厌氧发酵——人工湿地系统在四川农村生活污水处理中的应用研究

高 鹏，王君勤，张玲玉

(四川省水利科学研究院，成都，610072)

厌氧发酵
——人工湿地系统在四川农村生活污水处理中的应用研究

高 鹏，王君勤，张玲玉

(四川省水利科学研究院，成都，610072)

研究了厌氧发酵——人工湿地系统在四川省农村生活污水处理中的应用。结果表明，该系统适用于四川农村生活污水处理，且效果较好，达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18919-2002)一级B标准，对COD、TN、TP、NH4+-N的平均去除率分别达到了92.9%、71.8%、76.5%、77.8%，具有较高的经济效益和生态效益。

厌氧发酵 人工湿地 农村生活污水 去除率

自我国经济进入快速发展阶段后，农村经济发展和生活水平在不断提高的同时，农村水环境却呈恶化趋势，水污染日益严重。四川作为农村大省，农村人口众多且分散，很多村落尚无完善的污水排放管网及处理系统，污水粗放排放，对周边自然水体造成严重污染。农村污水处理作为新农村建设的重要组成部分，近年来受到广泛的关注。

传统的污水处理技术因其基建投资大、运行费用高，难以在我省农村地区大面积推广。农村生活污水的处理应采用一些实用、合理、低能耗和低运行费用的技术为主。人工湿地处理技术的应用及发展为农村生活污水处理提供了新的出路，目前人工湿地技术在发达国家及发展中国家的生活污水处理中得到了广泛的应用〔1〕。本文主要介绍人工湿地系统在我省某地农村生活污水处理中的应用情况。

1 人工湿地简述

人工湿地是一定长宽比、一定坡度的地块中，由土壤和基质组成填料床，使污水在床体的填料缝隙中或在床体表面流动，床体表面种植具有净化污水的水生植物，形成一个独特的动植物生态系统〔2〕。人工湿地相对于传统污水处理，具有建造和运行成本低、易于维护、技术含量低、可靠性好等明显优势，在人口密度较低的农村地区，建设人工湿地比传统污水处理厂更加经济。按照污水在湿地床中的水流方式的不同，人工湿地主要分为三种形式：表面流人工湿地，水平潜流人工湿地以及垂直流人工湿地〔3〕。

针对四川农村生活污水排放量小、分散、间歇性大、处理率低等特点，本项目结合四川省土壤、植物特点及农村经济发展生活习惯等，结合详细调研，提出了厌氧发酵——人工湿地综合处理农村生活污水技术，旨在保护农村水环境、改善农村生活环境、建立环境优美和谐农村提供技术支撑。

2 试验及处理工艺

2.1 材料及处理工艺

试验采用厌氧发酵——垂直潜流人工湿地处理四川某地农村生活污水，工艺流程见图1。基本组成单元有污水收集系统、固液分离系统、调节池、厌氧消化系统、人工湿地系统和出水系统，各单元吕联起来建设。

图1 厌氧发酵——人工湿地生活污水处理工艺流程

2.2 厌氧消化池设计

参考农业部沼气科学研究所《生活污水净化沼气池标准图案》(征求意见稿)，并结合工程实际，最终选择箱型3格折流厌氧发生器，每格长1.52m、宽1.5m、深2.5m，中间设置挡板以改变污水流向。每格顶部设密封，并设入孔。

厌氧池填料在综合考虑质轻、高强、价格低廉、惰性物质、对生物生长抑制作用等因素基础上，选择了四川普遍价廉的竹编材料。

2.3 湿地结构设计

垂直潜流人工湿地设计的长×宽×高分别为4.5m×2m×0.6m，根据对当地周边环境的调查及资料研究，决定表层种植四川常见的水生观赏植物美人蕉、伞草、梭鱼草和菖蒲等。内部填充不同粒径的多孔介质，自下而上依次填充20mm～50mm卵石、10mm～20mm碎石和砂质土壤，每层30cm。

2.4 污水排放量及特性

2.4.1 排放量的确定

生活污水的排放量随着居住环境、生活水平、生活习惯以及水资源情况的不同，其差异较大。考虑到四川省经济发展状况、农村生活水平及地区间差异，农村生活污水排放量可按下式计算。

Q=kq1V1/1000

式中：Q——生活区污水排放量(t/d)；

q1——每人每天生活污水量定额(L/人·d)；

V1——生活区人数(人)；

k——污水排放系数，0.85～0.95。

2.3.2 供试污水的特性

供试污水取自四川某地农村化粪池出水，污水进水为雨污分流，由于人口及季节变化等因素造成污水浓度变化。本次测定的水质指标包括COD、NH4+-N、TN、TP和pH，其水质状况如表1所示。

表1 供试污水水质状况(mg/L)

2.5 观测点设置

设有取水口A、排污口B、厌氧池进水口C、人工湿地进水口D、人工湿地出水口E5个观测点，在A、B、E三点安装计量设施，计量生活用水量、污水排放量及污水处理量。取样时间及频率为每月两次，稳定后每月一次。

2.6 监测方法

水质检测检验采用英国PALINTES公司生产的7500型光度计及其配套试剂、配件。COD采用重铬酸盐法，NH4+-N采用纳氏试剂比色法，TN采用碱性过硫酸钾分光光度法，TP采用钼酸分光光度法，pH采用玻璃电极法。

3 结果与分析

3.1 对COD的去除效果

试验污水进出水监测显示，试验污水的COD浓度范围为110mg/L～360mg/L，厌氧池出水浓度范围为36mg/L～112mg/L，最终出水浓度<12mg/L，厌氧发酵——人工湿地系统对试验污水COD的平均去除率达到92.9%。通过处理系统微生物的降解作用及湿地植物的吸收作用，整个处理系统对COD的去除率总体呈增加趋势，但随着季节变化，植物的生长情况和微生物活性变化，去除率有所不同。

3.2 对TM的去除效果

监测结果显示，TN的进水浓度在23mg/L～42mg/L，系统的平均去除率为71.8%，人工湿地部分对TN的去除率起主要作用。厌氧池阶段，TN的去除主要是靠填料中微生物的作用，微生物受数量和生长状况的限制，对TN的去除率较低，污水进入湿地部分后，通过基质的吸附、微生物和植物的吸收等作用去除，其中植物在湿地脱氮过程中起重要作用〔4〕。有研究表明，植物吸收和存储是湿地脱氮的主要原因，占30%左右，而微生物的硝化反硝化作用是人工湿地脱氮的最主要形式〔5〕。

3.3 对TP的去除效果

监测结果显示，TP的进水浓度范围为1.8mg/L～6.1mg/L，厌氧池出水浓度为1.5mg/L～4.7mg/L，人工湿地出水浓度<1mg/L，平均去除率达到76.5%。系统运行初期，TP的去除率较低，随着植物生长和系统稳定后，对营养物质的吸收能力增强，污水中营养物质的去除效率明显增加，但到了秋冬季，植物生长缓慢甚至枯萎凋零，微生物降解速率减弱，致使去除效果变差。

3.4 对NH4+-N的去除效果

连续监测结果显示，系统进水NH4+-N的浓度一般在22mg/L～55mg/L，厌氧池出水浓度在15mg/L～50mg/L，人工湿地出水浓度<7mg/L，平均去除率为77.8mg/L。在系统运行未稳定之时，由于厌氧池填料中微生物作用不彻底，导致对NH4+-N的处理效果不佳，当厌氧条件稳定后，污水进入人工湿地部分，通过湿地中植物、基质的吸附和微生物的硝化作用，NH4+-N的含量减少，并保持较稳定的状态〔5〕。

4 结语

将沼气厌氧发酵原理与人工湿地污水处理技术有机结合，通过厌氧段填料、湿地填料的合理调整及湿地植物的优选，滤清出水，达到相关排放标准。该系统从正式运行至今，运行状况良好，出水水质较稳定，系统维护管理方便，基建运行费用较低。实践证明，厌氧发酵——人工湿地系统处理农村生活污水效果较好，具有较高的经济效益和生态效益，如结合景观设计效果更佳，适合四川省农村地区生活污水处理的应用和推广。

〔1〕汤显强，黄岁樑.人工湿地去污机理及其国内外应用现状[J].水处理技术，2007，33(2)：9～13.

〔2〕赵艳锋，朱 琨，李伟玲.人工湿地净化处理废水的机理探讨与效果研究[J].环境科学与管理，2007，32(4)：87～91.

〔3〕程天行，陈季华，郑向勇等.人工湿地去污机理的研究进展[J].现代农业科技，2008(21)：290～292.

〔4〕杨文婷，王德建，纪荣平等.厌氧池——潜流人工湿地处理低浓度农村生活污水的研究[J].土壤，2010，42(3)：485～491.

〔5〕张 政，付融冰，顾国维等.人工湿地脱氮途径及其影响因素分析[J].生态环境，2006，15(6)：1385～1390.

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2095-1809(2016)06-0081-03