人工湿地技术处理农村生活污水效果研究

何利华

摘      要：在探讨了人工湿地在农村生活污水处理中的研究进展基础上，以湖北省荆门市沙陽县某农村的生活污水为处理对象，连续布设了两个人工湿地，在每个湿地中分别布设不同的基质，采用沉砂池+2个水平潜流式人工湿地进行处理，分析了每个湿地进出水中TN、TP、COD和NH3-N污染物浓度值以及去除率，结果表明：水平潜流人工湿地在处理农村生活污水时对废水中COD有较好的去除能力，COD的去除率在80%左右;采用多个人工湿地综合运用能明显的提高污水中污染物的去除效果，当湿地中布设瓜子皮、砂石等基质时污染物去除效果比砂效果好;温度能影响人工湿地中植物的生长，且对植物吸附污染物能力有较大影响，各污染物浓度在夏季去除效果比冬季较好。

关  键  词：人工湿地;生活污水;去除率

中图分类号：TD163+.1       文献标识码： A       文章编号： 1671-0460（2019）12-2754-05

Abstract： Based on the research progress of constructed wetland in rural domestic sewage treatment， taking domestic sewage from Shayang county of Jingmen city as treatment object， two domestic wetlands with different substrates were built， and grit chamber and 2 horizontal subsurface flow constructed wetlands were used to treat the domestic sewage. The concentration values and removal rates of TN， TP， COD and NH3-N in each wetland influent and effluent were analyzed. The results showed that， the subsurface flow constructed wetland had good removal ability of COD in wastewater during treating rural domestic sewage， and the removal rate of COD was about 80%; the comprehensive utilization of multiple constructed wetlands obviously improved the removal effect of pollutants in sewage. When melon seed skin， sand and stone were used as the substrate in the wetland， the pollutant removal effect was better than the sand effect; the temperature could affect the growth of the plant in the constructed wetland， and had a greater impact on the adsorption capacity of the plant to pollutants， so removal rate of pollutants in summer was better than that in winter.

Key words： Constructed wetland; Domestic sewage; Removal rate

1  引 言

近年来，随着我国城乡一体化以及城市化的逐步发展，目前大部分农村生活污水均没有统一的收集设施，能将这些生活污水收集后统一处理的更少，对于原有的农村生活污水处理系统[1]，一般系统污水处理量赶不上每年村庄新增的污水排放量，且污染物去除率较低[2]，但随着我国新农村建设的一步步规划，新建立的农村在规划区均会设计好统一的污水排放去向以及处理系统。农村生活污水主要来源于洗衣、洗澡、厕所、做饭以及冲洗等，废水中主要包含一些常规的污染物（如氮、磷、化学需氧量、生化需氧量等），据报道[3]，农村生活污水的污染物浓度与当地经济发展水平关系较大，经济落后地区污水排放量虽然较小，但对于水体有重复利用的习惯反而造成污染物浓度大。

污水处理工艺大部分都是采用厌氧、好氧或两者综合的方法，传统生活污水处理工艺大部分是生化法（如生物转盘、活性污泥法以及氧化沟法），农村由于可用来建设污水处理设施的土地面积较大，近年来人工湿地技术因运营成本小越来越受到广大设计者的青睐，人工湿地主要有垂直流人工湿地、表面潜流式人工湿地和水平潜流式人工[4]湿地三种，表流式人工湿地主要通过微生物以及植物共同作用使污染物得以去除，水平潜流人工湿地主要通过基质-植物-微生物三者共同作用使污染物得以去除，垂流式人工湿地主要通过管道重新布设污水的排放，使污染物在水体中分布均匀，进而通过一些好氧手段使污染物得以去除。目前有关人工湿地在农村生活废水中的研究较多，如林媛媛等[5]在充分分析了现有人工湿地构造的缺陷，并计算了湿地中不同构造层在污水处理时对污染物去除的贡献率;丁海静等[6]采用单一变量法通过在湿地中布设不同的机制结构，研究了不同结构湿地在不同水力负荷下各污染物的去除效果;郑杰等[7]采用数值模拟软件模拟了人工湿地在铺设不同的基质厚度、不同基质铺设顺序、导流板设置方式等条件下湿地水力性能参数，并对其进行了系统性的评价;赵智超[8]等分析了BCD-人工湿地组合工艺在处理农村生活污水时污染物的去除效果;张燕等[9]分析了在人工湿地中添加亚铁试剂对氮、磷的去除效果，并分析了亚铁试剂去除氮磷的机理;熊仁等[10]采用人工湿地+好氧曝气+厌氧组合的工艺处理农村生活污水，选取氨氮、总氮、总磷、化学需氧量和悬浮物5个指标分析了该工艺对污染物去除效果以及该工艺的优劣性所在;胡洁等[11]以巢湖流域某污水处理厂排放的尾水为研究对象，采用表流和潜流综合的人工湿地技术进行处理，分析了出水中氨氮、总氮和总磷的去除效果;邱俊等[12]以江西省瑞金市某农村生活污水为处理对象，采用水解酸化+氧化塘+人工湿地技术进行处理，详细的分析了该工艺对农村生活污水处理的优劣性所在。本文拟以湖北省荆门市沙阳县某农村的生活污水为处理对象，在湿地中布设沸石、粉煤灰和炉渣等介质，采用沉砂池+2个水平潜流式人工湿地进行处理，并分析该组合工艺对污水的处理效果，研究结论以期为该工艺在农村生活污水处理中的应用推广提供理论参考。

2  材料与方法

项目地址位于湖北省荆门市沙阳县的某个农村，污水来源于该村生活污水，在项目的位于共建设了两个水平潜流式人工湿地，两个湿地中分别布置不同的基质，湿地的平面布置和结构示意图见图1和图2。1#和2#湿地又均由污水净化池和沉淀池组成，由于不同的基质对污染物的吸附能力不同，且同一种基质构造不同时对污染物去除效果也不同，据报道石灰石和沸石等对污染物去除效果较好，两个湿地结构层选用的基质见表1和表2。

湿地中可种植的植物包括沉水植物、挺水植物等，据报道芦苇和美人蕉对农村生活废水中污染物具有良好的去除能力，因此在两个湿地中均同时种植美人蕉、芦苇和菖蒲，美人蕉的种植间距为15 cm×15 cm、芦苇种植间距为10 cm×10 cm、菖蒲种植间距为15 cm×15 cm。

湿地中可种植的植物包括沉水植物、挺水植物等，据报道芦苇和美人蕉对农村生活废水中污染物具有良好的去除能力，因此在两个湿地中均同时种植美人蕉、芦苇和菖蒲，美人蕉的种植间距为15 cm×15 cm、芦苇种植间距为10 cm×10 cm、菖蒲种植间距为15 cm×15 cm。对湿地水质进行了为期一年的监测，在2、4、6、8、10和12月中旬测一次，废水中化学需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）、总氮（TN）、总磷（TP）检测方法见表3，进水中COD浓度为80 ～150 mg/L、NH3-N浓度为12 ～50 mg/L、TP濃度为0.5 ～1 mg/L、TN浓度为30～60 mg/L。

由图3分析可知：1#人工湿地进水COD浓度在全年各月均有所波动，夏季浓度较高，尤其在10月出水COD浓度比进水COD浓度要高，笔者分析这可能是因为监测年份的10月份水质波动较大，大部分COD本来原吸附在水生植物中，在水动力条件下得以释放。虽进水中COD浓度规律不明显，但全年进水COD的去除率却逐渐下降，笔者分析可能是因为植物中吸收的营养物质逐渐增多逐渐达到饱和，图4中COD去除率变化规律不明显。

由图3和图4综合对比分析可知：1#湿地6月、10月和12月出水中COD浓度可达《污水综合排放标准》中一级B标准，4月和8月出水水体COD浓度略高于该标准，说明该工艺对水体COD有较好的去除能力。2#湿地出水中COD浓度均优于《污水综合排放标准》中一级A标准。

3.2  NH3-N去除效果分析

监测期间1#和2#人工湿地进出水中NH3-N浓度及NH3-N去除率见图5和图6。

由图5和图6分析可知：1#湿地NH3-N去除率各月份波动较大，尤其是10月份去除率最高（73.2%），而2#湿地NH3-N去除率在各月最低（43.7%），说明10月份进水中的NH3-N主要在1#湿地得以去除进入2#湿地的废水NH3-N含量较少。综合对比分析可知：1#湿地出水中NH3-N浓度只有在10月份满足《污水综合排放标准》中一级标准，其他各月NH3-N浓度均只能达到《污水综合排放标准》中一级标准，但2#人工湿地出水中氨氮浓度均较低，远低于《污水综合排放标准》中一级标准值，且NH3-N浓度在2#人工湿地中去除率较高，几乎都在70%左右，说明瓜子皮和碎石作为人工湿地基质对NH3-N浓度有较好的吸附能力。

3.3  TN去除效果分析

监测期间1#和2#人工湿地进出水中TN浓度及TN去除率见图7和图8。

由图7和图8分析可知：1#湿地TN去除率在2-10月有逐渐升高趋势，12月有所降低，但降低幅度较小，说明水生植物经过这么长时间已经逐渐适应了进水的水质状况，2#湿地TN的去除率在8月份之前是逐渐下降随后逐渐升高。两个湿地TN浓度及去除率综合对比分析可知：1#湿地出水中TN浓度在所有月份均无法满足《污水综合排放标准》中一级标准，TN去除率从42%～-63%不等，但2#人工湿地出水中TN浓度均较低，远低于《污水综合排放标准》中一级标准值，且TN浓度在2#人工湿地中去除率较高，几乎都在70%左右，说明多个人工湿地累加运行可以良好的去除污水中TN浓度。

3.4  TP去除效果分析

监测期间1#和2#人工湿地进出水中TP浓度及TN去除率见图9和图10。

由图9和图10分析可知：1#湿地进水中TP浓度在4月和10月较大，但10月份TP去除率最高（47.2%）;2#湿地出水TP浓度较为稳定，且各月份TP去除率保持在80%以上，两图综合对比分析可知：1#湿地出水中TP浓度在所有月份均无法满足《污水综合排放标准》中一级标准，TP去除率从30%～50%不等，但2#人工湿地出水中TP浓度均较低，远低于《污水综合排放标准》中一级标准值，且TP浓度在2#人工湿地中去除率较高，几乎都在90%左右，说明多个人工湿地累加运行可以良好的去除污水中TP浓度。

4  结 论

本文在探讨了人工湿地在农村生活污水处理中的研究进展基础上，以湖北省荆门市沙阳县某农村的生活污水为处理对象，连续布设了两个人工湿地，在每个湿地中分别布设不同的基质，采用沉砂池+2个水平潜流式人工湿地进行处理，分析了每个湿地进出水中TN、TP、COD和NH3-N污染物浓度值以及去除率，结果表明。

（1）水平潜流人工湿地在处理农村生活污水时对废水中COD有较好的去除能力，COD的去除率在80%左右;

（2）采用多个人工湿地综合运用能明显的提高污水中污染物的去除效果，当湿地中布设瓜子皮、砂石等基质时污染物去除效果比砂效果好;

（3）温度能影响人工湿地中植物的生长，且对植物吸附污染物能力有较大影响，各污染物浓度在夏季去除效果比冬季较好。

参考文献：

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[3]曹笑笑，吕宪国，张仲胜，等.人工湿地设计研究进展[J].湿地科学，2013，11（1）：121-128.

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