水水質(zhì)進(jìn)行全年監(jiān)測(cè)，每月在相同的時(shí)間點(diǎn)采樣監(jiān)測(cè)1次。年終收獲全株濕地植物，將其分為地上和地下兩部分。對(duì)于小型濕地，收獲全部植物，對(duì)于較大的濕地，選取2 m2樣方，采集樣方內(nèi)全部植物。收獲的植物測(cè)定干質(zhì)量以及植物總氮、總磷含量，計(jì)算整個(gè)人工濕地內(nèi)植物的生物量和氮、磷積累量。

1.2.2分析測(cè)試

水質(zhì)指標(biāo)包括CODCr、總氮（TN）、氨氮、TP，測(cè)定方法參照國家環(huán)?？偩滞扑]方法［5］。

植物樣品經(jīng)H2SO4-H2O2消煮后，用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定氮含量，鉬銻抗比色法測(cè)定磷含量［6］。

1.2.3氮磷在濕地中的去除途徑計(jì)算

總投配量Q：

式中，x代表氮或磷，Cxm（mg·L-1）為每個(gè)月進(jìn)水中各污染物濃度，Nm（L）為每月進(jìn)水量。

植物吸收量Qa：

式中，Ma（kg）為植物干質(zhì)量，Pxa（mg· kg-1）為植物中各污染物含量。

出水排出量Qe：

式中，Cxi（mg·L-1）為每個(gè)月出水中各污染物濃度，Ni（L）為每月排水水量。

但是，蘇珊娜并沒有死，她過著隱居般的生活，在愛的面前，死喪失了駭人的力量。我認(rèn)為這樣戲劇化的處理可以讓悲劇更深入人心。

氮硝化反硝化量QN：

磷基質(zhì)吸持量Qp：

2　結(jié)果與分析

2.1進(jìn)水污染物負(fù)荷

從表1可見，6個(gè)人工濕地進(jìn)水污染物的平均濃度有很大差異，這種差異也造成了污染物面積負(fù)荷的差異（表2）。污水中污染物濃度不同反映了生活污水來源的差異。皈山點(diǎn)的進(jìn)水污染物濃度最高，這是由于其收集的污水不僅包括當(dāng)?shù)鼐用裆町a(chǎn)生的污水，還有餐飲、公廁等污水，這部分進(jìn)水污染物濃度高，對(duì)水質(zhì)影響很大。當(dāng)污水不含廁所糞水時(shí)，污染物濃度顯著降低（桐杭、洛四房）。由于農(nóng)村生活污水在收集管網(wǎng)建成前基本上處于隨意分散排放狀態(tài)，很難采到具有代表性的污水水樣。在設(shè)計(jì)污水進(jìn)水水質(zhì)參數(shù)時(shí)，通常是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估計(jì)設(shè)置。由表1可知，糞水接入與否或是否部分接入，以及有無餐飲類廢水等對(duì)進(jìn)水水質(zhì)影響很大，因此，在今后的設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮到上述因素。

2.2人工濕地處理效果

2.2.1對(duì)CODCr的去除效果

2.2.2對(duì)氨氮的去除效果

6個(gè)人工濕地對(duì)氨氮均具有一定的去除效果（圖2），去除率可達(dá)34.44%～74.03%，對(duì)于氨氮濃度較低的污水，其處理效果略差。與CODCr不同，6個(gè)人工濕地對(duì)氨氮的去除效果受季節(jié)影響較大，表現(xiàn)為11月以后氨氮出水濃度增加，去除效率降低。研究表明，人工濕地對(duì)氨氮的去除主要通過微生物的硝化作用［7］，水生植物可以將其獲得氧氣的90%傳輸?shù)礁H區(qū)域，從而使根際區(qū)域形成有利于微生物硝化作用的有氧環(huán)境［8-10］。因此，植物生長(zhǎng)狀況直接影響到人工濕地對(duì)氨氮的去除效果。在秋冬季，植物開始衰老，輸氧能力下降，這可能會(huì)抑制微生物的硝化作用強(qiáng)度；同時(shí)，秋冬季節(jié)較低的溫度也是影響微生物硝化作用強(qiáng)度的重要因素之一。盧少勇等［11］研究表明，在純培養(yǎng)液環(huán)境中的最佳硝化溫度為25～35℃，在土壤環(huán)境中最佳硝化溫度為30～40℃。亦有研究表明，當(dāng)水溫為10℃時(shí)，硝化作用即受到抑制；當(dāng)溫度為6℃時(shí)，硝化速率為0［12］。

表1　人工濕地進(jìn)水污染物平均濃度mg·L-1

表2　人工濕地污染物面積負(fù)荷kg·d-1·hm-2

圖1　人工濕地進(jìn)、出水CODCr濃度的年變化

圖2　人工濕地進(jìn)、出水NH+4-N濃度的年變化

2.2.3對(duì)TN的去除效果

6個(gè)人工濕地對(duì)TN的去除率為31.08%～71.39%，低于氨氮。6個(gè)人工濕地的進(jìn)水TN與氨氮濃度較為接近（圖3），說明污水中氮的主要成分為氨氮。因此，人工濕地對(duì)總氮的去除效果與氨氮有一定的相似性，均受氣溫影響較大，表現(xiàn)為秋冬季去除效率有所下降，而其他月份對(duì)TN的去除率變化不大。

圖3　人工濕地進(jìn)、出水TN濃度的年變化

圖4　人工濕地進(jìn)、出水TP濃度的年變化

圖5　人工濕地污染物面積負(fù)荷與出水污染物濃度的相關(guān)性

2.2.4對(duì)TP的去除效果

人工濕地對(duì)磷的去除是植物吸收、微生物去除以及基質(zhì)的物理化學(xué)作用共同協(xié)作的結(jié)果，其中，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，通過收割植物移走的磷僅為很少的一部分［9，13］。6個(gè)人工濕地對(duì)TP的去除率為60.93%～95.91%，出水TP濃度0.13～2.38 mg·L-1。分析6個(gè)人工濕地對(duì)TP的去除效果的全年變化規(guī)律（圖4），出水TP濃度波動(dòng)范圍較小，出水水質(zhì)比較穩(wěn)定。究其原因，可能是因?yàn)榛|(zhì)對(duì)TP的吸附沉淀作用是人工濕地除磷的主要途徑，而且這種作用比較穩(wěn)定。

2.3污染負(fù)荷與氮磷去除及其途徑

2.3.1污染面積負(fù)荷與出水水質(zhì)

如圖5所示，隨著面積負(fù)荷的增加，出水污染物濃度呈增高趨勢(shì)，其中，出水氮（氨氮和總氮）濃度與其面積負(fù)荷的相關(guān)性達(dá)顯著水平（圖5）。在人工濕地系統(tǒng)，CODCr的去除過程中厭氧過程有較大貢獻(xiàn)，因此，出水濃度與濕地面積負(fù)荷未表現(xiàn)出顯著的線性相關(guān)。相似地，磷的去除主要依賴于基質(zhì)的物化吸持，與負(fù)荷面積也無顯著的線性關(guān)系。研究結(jié)果還表明，常用于工程設(shè)計(jì)的參數(shù)——水力負(fù)荷與出水污染物濃度沒有任何相關(guān)關(guān)系，說明在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，參數(shù)最好選擇污染物面積負(fù)荷，而非水力負(fù)荷。只有當(dāng)進(jìn)水污染物濃度變化不大時(shí)，水力負(fù)荷才有意義?？紤]到不同地區(qū)農(nóng)村污水進(jìn)水濃度差異極大，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能采用污染物面積負(fù)荷進(jìn)行相關(guān)校核。

2.3.2氮磷去除及其途徑

為探析氮磷污染物不同途徑的去除比例，特選擇4個(gè)點(diǎn)（皈山、洛四房、唐舍B、唐舍C）的人工濕地進(jìn)行采樣分析。結(jié)果表明，在所選擇的4個(gè)人工濕地中，通過植物吸收去除的氮分別只占氮投配總量的0.04%、1.67%、0.12%和0.32%（表3），可見濕地植物直接吸收對(duì)氮的去除貢獻(xiàn)十分有限，幾乎可以忽略。由于人工濕地進(jìn)出水的pH均在7.0左右，所用基質(zhì)為卵石、砂礫一類物質(zhì)且運(yùn)行多年，因此，氨揮發(fā)、基質(zhì)吸持作用可以忽略。綜上，可以推測(cè)，在運(yùn)行多年的人工濕地系統(tǒng)中，氮去除的途徑主要是硝化/反硝化作用。試驗(yàn)結(jié)果也顯示，皈山、洛四房、唐舍B、唐舍C人工濕地硝化/反硝化作用去除的氮占氮投配總量的70.31%、55.33%、48.84%和74.56%，由此可見，硝化/反硝化作用的確是人工濕地去除氮的主要途徑。盡管如此，人工濕地系統(tǒng)中植物對(duì)微生物硝化/反硝化的促進(jìn)作用仍不可忽視［14］，尤其是植物發(fā)達(dá)的根系及其較高的根系活力，可能仍是提高濕地氮去除率的重要促進(jìn)因素。

表3　人工濕地氮磷各途徑去除量

人工濕地對(duì)磷的去除僅為植物吸收與基質(zhì)沉淀兩條途徑。皈山、洛四房、唐舍B、唐舍C人工濕地中，植物吸收的磷僅占磷投配總量的0.05%、4.09%、0.15%和0.35%。與氮相似，植物吸收對(duì)磷去除的貢獻(xiàn)十分有限。通過基質(zhì)吸附和沉淀去除的磷占磷投配總量的96.38%、74.72%、62.88%和65.44%。人工濕地的基質(zhì)主要是砂礫，之所以在運(yùn)行多年后仍有相當(dāng)?shù)娜コ饔?，這可能是因?yàn)橹参锔档淖饔?。劉婧等?5］研究表明，水生植物可以通過根表形成鐵膜來提高對(duì)磷的去除效果。這一效應(yīng)提高或主導(dǎo)了運(yùn)行多年的人工濕地對(duì)磷的去除效果，且這一效應(yīng)并不會(huì)隨著濕地運(yùn)行時(shí)間的增加而減弱。在實(shí)際工程中，這一機(jī)制是否成為主導(dǎo)仍需要進(jìn)一步研究證實(shí)。

3　小結(jié)

農(nóng)村生活污水處理系統(tǒng)進(jìn)水污染物濃度受污水來源影響很大，其中，廁所與餐飲廢水對(duì)污染物負(fù)荷貢獻(xiàn)較大。對(duì)運(yùn)行多年的人工濕地進(jìn)行全年監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明，只要運(yùn)行維護(hù)正常，其對(duì)CODCr、TP、氨氮與總氮仍有較好的去除效果。季節(jié)變化、污染物面積負(fù)荷對(duì)氮的去除有明顯影響，因此，在工程設(shè)計(jì)中除考慮水力負(fù)荷外，還應(yīng)考慮到污染物面積負(fù)荷這一因素。分析人工濕地對(duì)氮磷的去除途徑發(fā)現(xiàn)，微生物的硝化/反硝化作用和基質(zhì)對(duì)磷素的沉淀吸附作用是人工濕地去除氮磷的主要途徑，而通過植物吸收直接去除的氮磷十分有限，因此，增強(qiáng)植物根系活力以及基質(zhì)對(duì)磷的吸持作用有利于提高人工濕地的除污效率。

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（責(zé)任編輯：高 峻）

X505

A

0528-9017（2016）07-1100-05

10.16178/j.issn.0528-9017.20160747

2016-03-07

國家水專項(xiàng)（2014ZX07101-012-02）；農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金項(xiàng)目（2013GB23600658）

沈琴琴（1982—），女，浙江長(zhǎng)興人，工程師，學(xué)士，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境污染治理，E-mai1：122425600@163.com。

羅安程（1963—），男，浙江安吉人，教授，博士，主要研究方向?yàn)槲鬯幚?，E-mai1：acluo@zju.edu.cn。