人工湿地处理农村生活污水启动调试研究

2011-07-10龚道新

湖南农业科学 2011年10期

陈浪，龚道新，罗杨

（1.湖南农业大学资源环境学院，湖南长沙 410128；2.望城县环境保护局，湖南长沙 410200）

我国是个农业大国。全国第一次污染源普查结果显示，我国农村每年产生的生活污水约80亿t以上，农村生活污染源成为影响水环境的重要因素，而且农村生活污水的排放量有不断增加趋势[1]。农村污水的乱排放不仅破坏了当地的生态环境，也造成了地上水污染。随着农村环境质量的恶化以及民众对生态环境的关注，农村生活污水的处理越来越受到重视，其处理技术也是环保科研领域的重点与热点。我国农村地区大多财政收入不富裕，技术水平相对落后。因此，农村生活污水处理工艺选择原则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、能耗低、维护管理方便、处理效果好的工艺，遵循经济、高效、节能和简便易行原则[2-8]。

人工湿地污水处理系统是利用自然生态系统中的物理、化学和生物等因素的协同作用得以实现污水净化的[9]。国内外所建成的人工湿地中，潜流人工湿地占相当大比例。本研究考察了以化粪池+厌氧池+预处理池+二级潜流人工湿地为工艺流程处理农村生活污水的处理能力，并就处理状况提出建议。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 供试材料试验废水主要由生活废水、洗菜废水、餐饮废水组成，特点是COD浓度较高，含油量大，污水可生化性较好，处理规模为30 m3/d。

1.1.2 试验进水水质试验进水水质概况如表1所示。

表1 试验进水水质概况（mg/L）

1.2 方法

1.2.1 工艺流程试验处理工艺流程如图1所示。试验废水由集中后进入三格化粪池，各粪池容积计算依据粪水贮存时间定，一般为2∶1∶3，具体尺寸为5 m×6 m×1.5 m。预处理生化池的结构尺寸为：3 m×6 m×1.5 m。第一级表面潜流人工湿地的一个单元的实际长宽为9 m×3 m，水深为0.45 m，水力停留时间为0.73 d，湿地植物选取荷花、凤眼莲、花月季。第二级水平潜流人工湿地的一个单元长宽高为8 m×3 m×0.95 m，水力停留时间为 0.53 d，湿地植物为芦苇、香蒲、棱鱼草、再力花、菖蒲。湿地填料采用陶粒、火山石、蛭石从上至下堆填布置。

图1 湿地处理工艺流程

1.2.2 试验方法预处理池与二级潜流人工湿地进行清水试验及单体运行检验后，人工湿地植物栽培完成，以城市污水处理厂脱水污泥为接种物，接种量为4 kg/m3（以干污泥计）向预处理池加入活性污泥，污泥挂膜后，污水经预处理池进入二级人工湿地。控制进水30 m3/d左右，连续运行，于化粪池出口即厌氧池进口、人工湿地出口取水样，分别检测调试过程期间 COD、BOD5、NH4+-N、TP、SS 等污染指标，其中COD、NH4+-N、TP为每天检测指标，BOD5一周检测一次，SS为每3天检测一次。直至出水运行稳定则视为调试运行成功。检测方法如表2所示[10]。

表2 监测指标及方法

2 结果与分析

2.1 对COD的去除效果

图2表示处理系统对COD的去除效果。当进水COD处于194.40～368.00 mg/L时（平均值为276.04 mg/L），湿地系统出水COD为35.30～141.10 mg/L（平均值为 73.10 mg/L），COD去除率为45.54%～87.66%（平均去除率为73.30%）。试验初始时，由于系统的吸附作用，出水COD值较低，随着湿地系统中植物的生长，第10天后系统对COD的去除率逐步提高，第20天后趋于稳定，出水COD基本上稳定在50 mg/L，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918－2002》的一级A标准。研究还表明，系统趋于稳定后进水COD负荷在200～350 mg/L之间对去除率没有明显的影响，说明湿地系统抗COD负荷能力较强[11]。

图2 处理系统对COD的去除效果

2.2 对NH4+-N的去除效果

图3显示处理系统对NH4+-N的去除效果。当进水NH4+-N处于34.70～58.90 mg/L时（平均值为45.14 mg/L），湿地系统出水NH4+-N为5.60～30.30 mg/L（平均值为 18.46 mg/L），NH4+-N去除率为40.95%～87.21%（平均去除率为58.87%）。系统刚启动时，由于吸附作用，出水NH4+-N比较低；系统启动一段时间后，在植物生长未达到稳定状态前，随着进水NH4+-N的升高，系统出水NH4+-N会相应上升；但在植物生长达到稳定状态后（第20天后），湿地系统出水NH4+-N基本稳定在20 mg/L左右。潜流式人工湿地的脱氮机理主要通过水生植物吸收、微生物的硝化和反硝化以及氮的挥发等途径被去除[12]。系统中植物根围区形成有利于微生物实现硝化作用的好氧微区，同时在远离根系的地方形成厌氧区[13-15]。人工湿地氧状态影响着污染物去除效果。而水力负荷、水力停留时间以及水深不仅影响着氧状态，同时又是影响人工湿地运行的三大要素[16]。

图3 处理系统对NH4+-N的去除效果

2.3 对TP的去除效果

图4表示处理系统对TP的去除效果。当进水TP处于2.98～4.98 mg/L时（平均值为4.00 mg/L），湿地系统出水TP为0.12～0.71 mg/L（平均值为0.46 mg/L），TP去除率为77.24%～96.94%（平均去除率为88.47%）。由于系统的吸附作用，初始出水TP值较低，随着植物的生长良好（第11天后），系统出水TP稳定在0.5 mg/L左右，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918－2002》的一级A标准。研究表明，磷的去除差异和氧的差异之间没有明显的相关性，但磷的去除和基质、植物的关系非常密切[17]。因而总磷的去除相对于氨氮的去除受系统氧状态的影响较弱。

图4 处理系统对TP的去除效果

2.4 对BOD5的去除效果

图5表示处理系统对BOD5的去除效果。由于BOD5测定时间较长，对于该指标的监测，只能每隔一定时间抽查该指标的去除情况，试验进行过程中，总共进行了6次检测。检测发现，该污水可生化性较好（进水COD/BOD5为0.47），系统对BOD5去除率较高。当进水BOD5处于140.60～185.70 mg/L时（平均值为156.90 mg/L），湿地系统出水BOD5为15.60～32.60 mg/L（平均值为 22.65 mg/L），BOD5去除率为81.05%～89.31%（平均去除率为85.79%）；系统稳定后（第3次检测后即第15天后），出水BOD5维持在20 mg/L以下，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918－2002》的一级B标准。

图5 处理系统对BOD5的去除效果

2.5 对SS的去除效果

图6是处理系统对SS的去除效果。当进水SS处于189.00～289.00 mg/L时（平均值为243.58 mg/L），湿地系统出水SS为10.00～48.00 mg/L（平均值为18.50 mg/L），SS去除率为80.80%～95.56%（平均去除率为92.36%），表明该系统对SS的去除效果很好；系统稳定后（第4次检测后即第12天后），出水SS基本稳定在20 mg/L以下，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918－2002》的一级B标准。