人工湿地处理农村生活污水启动调试研究

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。

图6 处理系统对SS的去除效果

3 结 论

（1）启动调试运行表明，该湿地系统对有机物、NH4+-N、TP具有快速的启动效果，系统运行10～20 d即可趋于稳定。

（2）系统对 COD、NH4+-N、TP、BOD5和 SS的去除率较高，平均去除率分别为73.30%、58.87%、88.47%、85.79%、92.36%。其中出水COD、TP能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918－2002》的一级A标准，BOD5、SS能达到一级B标准。

（3）系统对NH4+-N的处理效果相对于有机物的去除效果较弱，这主要与系统氧状态有关，可通过水力负荷、水力停留时间以及水深进行调节。

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