多介质膜生物反应器-复合人工湿地组合工艺处理农村生活污水中试试验

刘璐　孙利利　陈建　马金　柯凡

摘要 根据派河支流光明大堰河流域范围内产生的农村生活污水NH3-N、COD含量超标的特点，以湿地技术为核心，设计了BA-MBR+复合人工湿地组合处理技术模型。模型经过调试运行，随着挂膜逐渐成熟后，对系统进出水质进行监测与分析。结果显示该系统对SS、CODCr、TN、NH3-N、TP平均去除率分别达90%、55%、42%、75%、30%。该工艺采用多级曝气，增加溶解氧含量，对氨氮去除效果明显，提高脱氮效率。整套系统内部形成“好氧-厌氧”的环境，有效削减污染物含量，脱氮除磷效果较好。该工艺适用于处理农村生活污水，且工艺采用湿地净化技术，运行成本低，村镇融合效果好，环境、生态效益好，易于在农村地区推广。

关键词 复合人工湿地;巢湖;农村生活污水;净化效果

中图分类号 X799.3文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2019）21-0077-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.21.024

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Pilot Test of Medium Membrane BioreactorComposite Constructed Wetland Combination Process for Treatment of Rural Domestic Sewage

LIU Lu1，SUN  Lili2，CHEN Jian3 et al

（1.School of The Environment， Nanjing University，Nanjing，Jiangsu  210000;2.Beijing Guohuan Tsinghua Environmental Engineering Design & Research Insitute Co.， Ltd.，Beijing  100084;3.Hefei University of Technology，Hefei， Anhui 230000）

Abstract According to the characteristics of excess NH3N and COD content of rural domestic sewage generated within the Guangming Dayan River basin， a tributary of Paihe River， the bambr + composite constructed wetland combined treatment technology model was designed with wetland technology as the core. After debugging and running， the water quality in and out of the system was monitored and analyzed as the hanging film gradually matures. The results showed that the average removal rates of SS， CODCr， TN， NH3N and TP in the system reached 90%， 55%， 42%， 75% and 30% respectively. This process adopted multistage aeration to increase the content of dissolved oxygen， obviously removed ammonia nitrogen and improved the efficiency of nitrogen removal. An "aerobicanaerobic" environment was formed in the whole system， which could effectively reduce the content of pollutants and achieve better denitrification and phosphorus removal. This process was  suitable for the treatment of rural domestic sewage， and the process adopted wetland purification technology， with low operating cost， good integration effect of villages and towns， good environmental and ecological benefits， and easy to be popularized in rural areas.

Key words Composite constructed wetland;Lake Chao;Rural domestic sewage;Purification effect

基金項目 国家“十三·五”水体污染控制与治理科技重大专项（2017ZX07603-004）。

作者简介 刘璐（1988—），女，河北张家口人，硕士研究生，研究方向：环境保护。

通信作者，助理研究员，博士，从事专业湖泊生态与环境工程研究。

收稿日期 2019-04-17

巢湖是我国五大淡水湖之一，其总流域面积1.35万km2，流域内涉及安徽省内5市16县[1]，流域内河流众多，水资源丰富。根据《巢湖2005—2014年湖体水质状况》[2]显示湖体内水质超过地表水Ⅲ类标准，总氮、总磷为主要超标污染物，据监测资料显示，西半湖水质受到重度污染，水质状况为劣Ⅴ类水质;东半湖水质为轻度污染，水质状况为Ⅳ类水质[2]。其中派河作为巢湖入湖河流之一，其入湖水量虽不到巢湖入湖水量的10%，但总氮、总磷入湖负荷占巢湖入湖负荷的15%左右。为减轻巢湖西半湖富营养化问题，削减入湖污染负荷，在派河下游构建清水廊道、保障入湖水质十分必要;另一方面，为解决淮河水污染严重和水资源缺乏问题，“引江济淮”工程已动工，派河作为调水通道，其水质状况也与调水条件所要求的Ⅲ类水质标准相差较大，派河水污染治理非常迫切。光明大堰河作为派河一级支流，处在派河下游地区，其小流域范围内污染物削减、保障入湖水质得到改善提升成为主要任务。

光明大堰河主要流经村庄、农田，其流域内农村生活污水排放量大，且每天污水排放不连续，水量日变化系数大[3]，但由于农村生活的特点及习惯，加上没有集中设置污水处理设施，未经处理随意排放的污水直接排入河流，污水中有机物含量较高[4]，造成河道污染。

农村生活污水排放分散、来源广泛、污水成分复杂、水质水量变化大且排放不成连续性的特点导致难以采取集中处理的方式。目前我国农村生活污水处理技术主要有生态稳定塘、土壤渗滤技术、生物滤池、厌氧沼气池处理技术、人工湿地处理技术[5]。其中生物滤池技术利用生物膜对污水进行处理，生物活性高，加强对有机物的吸附和降解能力，提高硝化能力，出水水质好;人工湿地处理技术是模拟天然湿地建造的，由饱和基质、水生植物、动物、水体组成[6]，其是一种生态工程技术，對有机物净化效果、脱氮除磷效果均有优势，被广泛应用。

笔者以派河支流光明大堰河流域范围内产生的农村生活污水为研究对象，综合考虑当地水质污染情况，以湿地为核心处理技术，设计了多介质膜生物反应器+复合人工湿地组合技术中试模型。通过现场调试中试试验装置，监测中试试验装置进出水水质，分析该中试试验装置系统对农村生活污水不同污染物的净化效果，探讨和验证该系统工艺设计参数对于类似农村生活污水处理的适用性及工艺设计上的优缺点。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

光明大堰河位于安徽省合肥市肥西县南部，是派河的一级支流，在派河南岸。光明大堰河流域内沿途主要以村庄、农田为主，总长约11 km，小流域面积约27.8 km2，约占派河流域面积的4.7%。

1.2 研究区水质状况

由于光明大堰河下游缺乏常规历史监测数据，于2016年11和12月对肥西县光明大堰河进行现场调查，并沿河流方向自上游至下游设置6个断面进行水样采集，测试水质数据，监测考核水质指标包括COD、NH3-N和TP。

（1）COD指标。从图1可以看出，光明大堰河下游水质相对较好，而上游的1、2号断面水质较差，2号断面COD值达130.9 mg/L，污染严重，通过现场调研，该断面上游有大量的养殖废水直接排入河道导致其污染严重。从图1可以看出，光明大堰河各监测断面COD指标均存在超标情况，不能达到Ⅳ类水标准。该地区养殖场较多，农村生活污水以及区内两岸农业面源混杂，污染物流入水体导致COD超标。

（2）NH3-N指标。相较于COD指标，光明大堰河NH3-N水质情况较为严峻，平均含量是地表水IV类的2～6倍，氨氮超标情况主要受径流区内农村生活污水直接排放入河道的影响，造成河道断面水质突然下降（图2）。

（3）TP指标。由图3可知，就TP指标而言总体不高，第一次采样中光明大堰河1、3、4号断面均达到地表Ⅳ类水质标准，5号断面略超标;2号断面TP含量达1.38 mg/L。

通过对研究区目标水体水质监测及初步分析，光明大堰河主要超标因子是NH3-N、COD，该指标处于Ⅴ类水质。尤其在2号断面，各指标水质超标严重，造成河道断面水质差的主要因素之一是流域内农村生活污水不经处理直接排放入河道中。

47卷21期刘 璐等 多介质膜生物反应器-复合人工湿地组合工艺处理农村生活污水中试试验

1.3 中试试验装置

中试试验建设在安徽省肥西县上派镇

污水处理厂内，设计处理量7 m3/d。主要用于处理安徽省肥西县上派镇光明大堰河流域内农村生活污水。

中试试验设计为多介质膜生物反应单元（BA-MBR）+复合人工湿地组合技术。其中多介质膜生物反应单元为污水处理单元，分为曝气生物滤池（BAF）和膜生物反应器（MBR）;复合人工湿地组合技术为湿地深度净化单元，由微曝气垂直潜流湿地、水平潜流湿地、生态氧化塘3个单元构成。

整套中试试验装置采用3个φ500 mm柱状装置、2个矩形装置串联，底部封闭进水，方式均采用下进上出，满足自流。其中3个柱状装置底部设置进水孔和进气孔，进气孔内接曝气砂头，柱状装置外壁上每隔200 mm 开一个水样采集孔。距底部200 mm处设置承托架，上方填充滤料或基质。曝气由一台空压机提供（Q=0.248 m3/min），以进气管连接底部进气孔。在进气管路上分别设置调节阀和流量计，以调控曝气量。主要处理工艺单元见表1，其中MBR单元膜通量计20 L/（m2·h），膜面积16 m2。

1.4 监测方法

中试试验装置于2018年11月建成，12月调试完成。采取24 h不间断通水并进行观测;每天对水质进

行监测，分析各工艺单元进出水水质。主要监测指标有SS、

CODCr、总氮（TN）、NH3-N、总磷（TP）等。

1.5 分析方法及仪器

采用电子天平、紫外可见分光光度计、电子恒温水浴锅、电热鼓风干燥箱等，对水中SS、CODCr、TN、NH3-N、TP等指标，依据《水和废水监测分析方法》（第四版）[7]中的标准方法进行测定。

2 结果与分析

2.1 水质处理指标

根据《巢湖流域城镇污水处理厂和工业行业主要水污染物排放限值》（DB 34/2710—2016）地方标准中对巢湖流域城镇污水处理厂和工业行业主要水污染物排放限值的要求，CODCr不超过50 mg/L，氨氮不超过5（8）mg/L，总磷不超过0.5 mg/L。该工艺出水要求CODCr、氨氮、总磷指标按照《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）准Ⅳ类标准执行，其中对总氮不作要求（表2）。

2.2 挂膜与启动

采用自然挂膜的方式，通过自然培养微生物从而在填料表面形成生物膜。自然挂膜不引入菌种、不向内投加营养物质，主要依靠进水中可生物降解的物质提供营养成分，自然挂膜时间较长。2018年12月至2019年1月中旬为挂膜启动阶段。

3 结论

针对巢湖入湖河流派河水质恶化严重，拟在其下游支流光明大堰河流域范围内构建清水廊道工程改善河道水质及周边生态环境，该研究以光明大堰河小流域农村生活污水为研究对象，按照湿地为核心的处理工艺设计了多介质膜生物反应单元、微曝气垂直潜流湿地、水平潜流湿地、生态氧化塘处理技术模型。其中BA-MBR为污水处理段，有效拦截污染负荷;复合人工湿地系统为深度净化段，有效削减有机物、氮、磷含量，达到深度净化的目的。该系统通过多级曝气，内部形成兼氧环境，营造“好氧-厭氧”条件，同时提高硝化和反硝化作用速率。整套系统利用植物及其丛生物对农村生活污水中无机悬浮质和有机碎屑的强化沉降、吸附分解，以及对营养盐的吸收、利用等功能，去除污水中SS、部分无机和有机氮、磷等各种营养盐，使污水经过一系列的生物净化后，水质得到显著改善。整个系统对于SS平均去除率达90%;COD的平均去除率达55%;对氨氮、TN、TP的平均去除率分别为75%、42%、30%，均有较明显的净化效果。随着生物挂膜的逐步完成，整个系统脱氮除磷效果逐渐显现，出水水质基本达到设计要求。但该试验正值冬季，整个系统对TN、TP的净化作用受到气温、溶解氧量及水力停留时间的影响，还需进一步优化工艺参数。

与传统污水处理工艺相比，该工艺处理负荷较灵活，可以彻底解决一般污水处理出水微污染问题，适用于农村生活污水。且该系统末端采用湿地净化技术，污水进入河道前经过构建的湿地缓冲区，不仅可以处理农村生活污水，有效拦截削减入河污染负荷，缓冲对水力和污染负荷的冲击，增强河道自净能力，还可以通过构建较强的湿地景观植物，提升生态系统，为野生动物提供栖息地，实现湿地生态修复，美化农村生态环境，对保护生态环境具有重要意义。该套工艺适合在农村地区小流域内进行推广，其可有效削减污染负荷且景观性强，易与周边环境、村镇相互融合，建设生态文明先行新农村。

参考文献

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