微氧+人工湿地组合工艺处理生活污水的试验研究*

康 媞，杨双全，刘 群，符 露

国家在全国范围内实施“农村环境综合整治”工程，通过“以奖代补”、“以奖促治”等方式加快解决突出的农村环境问题。我国农村地区经济力量薄弱，人均收入相对较低，技术水平相对落后，专业管理人员缺乏。因此，工艺选择应充分考虑当地自然、经济、社会条件，因地制宜地采用投资省、运行费用少，能耗低，维护管理简单方便，处理效果好且抗冲击负荷能力强的处理工艺［1］。人工湿地技术是一项运行费用低、管理要求低的污水处理技术，其目前在农村污染治理中得到了较多的推广应用。但基于人工湿地本身的处理机理，其占地面积较大，局限了该项技术的推广应用。目前国内对人工湿地的机理及应用研究很多，但对于基于减小人工湿地的占地面积，增强其适用性的研究工作的文献报道却较少见。为了提高人工湿地技术的适用性，设计了微氧+人工湿地组合工艺对生活污水的处理效果进行了试验研究。

1 试验材料和方法

1.1试验用水

试验用水来源于贵州省环境科学研究设计院宿舍区化粪池，其水质指标见表1。

表1 生活污水水质

1.2 试验工艺流程(图1)

图1 试验工艺流程图

(1)预处理装置:0.3 m×0.3 m×1.5 m，两套。

(2)人工湿地装置:2.2 m×0.55 m×0.8 m，长宽比为4∶1，两套，一套为无植物，一套为有植物; 3.1 m×0.39 m×0.8 m，长宽比为8∶1，两套，一套为无植物，一套为有植物。

预处理装置内挂填弹性立体填料，设计停留时间为4.5 h，人工湿地负荷为0.2 m3/(m2·d)，填料由碎石(1～3 cm)、砂(七眼砂)、红砖(1～3 cm)、土壤配制，填料层厚度为0.6 m，湿地两端为碎石布水区。有植物的湿地装置内菖蒲、美人蕉、芦苇三种植物间隔种植。

1.3 运行方式

化粪池的水用水泵提升进入集水箱，然后分别自流进入两个预处理装置，预处理装置设计停留时间为4.5 h，控制溶解氧为1 mg/L左右。人工湿地进水量为10 L/h，水力负荷为0.2 m3/(m2·d)。

1.4 分析方法

溶解氧(DO)、pH采用便携式测定仪测定，化学需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)、总磷(TP)等指标按国家标准方法进行测定［2］。

2 试验结果与分析

2.1 预处理装置对COD的去除效果(图2～3)

图2 预处理1 COD去除情况

图3 预处理2 COD去除情况

在控制溶解氧为1 mg/L的反应条件下，预处理1、预处理 2对 COD的平均去除率为 31.39%、30.27%。在预处理阶段吨水电耗为0.25 kW·h，电费为吨水0.15元(按电费单价0.6元/(kW·h)计算)。故在预处理装置中降低了后续人工湿地的负荷，同时其动力消耗也控制在较低水平。

2.2 人工湿地装置对COD的去除效果(图4～7)

图4 1#人工湿地COD去除情况

图5 2#人工湿地COD去除情况

图6 3#人工湿地COD去除情况

图7 4#人工湿地COD去除情况

从以上4图看出，种有植物的人工湿地的COD去除率相对比较稳定，对冲击负荷或温度影响的承受能力较强，4个人工湿地的平均COD去除率分别为:65.6%、63.83%、61.69%、66.09%，但从平均去除率看，种有植物的人工湿地对COD总体的去除情况没有显示出优势，初步分析还是系统中微生物的生命活动是废水中有机物降解的主要机制。高等植物虽然可以通过向土壤中分泌胞外酶降解有机物，但一般不具备直接降解有机物的功能［3］。同时有植物的人工湿地在长宽比为8∶1的构筑条件下，COD去除率相对较高，而没有植物的一组，长宽比的不同对去除率影响不大。

2.3 人工湿地装置对NH3-N的去除效果(图8～11)

图8 1#人工湿地NH3-N去除情况

图9 2#人工湿地NH3-N去除情况

图10 3人#工湿地NH3-N去除情况

图11 4#人工湿地NH3-N去除情况

1#、2#、3#、4#人工湿地平均NH3-N去除率分别为42.65%、49.36%、34.35%、29.78%，同时结合以上4图看出，种有植物的两组人工湿地的NH3-N去除率与无植物的两组差别不大，而有植物的相对较高，但是无论是有植物还是无植物的人工湿地，长宽比为8∶1的两组人工湿地的NH3-N去除情况都比长宽比为4∶1的两组高且稳定。这个结果与雒维国等研究的结果有所相似，雒维国等研究发现(雒维国.潜流型人工湿地对氮污染物的去除效果研究［D］.南京:东南大学，2005.)，每克土壤中硝化菌的数量为103～105个，在湿地长度方向，硝化菌分布以中、后部较高，试验表明，湿地的硝化过程主要集中在中、后部;有植物湿地高于空白湿地，说明植物的存在改善了湿地中硝化菌群的生长环境，更有利于硝化作用的进行。

2.4 运行费用

如果工艺中需将污水提升进入系统，吨水提升费用为0.05元，预处理段控制溶解氧在1.0 mg/L左右，吨水曝气耗电费用为0.15元，整个工艺系统运行费用在0.15～0.20元/t(污水自流进入系统情况下)。

3 结论与建议

(1)本研究的工艺系统，微氧预处理对COD的平均去除率在30%以上，人工湿地对COD的平均去除率在60%以上，人工湿地对NH3-N的平均去除率在30%～40%。

(2)整个工艺系统运行费用较低，运行电费为0.15～0.20元/t(污水自流进入系统情况下)，没有计算人员费用及湿地的维护费用。

(3)试验结果种植有植物的人工湿地相对无植物的人工湿地，其对COD去除的情况没有显示出优势，但对NH3-N的去除，体现出的效果较为明显。同时，长宽比为8∶1的人工湿地比4∶1的人工湿地体现了较为明显的稳定性和较高的平均去除率。

(4)微氧+人工湿地组合工艺对于农村生活污水处理具有运行费用低，管理方便的特点，在农村生活污水处理中具有较好的适用性。

(5)由于在试验研究后期，NH3-N浓度偏高，且天气转冷，造成人工湿地对NH3-N去除率的降低，建议后续试验研究中调整试验用水的NH3-N浓度，测试组合工艺系统对于 NH3-N浓度在60 mg/L左右的去除效果。

［1］何成达，谈玲，葛丽英，等.波式潜流人工湿地处理生活污水的试验研究［J］.农业环境科学学报，2004，23(4): 766-769.

［2］国家环境保护总局水和废水监测分析方法编委会.水和废水监测分析方法［M］.4版.北京:中国环境科学出版社，2002:138-329.

［3］王世和.人工湿地污水处理理论与技术［M］.北京:科学出版社，2007:55-56.