農(nóng)村生活污水處理厭氧+跌水曝氣+人工濕地組合工藝

在農(nóng)村地區(qū)土地資源充足的情況下，生態(tài)處理系統(tǒng)是較為常見的污水處理技術(shù)。其中人工濕地具有出水水質(zhì)好、運(yùn)行管理方便、投資及運(yùn)行費(fèi)用低、脫氮除磷效果好等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也具有進(jìn)水負(fù)荷承載力差、易于堵塞、受季節(jié)影響等缺點(diǎn)。因此，該技術(shù)不宜單獨(dú)作為污水處理工藝使用，組合處理工藝更適應(yīng)農(nóng)村的污水排放現(xiàn)狀。本研究針對農(nóng)村生活污水的特點(diǎn)，進(jìn)行了厭氧+跌水曝氣+人工濕地組合工藝處理生活污的研究，以期為該類型農(nóng)村生活污水的處理提供技術(shù)參考。

1、材料與方法

1.1 組合工藝及其運(yùn)行條件

實(shí)驗(yàn)所用污水來自北京市某農(nóng)村家庭的生活雜排水，其水質(zhì)特征如表1所示。實(shí)驗(yàn)采用的厭氧+跌水+人工濕地組合工藝流程如圖1所示，厭氧反應(yīng)池和跌水曝氣反應(yīng)池為一體化裝置，裝置的有效容積為10L，長×寬×高為56cm×12cm×16cm，兩者的容積比為1∶1；厭氧反應(yīng)池內(nèi)裝軟性填料，跌水曝氣反應(yīng)池內(nèi)裝球形填料，球形填料直徑為45mm；人工濕地為潛流人工濕地，長×寬×高為70cm×45cm×45cm，土壤層厚度為10cm，蛭石和鋼渣層厚度為20cm，卵石層厚度為25cm。

為模擬農(nóng)村污水的特點(diǎn)，進(jìn)水分為早(08∶00―09∶00)、中(12∶00―13∶00)、晚(18∶00―19∶00)3個(gè)時(shí)段，每天進(jìn)水10L。厭氧反應(yīng)池HRT為12h。跌水曝氣反應(yīng)池HRT為12h。實(shí)驗(yàn)中人工濕地采用跌水的方式進(jìn)行充氧，利用高差使水流從厭氧段跌入到第2段反應(yīng)池，使其富氧，跌水高度6cm，跌水曝氣反應(yīng)池表面DO為0.8~1.2mg?L-1，厭氧反應(yīng)池表面DO為0.5~0.7mg?L-1。人工濕地的類型為潛流人工濕地，濕地采用兩級串聯(lián)的方式，濕地中間增加隔板，底部聯(lián)通，布水方式采用進(jìn)水管多孔布水，從濕地上層填料中間流入，然后經(jīng)過中間隔板底部，最后從濕地右邊溢流出水。濕地種植的植物為蘆葦與香蒲。

裝置從2017年3月開始運(yùn)行調(diào)試，啟動(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)行5個(gè)月，從裝置穩(wěn)定運(yùn)行開始監(jiān)測，頻率為1周2次。裝置整個(gè)工藝流程設(shè)置了4個(gè)采樣點(diǎn)，分別為進(jìn)水端、厭氧反應(yīng)池出水端、跌水曝氣反應(yīng)池出水端和人工濕地出水端。

1.2 分析方法

COD采用分光光度法測定；TN和TP均由哈希多指標(biāo)分析儀(哈希dr2800，美國)測定；NH+4-N采用納氏試劑紫外分光光度法測定；SS按照標(biāo)準(zhǔn)重量法(GB11901-1989)測定；DO采用溶解氧儀(Oxi3210，WTW，德國)測定。

2、結(jié)果與討論

2.1 組合工藝對COD的去除效果

組合工藝對COD的去除效果和沿程變化如圖2所示。從圖2可以看出，裝置在穩(wěn)定運(yùn)行階段，進(jìn)水COD的平均值為151.9mg?L-1(83.5~249.0mg?L-1)；人工濕地出水COD平均值為37.9mg?L-1(12.6~70.7mg?L-1)，均達(dá)到了城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)一級A，裝置COD的平均去除率達(dá)到74.5%(60.2%~92.7%)。結(jié)果表明，組合工藝裝置對有機(jī)物有較好的降解效果，雖然進(jìn)水COD水質(zhì)波動(dòng)較大，但COD出水水質(zhì)較為平穩(wěn)。這是因?yàn)閰捬醴磻?yīng)池、跌水曝氣反應(yīng)池和人工濕地工藝的組合起到緩沖、調(diào)節(jié)和降解的作用，面對進(jìn)水水質(zhì)的波動(dòng)，能有效抗擊沖擊負(fù)荷，保障出水水質(zhì)穩(wěn)定。其中厭氧反應(yīng)池、跌水曝氣反應(yīng)池和人工濕地去除率分別為24.0%、19.5%和31.0%，人工濕地的去除率要明顯高于厭氧反應(yīng)池和跌水曝氣反應(yīng)池。

2.2 組合工藝對NH4+-N的去除效果

組合工藝對NH4+-N的去除效果和沿程變化如圖3所示。從圖3可以看出，裝置在穩(wěn)定運(yùn)行階段，進(jìn)水NH+4-N的平均值為17.8mg?L-1(10.8~28.7mg?L-1)，人工濕地出水NH+4-N平均值為7.0mg?L-1(4.3~9.1mg?L-1)，達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)一級B。裝置NH+4-N的平均去除率達(dá)到59.0%(36.0%~70.0%)，其中厭氧反應(yīng)池的去除率為11.6%，跌水曝氣反應(yīng)池的去除率為17.4%、人工濕地去除率為30.0%。裝置對NH+4-N的去除效果較好。這主要是依靠厭氧反應(yīng)池的厭氧氨化和反硝化，跌水中的氨化、硝化和反硝化作用對NH+4-N的去除起到了復(fù)合加強(qiáng)作用。

2.3 組合工藝對TN的去除效果

組合工藝對TN的去除效果和沿程變化如圖4所示。從圖4可以看出，裝置在穩(wěn)定運(yùn)行階段，進(jìn)水TN的平均濃度為20.7mg?L-1(11.8~29.8mg?L-1)，人工濕地出水TN平均濃度為8.5mg?L-1(4.5~10.1mg?L-1)，裝置TN的平均去除率達(dá)到57.2%(39.8%~70.53%)，出水TN維持在較低水平，達(dá)到城鎮(zhèn)污水排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)一級A，并且出水穩(wěn)定。其中各單元對TN的去除率為人工濕地(36.7%)>厭氧反應(yīng)池(12.1%)>跌水曝氣反應(yīng)池(8.4%)。人工濕地在整個(gè)TN的去除過程中起主導(dǎo)地位，這主要是依靠不斷交替的濕地微環(huán)境，在硝化作用和反硝化作用下，對污水中氮的化合物進(jìn)行去除，同時(shí)還有濕地植物根際的吸收作用。

2.4 組合工藝對TP的去除效果

組合工藝對TP的去除效果和沿程變化如圖5所示。從圖5可以看出，裝置在穩(wěn)定運(yùn)行階段，進(jìn)水TP的平均濃度為8.0mg?L-1，人工濕地出水TP平均濃度為3.3mg?L-1，裝置TP的平均去除率達(dá)到59.5%。人工濕地對TP的貢獻(xiàn)最大，達(dá)到43.9%；而厭氧池只貢獻(xiàn)了8.8%；跌水反應(yīng)池貢獻(xiàn)了7.8%。這可能主要是由于本研究的濕地中層填料介質(zhì)采用了蛭石和鋼渣，可以對進(jìn)入到濕地的磷進(jìn)行吸附去除；而且水生植物的根系通過輸氧給填料介質(zhì)，形成了一個(gè)好氧環(huán)境，這樣的條件有利于介質(zhì)對磷的吸附、沉淀、蓄積；同時(shí)，植物根系也會吸收和吸附部分磷。

2.5 組合工藝對SS的去除效果

組合工藝對SS的去除效果和沿程變化如圖6所示。從圖6可以看出，裝置在穩(wěn)定運(yùn)行階段，進(jìn)水SS的平均濃度為78.9mg?L-1，人工濕地出水大部分出水是小于10mg?L-1，SS平均濃度為6.6mg?L-1，裝置SS的平均去除率達(dá)到91.6%。這表明該工藝能有效的去除雜排水中的SS。其中厭氧反應(yīng)池、跌水曝氣反應(yīng)池、人工濕地的去除率分別為34.8%、40.3%和16.5%。厭氧反應(yīng)池中SS的去除是因?yàn)閰捬蹙鷮⒉糠謶腋⌒杂袡C(jī)物降解成可溶性的，使出水SS降低；并且人工濕地對出水中SS也有過濾的作用。

3、結(jié)論

1)采用厭氧+跌水曝氣+人工濕地組合工藝處理農(nóng)村生活污水雜排水，其中COD、TN和SS出水達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)一級A。

2)組合工藝對COD、TN、TP、NH4+-N和SS的平均去除率分別為74.5%、57.2%、84.2%、59.0%和91.6%；在組合工藝對污染物沿程去除效果分析中，人工濕地對COD、TN、TP和NH4+-N的去除率最大，而厭氧反應(yīng)池對SS的貢獻(xiàn)率最大。

3)組合工藝處理對農(nóng)村生活雜排水具有良好的凈化處理效果，裝置運(yùn)行能耗低，適合用于在農(nóng)村推廣應(yīng)用。（來源：長沙理工大學(xué)水利工程學(xué)院，水沙科學(xué)與水災(zāi)害防治湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南省環(huán)境保護(hù)河湖污染控制工程技術(shù)中心，北京排水集團(tuán)，中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心）