貴州西部山區(qū)無(wú)動(dòng)力人工濕地污水處理技術(shù)

蔡景行，陸海*，高翔，，申德健，方忠領(lǐng)，蔡曉梅

（1.貴陽(yáng)市農(nóng)村能源環(huán)保辦公室，貴陽(yáng) 550081；2.烏當(dāng)區(qū)土肥站，貴陽(yáng) 550004；3.貴州信恒源環(huán)境生態(tài)技術(shù)發(fā)展有限公司，貴陽(yáng) 550001；4.貴州省警察學(xué)院，貴陽(yáng) 550001）

關(guān)健詞:山區(qū)；人工濕地；污水處理；改進(jìn)工藝

近年來(lái)，全國(guó)各地在農(nóng)村環(huán)境整治中，為處理農(nóng)村生活污水，修建了大批污水處理設(shè)施，貴州西部山區(qū)建設(shè)了許多無(wú)動(dòng)力人工濕地。這些工程設(shè)施隨著時(shí)間的推移，逐漸暴露原有工藝的不足，需對(duì)“厭氧+好氧接觸+人工濕地”西部山區(qū)無(wú)動(dòng)力人工濕地工藝進(jìn)行改進(jìn)研究，采取更有效的污水處理技術(shù)。

一、無(wú)動(dòng)力人工濕地現(xiàn)狀

以貴州省貴陽(yáng)市烏當(dāng)區(qū)新場(chǎng)鄉(xiāng)王壩村2013 年建設(shè)的農(nóng)村生活污水處理工程為例。通過污水管網(wǎng)集中收集農(nóng)戶生活污水，無(wú)動(dòng)力自流方式分級(jí)進(jìn)入?yún)捬醭丶吧锎矘?gòu)成的水平潛流人工濕地。這種“厭氧+人工濕地”處理技術(shù)對(duì)COD（化學(xué)需氧量）的去除率可達(dá)60%～80%[1]，SS（固體懸浮物）、TP（總磷含量）、NH4-N（氨態(tài)氮）去除率可達(dá)70%～80%[2]。

改進(jìn)前該村污水管網(wǎng)收集系統(tǒng)基本完整，采用水平流人工濕地，但因長(zhǎng)期缺乏維護(hù)，部分導(dǎo)水管破損，基質(zhì)填料粘附大量絮狀物，縫隙幾被污泥充滿，原有水生植物（香蒲、水蔥）基本被本地野草（狗牙根、李氏禾、水芹等）侵占。檢測(cè)水質(zhì)，NH4-N 去除率為43%，TP 去除率為26%，COD 去除率為70%，SS 去除率為18%，污水凈化能力已銳減，糞大腸桿菌群達(dá)2.2×103MPN/L，個(gè)別出水指標(biāo)已不能滿足環(huán)境排放標(biāo)準(zhǔn)。

二、無(wú)動(dòng)力人工濕地污水處理技術(shù)改進(jìn)

通過工程進(jìn)出水質(zhì)現(xiàn)狀檢測(cè)，判斷系統(tǒng)在運(yùn)行7 年后的效能；挖取生物床內(nèi)填料分析微生物含量水平；通過生物床、基質(zhì)填料清洗，去除多年來(lái)積累的污泥；增設(shè)潛流管，實(shí)現(xiàn)水平潛流式人工濕地向復(fù)合垂直流人工濕地的改造；增加太陽(yáng)能微孔曝氣機(jī)構(gòu)，更新水生植物，完成工藝改進(jìn)。

1、工藝調(diào)整

通過增設(shè)上層布水管，在上、下2 層布水管增加毛細(xì)排水孔，將原有的水平流工藝調(diào)整為復(fù)合垂直流工藝，生活污水均勻流入濕地中，向下沉降，經(jīng)上一級(jí)池底部自流入下一級(jí)池底部，并向上經(jīng)過該級(jí)池內(nèi)的填料，被集水管均勻收集，最后通過出水管流入集水池。這種結(jié)合了水平流和垂直流2 種水流方式的復(fù)合垂直流，較其他單一的水平流和垂直流系統(tǒng)凈化效果好，且對(duì)TN[3]、TP[4]的去除效果更佳，能確保流入濕地的污水基質(zhì)和植物根系充分接觸，有利于提高濕地的凈化效果。

圖1 改進(jìn)工藝示意圖

2、厭氧發(fā)酵池替代

厭氧發(fā)酵反應(yīng)中，高分子有機(jī)物的厭氧降解過程可以被分為4 個(gè)階段：水解階段、發(fā)酵(或酸化)階段、產(chǎn)乙酸階段和產(chǎn)甲烷階段。其中，水解酸化的主要作用是將廢水中的大分子物質(zhì)和難以生物降解的物質(zhì)，轉(zhuǎn)化為易于生物降解的小分子物質(zhì)，為后續(xù)的好氧生物處理創(chuàng)造條件[5]。采用水解酸化池替代厭氧發(fā)酵池，是利用厭氧發(fā)酵的第1 個(gè)和第2 個(gè)階段[6]，是“兼氧”階段，既有厭氧作用，又有好氧反應(yīng)。

水解酸化處理工藝作為生物預(yù)處理工序或厭氧-好氧聯(lián)合生化處理工藝中的前處理工序，已經(jīng)日益成熟并引起廣泛應(yīng)用[7]。在改進(jìn)工藝中采用水解酸化池部分替代厭氧發(fā)酵池，可使污水處于兼氧狀態(tài)，解決厭氧發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)的問題。

3、基質(zhì)清洗和植物補(bǔ)種

工程多年運(yùn)行，內(nèi)部產(chǎn)生大量活性污泥，這些微生物既能形成生物膜，協(xié)同基質(zhì)起到物理過濾作用，又可將污水中的懸浮物截留在基質(zhì)表層及孔隙內(nèi)部，但也造成了系統(tǒng)的堵塞，水流不暢。野草侵入后明顯降低了生物吸收作用，氮磷去除效果大大減弱。對(duì)基質(zhì)填料清洗和侵入植物清理，可以降低懸浮物含量，并充分發(fā)揮水生植物吸附污染物質(zhì)的功能。

4、增設(shè)太陽(yáng)能曝氣裝置

生物床中的基質(zhì)被清洗后重新回填，并重新種植水生植物后，出水化學(xué)需氧量和5 日生化需氧量仍然較高。因?yàn)樯锎矁?nèi)接觸氧量不足，不能滿足工程需要量要求。因此，采用太陽(yáng)能納米微孔曝氣增氧裝置，可以增強(qiáng)接觸氧化能力。

三、無(wú)動(dòng)力人工濕地污水處理技術(shù)改進(jìn)效果

1、NH4-N 去除效果

改造過程中，隨著生物床基質(zhì)填料逐級(jí)清掏和去除雜草，人工濕地內(nèi)水質(zhì)逐漸渾濁，系統(tǒng)出水中氨氮NH4-N 含量呈逐級(jí)增加。隨著基質(zhì)回填、補(bǔ)種水生植物并增設(shè)太陽(yáng)能曝氣泵，NH4-N 含量趨于穩(wěn)定，出水中NH4-N 去除率達(dá)到89%。

2、TP 去除效果

與NH4-N 去除效果基本一致，自基質(zhì)回填后，TP 含量去除效果明顯，去除率為77%。增設(shè)太陽(yáng)能曝氣泵后，TP 去除率略有下降，增設(shè)太陽(yáng)能曝氣泵對(duì)污水中氮磷去除作用不顯著[8]。

3、COD 去除效果

COD 隨改造進(jìn)程呈駝峰式變化，以四級(jí)清理后空池為最低，完成基質(zhì)回填后，COD 升高后再穩(wěn)步降低，去除率為92%，故增加太陽(yáng)能曝氣泵后對(duì)COD 的去除效果有明顯提升作用[9]。

4、SS 去除效果

改造前較高的懸浮物含量，在完成清洗后迅速降低，去除率達(dá)93%。

四、結(jié)語(yǔ)

西部山區(qū)具有較好的地形地勢(shì)，在設(shè)計(jì)農(nóng)村生活污水處理工程時(shí)，可以優(yōu)先選擇無(wú)動(dòng)力人工濕地。在環(huán)境排放要求較高的地區(qū)，則可考慮使用太陽(yáng)能曝氣設(shè)備，優(yōu)化提升污水處理效能，NH4-N、TP 去除率分別可達(dá)89%、77%。增設(shè)太陽(yáng)能曝氣泵后，可進(jìn)一步提升COD 去除效果，去除率可提升到92%；COD、NH4-N、TP 出水濃度可達(dá)18、1.19、0.22 mL/L，主要水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)》（GB19818-2002）一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。在西部山區(qū)、丘陵地區(qū)，采用“微動(dòng)力曝氣+復(fù)合垂直流人工濕地”工藝，可以在無(wú)動(dòng)力人工濕地優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，以較低的運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)一步提升污水處理能力，是一種值得推廣的污水處理技術(shù)。