西北地区人工湿地组合工艺处理农村生活污水技术研究

薛彦茵 张国珍 徐明飞 焦相伟 马凯

摘要：针对西北地区农村生活污水的水质水量特点及经济运行维护等的限制，综述因地制宜地选择和推广合理的人工湿地及其组合工艺来适应我国西北地区农村生活污水处理的研究和应用方法。主要阐述了两大类技术研究：三种人工湿地的复合组合应用和预处理十人工湿地的组合应用。

关键词：西北地区;人工湿地;组合工艺;农村生活污水;污水处理技术

中图分类号：X703

文献标识码：A

文章编号：1674-9944（2018）6-0016-03

1引言

农村生活污水中主要是生活废料和人的排泄物，因其含有大量的营养盐及细菌、病毒，容易造成地表水及地下水的污染。农村生活污水的排放量逐渐增加，若污水不经任何处理就直接排放，势必对农村水源和环境造成严重污染，因此，改善农村生活污水未经处理直接排放的现状已迫在眉睫。针对农村经济薄弱和农民实际承受能力低的情况，选择一种具有投资少、简便易行、运行稳定和维护管理方便的污水处理技术是目前农村污水处理面临的重要课题。人工湿地目前已发展成为一种较完备和独立的污水处理技术，并在世界范围内被广泛应用，适合在我国广大农村地区尤其是西北地区良好的推广和应用。

2人工湿地的分类及净化机理

2.1人工湿地的分类

按水面位置及流向不同，人工湿地可分为表面流人工湿地、水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿地3种。

2.1.1表面流人工湿地

表面流人工湿地其水面位于湿地基质以上，污水以表面的推流形式流过湿地，污染物通过植物的拦截、土壤的吸附过滤等达到去除污染物的目的，出水经溢流口流出。表面流人工湿地运行费用低、操作简单，但水力负荷低，氧传输能力有限，COD、BOD去除效率不高。另外，表面流人工湿地蚊虫多，臭味大，影响周围的环境卫生，而且保温效果差，去除效果不稳定。

2.1.2水平潜流人工湿地

水平潜流人工湿地，污水从一端进入湿地后.在基质表面以下以水平方向流過湿地，从另一端流出 ，水平潜流人工湿地因其在基质表面以下流动，所以保温效果好，重金属、BOD和COD去除率高。污水中的不溶有机物通过湿地的沉积、过滤作用，可以很快地被截留而被微生物利用;污水中的可溶性有机物则可通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢过程而被分解去除。

2.1.3垂直潜流人工湿地

垂直潜流人工湿地与水平潜流人工湿地一样，污水在湿地基质以下流动，不同的是垂直向上或垂直向下流过填料，因填料床体为不饱和状态，氧气通过植物传输和大气扩散进入湿地内部，所以垂直流人工湿地复氧能力强，总氮和总磷的去除率优于水平潜流人工湿地，但投资费用较高，系统复杂。

2.2人工湿地的净化机理

人工湿地是通过植物、基质和微生物等的物理、化学、生物三重协同作用得到处理。植物直接吸收无水肿的氮、磷等作为营养元素，可将铅、镉、砷、铬等重金属累积于植物的体内，还可以为湿地输送氧气，为好氧微生物生长提供条件;人工湿地的主要基质是烁石或者土壤，基质通过吸附去除水中的SS、COD等，HFALY等学者认为磷的去除主要也是通过基质的吸附，通过植物的直接吸收去除的很少;微生物作用是利用附着在基质上和植物上的微生物的代谢作用将有机物分解成无机物，污水中70%的氮通过生物硝化一反硝化作用去除，强化其净化能力。

3人工湿地组合工艺应用

3.1复合人工湿地的应用

单一型的人工湿地已经不能满足处理要求，而且在实际应用中，单一型的人工湿地存在进水要求较高，温度对处理效果影响较大以及运行寿命短等问题。现在对人工湿地的研究由单一类型转向复合型。结合3种人工湿地系统的优缺点，优势互补，建立复合人工湿地系统。

万玉文等采用多级串联表面流人工湿地净化生活污水，研究分析了单级子系统的水质净化效果及污染物的沿程的变化规律。其结果表明：湿地系统对氮磷的去除效率总体呈现出随时间推移逐渐下降的趋势，同时湿地的表面积越大，氮磷的去除率越高。研究还发现，该湿地系统对高浓度进水具有快速、稳定的去除效果，而对低浓度进水的营养盐去除则表现得较为平缓和持久。

Zemanova等采用垂直流十水平潜流人工湿地组合工艺，污水首先通过垂直流人工湿地，充分利用垂直流人工湿地对氨氮去除效果好的优点，将氨氮在垂直流人工湿地中进行充分的硝化，然后进入水平潜流人工湿地进行反硝化，氮的去除率提高至82.6%。明显优于单一类型的人工湿地工艺。

3.2预处理十人工湿地组合系统的应用

与处理一人工湿地组合是前段进行生物预处理主要去除有机物和一部分营养物质，后续人工湿地处理则是进一步脱氮除磷。目前主要的组合工艺有“水解酸化—人工湿地”、“厌氧悬浮填料床—人工湿地”、“厌氧接触氧化池—垂直流人工湿地”、“水培番茄床—折流板式人工湿地”“厌氧折流板反应器（ABR）—复合人工湿地组合系统”等。

李艳波等采用水解酸化—人工湿地组合工艺处理农村污水，生活污水通过格栅、沉淀池，截留大颗粒及块状漂浮物并去除大部分悬浮物，同时大大降低有机污染物浓度。再进行水解酸化，以提高废水的可生化性。为了防止人工湿地的堵塞.废水经水解酸化再次沉淀后进人人工湿地处理，运行结果表明：该工艺切实可行运行成本低，取得了较好的处理效果。该系统出水水质稳定可达《农田灌溉水质标准》，出水直接回灌农田或山林，不设排放口，可以很好地保护水源。

何成达等采用厌氧悬浮填料床和人工湿地组合工艺处理村镇生活污水，污水首先进入厌氧悬浮填料床，生活污水中的悬浮态物质被厌氧反应器内悬浮填料截留，颗粒有机物转化为溶解性有机物，有机氮转化为氨氮.然后进入人工湿地处理单元，有利于氮的去除，大大减轻人工湿地处理的负荷，有效克服人工湿地淤堵的弊端，充分发挥人工湿地系统降解污染物的能力，氨氮和总磷的去除率分别可以达到60%和90%以上。

陈和平等利用厌氧接触氧化池十垂直流人工湿地处理农村生活污水，充分结合了厌氧接触氧化池与垂直流人工湿地各自的优点，通过厌氧接触氧化池预处理，极大地降低了人工湿地进水有机负荷及SS浓度，避免人工湿地的堵塞问题，延长湿地使用寿命，并使出水COD、TN、TP去除率分别达92.2%、75.6%、93.3%。

李洁等采用水培番茄的滤床一折流板式潜流人工湿地深度净化农村生活污水，生活污水中的氮、磷及微量元素作为是植物生长的良好的营养液。运行结果表明：番茄对生活污水尾水有良好的适应性，番茄对农村生活污水有较强的适应力和较好的净化效果，可与潜流人工湿地组合有效深度处理农村生活污水尾水，同时变废为宝.具有一定的经济和实用价值。

朱凯等采用厌氧折流板反应器（ABR）—复合人工湿地组合系统处理农村生活污水，污水经ABR处理后，去除部分有机物、悬浮物等大大降低了进入人工湿地的负荷，减少人工湿地的堵塞现象。再进入人工湿地，进一步脱氮除磷，提高湿地净化效率。结果表明，对污染物去除途径分析发现，废水中COD的去除主要发行垂直流人工湿地被去除，而水平潜流和上行垂直流人工湿地对TP的去除贡献率最高。ABR与复合人工湿地相互结合，优势互补，对农村生活污水具有理想的处理效果。

4结语

充分利用当前国家对新农村建设的良好政策环境，改变西北地区农村生活污水无序排放现状，实现农村水环境的改善。根据西北地区农村经济水平弱、区域特点、环境目标及对西北地区农村生活污水处理要求的分析等因素，设计人工湿地或人工湿地与其他处理系统相组合的工艺，为西北地区农村生活污水处理提供了一定的参考意义。