预曝气－人工湿地在处理小城镇生活污水中的运用

卜发平

（重庆市奉节县环境保护局，重庆 奉节 404600）

1 引言

人工湿地（Constructed Wetlands，CWs）［1～5］是 由填料、湿地植物和微生物共同组成的净化系统，广泛运用于各类污水的处理，它主要通过基质过滤、吸附，植物吸收，微生物降解来去除污染物质。具有以下优点:一次性投资费用较低，运行费用很低，适合欠发达地区的推广使用；去除效果较好；系统运行管理简便易行，无需专业人员进行管理维护；湿地植物对建设优美乡镇起到重要作用，同时还能产生一定的经济价值，如菖蒲、水雍菜等；不受土地使用的限制。

建设社会主义新农村不仅要求生活富裕、人们安居乐业，还要求环境优美［1］。基于此，本研究采用预曝气－人工湿地组合工艺对处理奉节县境内的某小城镇的生活污水进行了工程实例，并对其处理效果、效益及运行成本进行了分析，以便为小城镇居民生活污水处理提供技术示范。

2 工艺流程与分析

2.1 工艺简介

工艺流程如图1所示，采用预曝气－人工湿地的组合工艺对城镇污水进行处理。采用2台罗茨风机（3L32WC）交替进行曝气。湿地为三级人工湿地，设置两组，基质均为炭渣、片石二层间隔铺设，各厚0.4m；第一级人工湿地为表面流，采用风车草为湿地植物；第二级为表面潜流，选用美人蕉为湿地植物；第三级仍为表面流，采用风车草为湿地植物。设计处理能力800m3／d，远期1250 m3／d，项目总投资约185万元（含管网），占地面积1334 m2，于2008年年底建成，2009年正式投入使用。

图1 工艺流程

2.2 污水水质与水量

组合工艺所处理的为某城镇生活污水，其水质如表1所示。2009年实际日处理量约550t，2010年约为510t，2011年达到710t／日。

2.3 监测项目及分析方法

监测布点如图1所示，分别在A1、A2处采样进行水质分析，以此分析组合工艺对小城镇生活污水的处理效果。根据要求，每季度监测一次，每次取4个样进行混合，采样在8～12点之间完成。

表1 污水水质

pH 值、流量、COD、BOD5、NH3－N、TN、动植物油、大肠菌群、pH（玻璃电极法），六价铬、砷等的测试均采用标准方法［6］。

3 试验结果与分析

3.1 对COD和BOD5的去除效果

三级人工湿地加预曝气对小城镇生活污水的处理效果如图2所示。由图可知，在进水COD为171～381mg／L时，出水COD为27.1～49mg／L，出水COD＜50mg／L，达到一级A类标准（GB18918－2002）。在两年的运行过程中，人工湿地对COD的去除率达到75%～92%（均值:85.7%），可见组合工艺对COD有良好的去除效果。在进水BOD5为25.8～124mg／L时，出水为13.1～19.1mg／L，出水始终保持为一级 B类标准（GB18918－2002），去除率为25.9%～88.8%（均值:66.6%）。

同时图2显示，当进水COD、BOD5波动较大时，其去除率也随之波动，但出水水质相对较为稳定，这显示出人工湿地良好的抗冲击负荷能力和稳定的去除效果。

图2 组合工艺对COD和BOD5的去除效果

3.2 对氮的去除效果

组合工艺对氮的去除效果如图3所示。由图可知，在进水 NH3－N为20.5～41.4mg／L时，出水为2.1～13.1mg／L，出水 NH3－N 均达到一级B类标准（GB18918－2002）。在进水 TN 为31.7～61.7mg／L时，出水TN为14.1～22.9mg／L，除了2009年第一季度超标外，其他时间出水TN均达到一级B类标准（GB18918－2002）。

图3 组合工艺对氮的去除效果

同时，图3显示在运行过程中，组合工艺可以去除48.1%～93.7%的 NH3－N，但出水NH3－N波动较大；TN出水水质相对较为稳定，波动较小，其去除率为34.9%～76.1%，可见人工湿地对氮的去除还有较大的改善空间。

在2009年第一季度，系统刚投入运行，湿地植物生长缓慢，植物和微生物还处在适应过程中，因此植物的吸收、基质的吸附以及系统的硝化反硝化作用未完全发挥出来，导致系统对氮的去除效果不理想，出水不达标；随着时间的推移，系统的运行逐渐稳定，也显示出优良的除氮效果，后期研究发现，NH3－N和TN出水均能实现达标排放。

3.3 对动植物油和大肠菌群的去除效果

组合工艺对动植物油和大肠菌群的处理效果如图4所示。可见，在进水动植物油浓度为0.91～8.89mg／L时，出水为0.03～2.88mg／L，可以 去除43.4% ～96.9%的动植物油，出水也能达到一级B类标准（GB18918－2002），在2010年前三季度还能达到一级A类标准，这显示出组合工艺良好的去油能力。

图4显示，在进水大肠菌群为1.23×104～7.4×104个／L时，预曝气加三级人工湿地可以去除27.8%～76.1%（均值:57.2%）的大肠菌群，出水在2009年底一季度、2010年第二季度达到一级B类标准（GB18918－2002），其他时段均达到一级A类标准，这显示出人工湿地对大肠菌群的处理效果优良。

图4 组合工艺对动植物油和大肠菌群的去除效果

4 运行成本与效益分析

4.1 运行成本分析

该项目的运行成本主要包括电费和管理费，2009～2010年的实际运行费用为电费约2600 元／月，管理费800元／月，实际日处理量约530t，因此运行费用约0.22元／t。

4.2 效益分析

项目的建设极大地改善了该城镇人居及生产环境，对预防各种传染病、公害病，提高人民健康水平起到重要作用。同时，湿地美人蕉和风车草还有利于美化当地环境。

该项目同时作为保护全县人民饮用水源的项目，项目的建设对改善全县饮水质量和河流沿岸的生态环境具有积极的作用。

作为市级减排项目，该厂的建成及投入使用，每年可 削 减 COD99.28t，BOD552.66t，NH3－N6.424t，TP0.58t，SS67.16t。

作为基础设施，污水厂不产生直接的经济效益，但对该县水环境质量和投资环境的改善将产生经济效益。同时，该项目对三峡库区的生态环境保护将产生一定的作用。

5 结语

（1）预曝气－人工湿地组合工艺对城镇生活污水的处理效果良好，出水水质总体达到一级B类标准（GB18918－2002），其中COD能达到一级A类标准；且运行成本低廉，仅0.22元／t，可在欠发达地区的农村推广使用。

（2）组合工艺可以去除75%～92%的COD、25.9%～88.8%的BOD5、48.1%～93.7%的 NH3－N、34.9%～76.1%的TN、43.4%～96.9%的动植物油和27.8%～76.1%的大肠菌群，并且对重金属也有较好的去除效果。

［1］徐德福，李映雪.用于污水处理的人工湿地的基质、植物及其配置［J］.湿地科学，2007，5（1）:32～38.

［2］曹 杰.人工湿地对农村生活污水的处理效果研究［D］.杭州:浙江大学，2007.

［3］漆渔江，杨振中，吴 林，等.人工湿地在重庆高寒地区集镇生活污水处理厂的应用［J］.科技创新导报，2011（32）:59～60.

［4］李军幸，张克强，张洪生，等.厌氧／人工湿地组合系统处理农村生活污水的效能［J］.中国给水排水，2011，27（23）:18～21.

［5］Iamchaturapatr J，Yi S W，Rhee J S.Nutrient removals by 21aquatic plants for vertical free surface－flow （VFS）constructed wetland［J］.Ecol Eng，2007（29）:287～293.

［6］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（第四版）［M］.北京:中国环境科学出版社，2002.