人工濕地技術(shù)處理農(nóng)村生活污水效果研究

何利華

摘 ? ? ?要：在探討了人工濕地在農(nóng)村生活污水處理中的研究進(jìn)展基礎(chǔ)上，以湖北省荊門市沙陽(yáng)縣某農(nóng)村的生活污水為處理對(duì)象，連續(xù)布設(shè)了兩個(gè)人工濕地，在每個(gè)濕地中分別布設(shè)不同的基質(zhì)，采用沉砂池+2個(gè)水平潛流式人工濕地進(jìn)行處理，分析了每個(gè)濕地進(jìn)出水中TN、TP、COD和NH3-N污染物濃度值以及去除率，結(jié)果表明：水平潛流人工濕地在處理農(nóng)村生活污水時(shí)對(duì)廢水中COD有較好的去除能力，COD的去除率在80%左右;采用多個(gè)人工濕地綜合運(yùn)用能明顯的提高污水中污染物的去除效果，當(dāng)濕地中布設(shè)瓜子皮、砂石等基質(zhì)時(shí)污染物去除效果比砂效果好;溫度能影響人工濕地中植物的生長(zhǎng)，且對(duì)植物吸附污染物能力有較大影響，各污染物濃度在夏季去除效果比冬季較好。

關(guān) ?鍵 ?詞：人工濕地;生活污水;去除率

中圖分類號(hào)：TD163+.1 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? 文章編號(hào)： 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

近年來(lái)，隨著我國(guó)城鄉(xiāng)一體化以及城市化的逐步發(fā)展，目前大部分農(nóng)村生活污水均沒(méi)有統(tǒng)一的收集設(shè)施，能將這些生活污水收集后統(tǒng)一處理的更少，對(duì)于原有的農(nóng)村生活污水處理系統(tǒng)[1]，一般系統(tǒng)污水處理量趕不上每年村莊新增的污水排放量，且污染物去除率較低[2]，但隨著我國(guó)新農(nóng)村建設(shè)的一步步規(guī)劃，新建立的農(nóng)村在規(guī)劃區(qū)均會(huì)設(shè)計(jì)好統(tǒng)一的污水排放去向以及處理系統(tǒng)。農(nóng)村生活污水主要來(lái)源于洗衣、洗澡、廁所、做飯以及沖洗等，廢水中主要包含一些常規(guī)的污染物（如氮、磷、化學(xué)需氧量、生化需氧量等），據(jù)報(bào)道[3]，農(nóng)村生活污水的污染物濃度與當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展水平關(guān)系較大，經(jīng)濟(jì)落后地區(qū)污水排放量雖然較小，但對(duì)于水體有重復(fù)利用的習(xí)慣反而造成污染物濃度大。

污水處理工藝大部分都是采用厭氧、好氧或兩者綜合的方法，傳統(tǒng)生活污水處理工藝大部分是生化法（如生物轉(zhuǎn)盤、活性污泥法以及氧化溝法），農(nóng)村由于可用來(lái)建設(shè)污水處理設(shè)施的土地面積較大，近年來(lái)人工濕地技術(shù)因運(yùn)營(yíng)成本小越來(lái)越受到廣大設(shè)計(jì)者的青睞，人工濕地主要有垂直流人工濕地、表面潛流式人工濕地和水平潛流式人工[4]濕地三種，表流式人工濕地主要通過(guò)微生物以及植物共同作用使污染物得以去除，水平潛流人工濕地主要通過(guò)基質(zhì)-植物-微生物三者共同作用使污染物得以去除，垂流式人工濕地主要通過(guò)管道重新布設(shè)污水的排放，使污染物在水體中分布均勻，進(jìn)而通過(guò)一些好氧手段使污染物得以去除。目前有關(guān)人工濕地在農(nóng)村生活廢水中的研究較多，如林媛媛等[5]在充分分析了現(xiàn)有人工濕地構(gòu)造的缺陷，并計(jì)算了濕地中不同構(gòu)造層在污水處理時(shí)對(duì)污染物去除的貢獻(xiàn)率;丁海靜等[6]采用單一變量法通過(guò)在濕地中布設(shè)不同的機(jī)制結(jié)構(gòu)，研究了不同結(jié)構(gòu)濕地在不同水力負(fù)荷下各污染物的去除效果;鄭杰等[7]采用數(shù)值模擬軟件模擬了人工濕地在鋪設(shè)不同的基質(zhì)厚度、不同基質(zhì)鋪設(shè)順序、導(dǎo)流板設(shè)置方式等條件下濕地水力性能參數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)性的評(píng)價(jià);趙智超[8]等分析了BCD-人工濕地組合工藝在處理農(nóng)村生活污水時(shí)污染物的去除效果;張燕等[9]分析了在人工濕地中添加亞鐵試劑對(duì)氮、磷的去除效果，并分析了亞鐵試劑去除氮磷的機(jī)理;熊仁等[10]采用人工濕地+好氧曝氣+厭氧組合的工藝處理農(nóng)村生活污水，選取氨氮、總氮、總磷、化學(xué)需氧量和懸浮物5個(gè)指標(biāo)分析了該工藝對(duì)污染物去除效果以及該工藝的優(yōu)劣性所在;胡潔等[11]以巢湖流域某污水處理廠排放的尾水為研究對(duì)象，采用表流和潛流綜合的人工濕地技術(shù)進(jìn)行處理，分析了出水中氨氮、總氮和總磷的去除效果;邱俊等[12]以江西省瑞金市某農(nóng)村生活污水為處理對(duì)象，采用水解酸化+氧化塘+人工濕地技術(shù)進(jìn)行處理，詳細(xì)的分析了該工藝對(duì)農(nóng)村生活污水處理的優(yōu)劣性所在。本文擬以湖北省荊門市沙陽(yáng)縣某農(nóng)村的生活污水為處理對(duì)象，在濕地中布設(shè)沸石、粉煤灰和爐渣等介質(zhì)，采用沉砂池+2個(gè)水平潛流式人工濕地進(jìn)行處理，并分析該組合工藝對(duì)污水的處理效果，研究結(jié)論以期為該工藝在農(nóng)村生活污水處理中的應(yīng)用推廣提供理論參考。

2 ?材料與方法

項(xiàng)目地址位于湖北省荊門市沙陽(yáng)縣的某個(gè)農(nóng)村，污水來(lái)源于該村生活污水，在項(xiàng)目的位于共建設(shè)了兩個(gè)水平潛流式人工濕地，兩個(gè)濕地中分別布置不同的基質(zhì)，濕地的平面布置和結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1和圖2。1#和2#濕地又均由污水凈化池和沉淀池組成，由于不同的基質(zhì)對(duì)污染物的吸附能力不同，且同一種基質(zhì)構(gòu)造不同時(shí)對(duì)污染物去除效果也不同，據(jù)報(bào)道石灰石和沸石等對(duì)污染物去除效果較好，兩個(gè)濕地結(jié)構(gòu)層選用的基質(zhì)見(jiàn)表1和表2。

濕地中可種植的植物包括沉水植物、挺水植物等，據(jù)報(bào)道蘆葦和美人蕉對(duì)農(nóng)村生活廢水中污染物具有良好的去除能力，因此在兩個(gè)濕地中均同時(shí)種植美人蕉、蘆葦和菖蒲，美人蕉的種植間距為15 cm×15 cm、蘆葦種植間距為10 cm×10 cm、菖蒲種植間距為15 cm×15 cm。

濕地中可種植的植物包括沉水植物、挺水植物等，據(jù)報(bào)道蘆葦和美人蕉對(duì)農(nóng)村生活廢水中污染物具有良好的去除能力，因此在兩個(gè)濕地中均同時(shí)種植美人蕉、蘆葦和菖蒲，美人蕉的種植間距為15 cm×15 cm、蘆葦種植間距為10 cm×10 cm、菖蒲種植間距為15 cm×15 cm。對(duì)濕地水質(zhì)進(jìn)行了為期一年的監(jiān)測(cè)，在2、4、6、8、10和12月中旬測(cè)一次，廢水中化學(xué)需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）、總氮（TN）、總磷（TP）檢測(cè)方法見(jiàn)表3，進(jìn)水中COD濃度為80 ～150 mg/L、NH3-N濃度為12 ～50 mg/L、TP濃度為0.5 ～1 mg/L、TN濃度為30～60 mg/L。

由圖3分析可知：1#人工濕地進(jìn)水COD濃度在全年各月均有所波動(dòng)，夏季濃度較高，尤其在10月出水COD濃度比進(jìn)水COD濃度要高，筆者分析這可能是因?yàn)楸O(jiān)測(cè)年份的10月份水質(zhì)波動(dòng)較大，大部分COD本來(lái)原吸附在水生植物中，在水動(dòng)力條件下得以釋放。雖進(jìn)水中COD濃度規(guī)律不明顯，但全年進(jìn)水COD的去除率卻逐漸下降，筆者分析可能是因?yàn)橹参镏形盏臓I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)逐漸增多逐漸達(dá)到飽和，圖4中COD去除率變化規(guī)律不明顯。

由圖3和圖4綜合對(duì)比分析可知：1#濕地6月、10月和12月出水中COD濃度可達(dá)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，4月和8月出水水體COD濃度略高于該標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明該工藝對(duì)水體COD有較好的去除能力。2#濕地出水中COD濃度均優(yōu)于《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 ?NH3-N去除效果分析

監(jiān)測(cè)期間1#和2#人工濕地進(jìn)出水中NH3-N濃度及NH3-N去除率見(jiàn)圖5和圖6。

由圖5和圖6分析可知：1#濕地NH3-N去除率各月份波動(dòng)較大，尤其是10月份去除率最高（73.2%），而2#濕地NH3-N去除率在各月最低（43.7%），說(shuō)明10月份進(jìn)水中的NH3-N主要在1#濕地得以去除進(jìn)入2#濕地的廢水NH3-N含量較少。綜合對(duì)比分析可知：1#濕地出水中NH3-N濃度只有在10月份滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其他各月NH3-N濃度均只能達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，但2#人工濕地出水中氨氮濃度均較低，遠(yuǎn)低于《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值，且NH3-N濃度在2#人工濕地中去除率較高，幾乎都在70%左右，說(shuō)明瓜子皮和碎石作為人工濕地基質(zhì)對(duì)NH3-N濃度有較好的吸附能力。

3.3 ?TN去除效果分析

監(jiān)測(cè)期間1#和2#人工濕地進(jìn)出水中TN濃度及TN去除率見(jiàn)圖7和圖8。

由圖7和圖8分析可知：1#濕地TN去除率在2-10月有逐漸升高趨勢(shì)，12月有所降低，但降低幅度較小，說(shuō)明水生植物經(jīng)過(guò)這么長(zhǎng)時(shí)間已經(jīng)逐漸適應(yīng)了進(jìn)水的水質(zhì)狀況，2#濕地TN的去除率在8月份之前是逐漸下降隨后逐漸升高。兩個(gè)濕地TN濃度及去除率綜合對(duì)比分析可知：1#濕地出水中TN濃度在所有月份均無(wú)法滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，TN去除率從42%～-63%不等，但2#人工濕地出水中TN濃度均較低，遠(yuǎn)低于《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值，且TN濃度在2#人工濕地中去除率較高，幾乎都在70%左右，說(shuō)明多個(gè)人工濕地累加運(yùn)行可以良好的去除污水中TN濃度。

3.4 ?TP去除效果分析

監(jiān)測(cè)期間1#和2#人工濕地進(jìn)出水中TP濃度及TN去除率見(jiàn)圖9和圖10。

由圖9和圖10分析可知：1#濕地進(jìn)水中TP濃度在4月和10月較大，但10月份TP去除率最高（47.2%）;2#濕地出水TP濃度較為穩(wěn)定，且各月份TP去除率保持在80%以上，兩圖綜合對(duì)比分析可知：1#濕地出水中TP濃度在所有月份均無(wú)法滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，TP去除率從30%～50%不等，但2#人工濕地出水中TP濃度均較低，遠(yuǎn)低于《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值，且TP濃度在2#人工濕地中去除率較高，幾乎都在90%左右，說(shuō)明多個(gè)人工濕地累加運(yùn)行可以良好的去除污水中TP濃度。

4 ?結(jié) 論

本文在探討了人工濕地在農(nóng)村生活污水處理中的研究進(jìn)展基礎(chǔ)上，以湖北省荊門市沙陽(yáng)縣某農(nóng)村的生活污水為處理對(duì)象，連續(xù)布設(shè)了兩個(gè)人工濕地，在每個(gè)濕地中分別布設(shè)不同的基質(zhì)，采用沉砂池+2個(gè)水平潛流式人工濕地進(jìn)行處理，分析了每個(gè)濕地進(jìn)出水中TN、TP、COD和NH3-N污染物濃度值以及去除率，結(jié)果表明。

（1）水平潛流人工濕地在處理農(nóng)村生活污水時(shí)對(duì)廢水中COD有較好的去除能力，COD的去除率在80%左右;

（2）采用多個(gè)人工濕地綜合運(yùn)用能明顯的提高污水中污染物的去除效果，當(dāng)濕地中布設(shè)瓜子皮、砂石等基質(zhì)時(shí)污染物去除效果比砂效果好;

（3）溫度能影響人工濕地中植物的生長(zhǎng)，且對(duì)植物吸附污染物能力有較大影響，各污染物濃度在夏季去除效果比冬季較好。

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