摘要：介紹了“厭氧預(yù)處理+潛流式人工濕地”工藝原理及在處理農(nóng)村生活污水工程中的應(yīng)用。運(yùn)行結(jié)果表明，該工藝投資少、處理效果好、操作簡單、維護(hù)成本低。系統(tǒng)對(duì)COD、BOD5、SS、NH4+-N的平均去除率分別達(dá)到67.2%、87.0%、90.4%和80.2%，出水水質(zhì)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：潛流式人工濕地；厭氧預(yù)處理；農(nóng)村生活污水；節(jié)能

前言

人工濕地作為一種生態(tài)水處理技術(shù)，目前已在各種污水處理場合發(fā)揮重要作用[1]。人工濕地是由人工建造和控制運(yùn)行的與沼澤地類似的地面，將污水、污泥有控制的投配到經(jīng)人工建造的濕地上，污水與污泥在沿一定方向流動(dòng)的過程中，主要利用土壤、人工介質(zhì)、植物、微生物的物理、化學(xué)、生物三重協(xié)同作用，對(duì)污水、污泥進(jìn)行處理的一種技術(shù)。其作用機(jī)理包括吸附、滯留、過濾、氧化還原、沉淀、微生物分解、轉(zhuǎn)化、植物遮蔽、殘留物積累、蒸騰水分和養(yǎng)分吸收及各類動(dòng)物的作用。

人工濕地自然條件下的生物處理法不但費(fèi)用低廉、運(yùn)用管理簡便，而且對(duì)難生化降解有機(jī)物、氮磷營養(yǎng)物和細(xì)菌的去除率略高于常規(guī)二級(jí)處理，達(dá)到部分三級(jí)處理的效果，而其基建費(fèi)用和處理成本分別只為二級(jí)處理廠的1/5至1/3和1/20至1/10。此外，在一定條件下，自然處理法還可獲得除害興利、一舉兩得的效果。所以，近十多年來，這類古老的廢水處理技術(shù)又恢復(fù)了生機(jī)，并在國內(nèi)外得到迅速發(fā)展。

1工程概況

丹江口市西部某村 ，轄6個(gè)村民小組、16個(gè)自然村落、355戶、1436人。目前，該村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)嚴(yán)重滯后，污水、垃圾基本上是隨意排放，未得到有效處理，嚴(yán)重影響村莊環(huán)境及人民群眾身體健康，也直接影響了丹江口水庫水環(huán)境質(zhì)量。

1.1設(shè)計(jì)水量

該村污水主要來源為村民的生活污水，生活污水由各家各戶排出，雨污分流，經(jīng)排水管收集后匯入污水處理站。目前，該村污水管網(wǎng)不完善，且居民居住相對(duì)分散，本次先行實(shí)施建設(shè)2km污水管網(wǎng)，配套建設(shè)污水處理站處理能力按100 m3/d。

1.2設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

按照國家和地方環(huán)保部門的規(guī)定，本工程設(shè)計(jì)外排出水適用的標(biāo)準(zhǔn)為《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，排放水的水污染物基本控制項(xiàng)目最高允許排放濃度中部分主要指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)見表1：

表1 進(jìn)、出水水質(zhì)設(shè)計(jì)指標(biāo)(mg/L) 

2 人工濕地去除機(jī)理及工藝流程

2.1 人工濕地去除機(jī)理

2.1.1人工濕地對(duì)SS的去除

污水中可沉降的SS主要依靠濕地系統(tǒng)中物理沉降作用去除。由于濕地中水的流動(dòng)極其緩慢，水淺，加上植物莖桿的阻擋作用，SS在進(jìn)水口幾米內(nèi)能有效地去除。工程實(shí)際表明，所有的固體物在系統(tǒng)最初的20%面積處得到去除。膠體狀的SS主要依靠微生物的作用、填料滲濾作用去除。

2.1.2人工濕地對(duì)有機(jī)物的去除

人工濕地對(duì)有機(jī)物有著較強(qiáng)的降解能力，污水中的不溶有機(jī)物通過濕地的沉淀、過濾作用，可以很快地被截留而被微生物利用，而污水中的可溶有機(jī)物則可通過植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代謝降解過程被分解去除，因此濕地床對(duì)有機(jī)物的去除作用是物理的截留沉淀和生物的吸收降解共同作用的結(jié)果。反應(yīng)過程中主要氧源來自水面復(fù)氧和植物向根區(qū)的過量氧傳導(dǎo)。濕地系統(tǒng)對(duì)BOD5的去除可達(dá)80%以上[2]。

2.1.3人工濕地對(duì)氮的去除

氮是植物生長不可缺少的一種元素，污水中的無機(jī)氮通常包括NH3－N和NO3－N，它們均可以被濕地中植物吸收。合成植物蛋白質(zhì)，最終通過植物的收割從濕地中得到去除。另外，人工濕地中的填料也可通過一些物理和化學(xué)的途徑如吸收、吸附、過濾、離子交換等去除一部分污水中的氮[3、4] 。

但是，濕地系統(tǒng)中氮的去除是主要的還是通過濕地中微生物的硝化和反硝化作用。人工濕地中種植的水生物植物的重要功能之一就是將氧氣從上部輸送至植物根部，從而在植物根區(qū)附近形成一個(gè)好氧環(huán)境，而隨著離根系距離的逐漸增大，濕地中依次出現(xiàn)缺氧、厭氧狀態(tài)。這樣的條件有利于硝化菌和反硝化菌的生長。為硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)的進(jìn)行提供了條件[3、4]。

2.1.4人工濕地對(duì)磷的去除

污水中磷的存在形態(tài)取決于污水中磷的類型。最常見的有磷酸鹽、聚磷酸鹽和有機(jī)磷酸鹽等。人工濕地對(duì)磷的卻除是通過植物的吸收、微生物的去除作用和填料的吸收過濾等幾方面的作用共同完成的。

磷和氮一樣，都是植物的必需元素，污水中的無機(jī)磷在植物的吸收和同化作用下被合成ATP等有機(jī)成分，通過收割而從系統(tǒng)中去除。微生物對(duì)磷的去除作用包括微生物對(duì)磷的正常吸收和過量積累，濕地中某些細(xì)菌種類因從污水中吸收超過其生長所需的磷，而微生物細(xì)胞的內(nèi)含物儲(chǔ)存過量積累，可通過對(duì)濕地床的定期更換而將其從系統(tǒng)中去除。

2.2 工藝流程

村莊內(nèi)的生活污水經(jīng)管網(wǎng)收集進(jìn)入經(jīng)格柵后進(jìn)入污水調(diào)節(jié)池，由水泵提升進(jìn)入預(yù)處理厭氧池，污水經(jīng)預(yù)處理厭氧池處理后，經(jīng)出水池排出清液進(jìn)入潛流式濕地，潛流式濕地出水就近達(dá)標(biāo)排放或用于村莊的農(nóng)田灌溉，處理系統(tǒng)的格柵將產(chǎn)生少量柵渣，柵渣定期清理，由業(yè)主人工運(yùn)送至垃圾處理池。污水處理工藝流程見圖1

 
圖1 污水處理工藝流程

3主要構(gòu)筑物

3.1.1 格柵池

格柵是用來去除可能堵塞水泵機(jī)組及管道閥門的較粗大懸浮物，并保證后續(xù)處理設(shè)施能正常運(yùn)行。

設(shè)計(jì)數(shù)量：1座；

設(shè)計(jì)尺寸：L×W×H=1.0m×1.2m×1.0m；

3.1.2 調(diào)節(jié)池

為了使管渠和構(gòu)筑物正常工作，不受廢水高峰流量或濃度變化的影響，根據(jù)室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范需在廢水處理設(shè)施之前設(shè)置調(diào)節(jié)池。

設(shè)計(jì)數(shù)量：1座；

設(shè)計(jì)尺寸：L×W×H=4.0m×4.0m×4.0m,有效水深為3.5m；超高為0.5m。

3.1.3 預(yù)處理厭氧池

為確保人工濕地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增加濕地處理的壽命及處理能力，一般都要增加預(yù)處理及后處理設(shè)施。預(yù)處理可以防止污水在貯存、輸送過程中發(fā)生臭氣，防止未處理的污水污染土壤及地下水或污染植物。這些預(yù)處理設(shè)施與人工濕地可以有不同的組合以達(dá)到不同的去除目的。

在本工程中針對(duì)污水的水質(zhì)特點(diǎn)，選擇厭氧工藝來處理污水。在此工序中污水中的部分有機(jī)污染物將被除去，為后序工藝，即人工濕地的高效處理作好準(zhǔn)備。厭氧系統(tǒng)停留時(shí)間為18小時(shí)，設(shè)計(jì)其有效容積為75立方。且為增加預(yù)處理系統(tǒng)的處理效果，采用封閉式池體。

設(shè)計(jì)數(shù)量：1座。

設(shè)計(jì)尺寸：L×W×H=10.0m×3.0m×3.0m；有效水深為2.5m；超高為0.5m。

3.1.4 出水池

為保證后續(xù)人工濕地的正常、有效的運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)水質(zhì)水量的調(diào)節(jié)再分配，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的均勻的配水，因此在預(yù)處理系統(tǒng)后設(shè)置出水池，以提高系統(tǒng)的可靠性的運(yùn)行效率。

設(shè)計(jì)數(shù)量：1座；

設(shè)計(jì)尺寸：L×W×H=1.2m×1.0m×1.2m；有效水深為0.8m；超高為0.4m。

3.1.12 潛流式人工濕地

功能：利用人工濕地對(duì)有機(jī)污染物的去除機(jī)理，進(jìn)一步去除污水中的污染物。

設(shè)計(jì)參數(shù)：

面積：400m2。

長寬比：（1～5）：1；

深度： 1.0m

尺寸：L×B×H=20m×20m×1m

濕地植物:香蒲、美人蕉、燈心草等

基質(zhì)為礫石均勻級(jí)配，粒徑約為30-50mm；水力負(fù)荷：≥50cm/d

4 工程

造價(jià)

該工程總占地面積425m2,工程總投資費(fèi)用=358354.00元。其中土建費(fèi)用為149000.00元，工藝設(shè)備安裝投資約209354.00元。污水處理站總安裝功率0.55kW，當(dāng)?shù)仉娰M(fèi)按0.7元/度，則電費(fèi)為：6.34元/日。

5 運(yùn)行效果

該工程運(yùn)行初期，因預(yù)處理工段效果尚不明顯，為減少潛流式人工濕地的負(fù)荷，采用對(duì)預(yù)處理池出水進(jìn)行回流，以加大預(yù)處理工序的進(jìn)水，增加對(duì)池中填料及污泥的擾動(dòng)，并3次投加化糞池污泥，以縮短預(yù)處理工序的生化培養(yǎng)時(shí)間、增強(qiáng)系統(tǒng)的抗沖擊能力。經(jīng)過25天的培養(yǎng)馴化調(diào)試，預(yù)處理池填料上附著生物膜，出水池中出水有成熟的生物膜脫落，系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段，出水水質(zhì)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，對(duì)COD、BOD5、SS、NH4+-N的平均去除率分別達(dá)到67.2%、87.0%、90.4%和80.2%。該工程于2010年4月通過環(huán)保局驗(yàn)收，并一直穩(wěn)定運(yùn)行至今，5月23日-5月25日的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)見表2。

表2 實(shí)際運(yùn)行結(jié)果

6 結(jié)論

采用“厭氧預(yù)處理+潛流式人工濕地”工藝處理農(nóng)村生活污水，系統(tǒng)對(duì)COD、BOD5、SS、NH4+-N的平均去除率分別達(dá)到67.2%、87.0%、90.4%和80.2%，出水水質(zhì)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

該工藝因地制宜，采用“厭氧預(yù)處理+潛流式人工濕地”工藝處理農(nóng)村生活污水，使投資成本大幅下降，運(yùn)行費(fèi)用低廉，對(duì)農(nóng)村周邊環(huán)境有較大改善，對(duì)新農(nóng)村建設(shè)農(nóng)村生活污水治理過程中有較好的參考意義。

參考文獻(xiàn)：
[1]李濤，周律，武紅功，陳志文，韓哲，姜萍.水平垂直流濕地處理生活污水示范工程研究[J].中國給水排水，2010，26（11）：88-91.
[2] 葉建鋒，徐祖信，李懷正.垂直潛流人工濕地中有機(jī)物去除動(dòng)態(tài)規(guī)律研究 [J]. 環(huán)境科學(xué)，2008，29（8）：2166 - 2171.
[3] 王世和.人工濕地污水處理理論與技術(shù) [M]. 科學(xué)出版社，2007.
[4] 尹軍，崔玉波.人工濕地污水處理技術(shù) [M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006. (作者: 施昌平 肖磊 張興爾 何曉晶)