厭氧生物預處理-潛流人工濕地技術處理農村生活污水
摘要：以浙江省某沿海山區(qū)農村生活污水處理工程為例，探討了厭氧生物與處理—垂直潛流人工濕地組合工藝結合濕地復氧廊道技術和序批式運行方式在農村生活污水處理中的應用。結果表明，該組合工藝在處理農村生活污水具有運行費用低，管理維護簡單，適合農村生活污水處理，并且出水水質可達《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級B標準。
關鍵詞：潛流人工濕地 厭氧生物預處理 農村生活污水 序批式
0 前言
農村地區(qū)未經處理的生活污水嚴重污染了土壤、地表水和地下水，是造成農村環(huán)境污染的重要原因之一。人工濕地污水處理技術是20世紀70年代興起的一種新型生態(tài)污水處理技術，由于具有對污染物去除效果好、基建和運行費用低、工藝設備簡單、維護管理方便等特點，正逐漸被應用于廣大中小城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村地區(qū)的生活污水處理中。潛流人工濕地作為人工濕地的一種類型，因其充分利用了濕地的空間，發(fā)揮了系統(tǒng)間的協(xié)同作用，使污水處理能力得到大幅度提高，且占地面積相對較小，因而在污水處理中已經得到了廣泛的應用。目前，江南大部分農村地區(qū)都建有化糞池，由于化糞池出水中有機物、SS等污染物濃度均較高，如果出水直接進入潛流人工濕地，將會對人工濕地的運行造成較為嚴重的影響，在較短時間內即會造成濕地堵塞，嚴重影響濕地使用壽命。因此，在濕地前增加一道預處理，有效降低污染物濃度，可以大大延長人工濕地的使用壽命，并且保證人工濕地的出水效果。
本項目針對浙江省某沿海城市山區(qū)農村生活污水的特點，采用厭氧生物預處理＋潛流人工濕地組合工藝，并在工程實施過程中對潛流人工濕地采用序批式運行技術，有效解決了總氮去除效果差等問題，取得了預期效果。
1 水量水質
本項目位于浙江省沿海某山區(qū)村內，為農村生活污水處理工程。該村常住人口數(shù)量為800人，人均排污水量為70L／（人·d），項目考慮20％的遠期發(fā)展，計算污水處理站設計規(guī)模70m3／d，處理后的污水就近排入周邊河道，出水水質執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級B標準。
污水處理站設計進水水質及排放標準如表1所示。
表1 進水水質及排放標準
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2 工藝流程及主要構筑物、設備
2．1 工藝流程
污水先經格柵井攔截大部分較大的固體懸浮物，經過格柵井后污水進入?yún)捬跎镱A處理池，在該池中去除一部分有機污染物及大部分固體懸浮物，通過水泵提升進入人工濕地，在人工濕地中，污水中剩余的部分污染物通過濕地基質的過濾吸附、濕地植物根系的吸收、好氧與厭氧微生物菌群的分解作用被去除，從而使污水得以凈化。厭氧生物預處理＋潛流人工濕地污水處理工藝流程如圖1所示。
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圖1 厭氧生物過濾預處理＋潛流人工濕地處理工藝
2．2 主要構筑物與設備
2．2．1 隔柵井（含格柵）
隔柵井1座，磚混結構。平面尺寸為2m×1．2m，深1．5m，有效水深0．5m。井內設人工格柵1套，格柵寬1 200mm，柵條間隙10mm，柵渣及時清理外運處置。隔柵井主要作用是截留污水中較大的懸浮物，減少后續(xù)構筑物負擔。
2．2．2 厭氧生物預處理池
厭氧生物預處理池1座，用于污水預處理。鋼筋混凝土結構，平面尺寸7m×6m，深度2．5m。有效水深2m，有效容積84m3，污水停留時間為28．8h。
厭氧生物預處理池埋地布置，池體較大，不利于水體流動，因此設置5塊導流折板，將池體分隔成五個廊道，有效改善流態(tài)。為了進一步降低進入濕地的污染負荷，在導流槽的第2和第5槽設置彈性立體填料，利用綜合池液位上下變動，使彈性立體填料不斷處于好氧、厭氧交替狀態(tài)，有效降低污染物濃度。
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圖2 厭氧生物預處理池
綜合池末端二級提升潛污泵2臺（1用1備，運行功率0．2kW），該水泵自帶液位開關，可自動根據(jù)綜合池內液位高低開啟和停止水泵，操作管理簡單。
2．2．3 人工濕地植被床
本處理工藝的主體構筑物，用于去處污水中的有機污染物、氨氮和磷。濕地床共280m2，濕地床深1m。濕地表面負荷為0．25m3／（m2·d）。
傳統(tǒng)的垂直潛流人工濕地對氨氮、總氮和總磷的去除效果有限，本項目濕地在建設時，通過采用大氣復氧廊道技術，即在濕地表面采用復氧廊道－種植沙土交替配置的方式，使人工濕地不僅能夠種植植物，而且能通過大氣復氧廊道聯(lián)通大氣，結合運行時采用序批式運行方式，使人工濕地基質一直處于好氧、厭氧交替運行狀態(tài)，對氨氮和總氮有較好的去除效果。
為解決濕地生物除磷效果瓶頸，在本工程中采用高爐渣作為濕地基質組成的一部分。高爐渣是煉鐵的副產品，本身含有較多的鈣、鎂、鐵、鋁等金屬元素，使得溶解性磷酸根容易與這些金屬元素形成磷酸鹽沉淀；另外，高爐渣的多孔結構也為吸附沉淀提供了有利條件，從而保證污水中磷素得以有效去除。
濕地表面種植常綠多年生草本植物，改善了濕地表面冬季植物枯萎造成景觀及處理效果的影響。
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圖3 濕地布置
2．2．4 總平面布置
本項目總占地面積536m2，主體構筑物以及人工濕地均為埋地布置，地表無建筑。
工程完工后濕地上部種植常青植物大花金雞菊，該植物具有花期長，對環(huán)境要求底等特點。在便于管理的同時也對污水處理站環(huán)境起到了美化作用。厭氧生物與處理池上部覆土后終止草坪，濕地周邊種植鳳尾竹、紅葉石楠、香樟樹等植物，整體視覺效果高低有致、色彩鮮艷。使得污水處理站具有一定的景觀效果。污水處理站總平面圖見圖4。
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圖4 濕地總平面布置
2．3 工程特色
2．3．1 厭氧生物過濾預處理特點
（1）占地面積小、選址簡單、施工方便。
（2）預處理構筑物中只有兩臺微動力水泵，運行費用低，和傳統(tǒng)工藝相比，運行維護方便。
（3）與處理池中采用了折板導流和生物填料，并且在運行過程中隨著池內也為的變動，填料上微生物處于厭氧－好氧的環(huán)境中，有利于污染物的去除，處理效率較高，為后續(xù)的人工濕地處理降低負荷及面積。
2．3．2 人工濕地特點
（1）由基質、植物和微生物組成了人工濕地生態(tài)系統(tǒng)，是一種生態(tài)化的污水處理方式，結合園林化的布置，適合在農村地區(qū)推廣使用。
（2）與傳統(tǒng)的表面流人工濕地相比，垂直潛流人工濕地具有高效、清潔、不滋生蚊蠅等特點。
（3）部分濕地基質采用高爐渣，利用金屬離子并結合高爐渣的多孔吸附作用，有效去除磷酸鹽。
（4）濕地采用復氧廊道，濕地植物避開廊道種植，結合序批式運行方式能有效去除氨氮和總氮。
3 運行效果及經濟效益分析
3．1 運行效果
該工程自2009年12月完成調試投入運行后出水水質穩(wěn)定，2010年6月竣工驗收監(jiān)測的平均進出水水質如表3所示。
表2 進出水水質及排放標準
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注：出水水質1為厭氧生物預處理池出水，出水水質2為人工濕地出水。
監(jiān)測結果表明，采用厭氧生物與處理＋潛流人工濕地組合工藝處理浙江省沿海某山區(qū)村內農村生活污水，出水水質可達《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級B標準。
3．2 經濟效益
工程總投資約為39萬元，其中土建投資約為23萬元，設備材料、安裝調試及其他投資約為16萬元。處理規(guī)模為70m3／d。折合單位水量投資費用為5 500元／m3。
污水處理運行直接成本主要包括電費，約為0．03元／m3。
4 結語
（1）采用厭氧生物與處理＋潛流人工濕地組合工藝可以有效處理浙江省沿海某山區(qū)村內農村生活污水。出水達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級B標準。
（2）就地取材，采用高爐渣作為濕地基質的一部分，有效去除了污水中總磷。
（3）濕地采用大氣復氧廊道并結合序批式運行方式，污水處于連續(xù)的厭氧—好氧環(huán)境，能有效處理氨氮和總氮。
（4）整體工藝簡單，運行維護工作量少，適合管理水平相對較低的農村地區(qū)。
（5）結合園林化設計，將污水處理站建設成景觀花園，和生態(tài)新農村建設相結合。
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