摘要：介紹了“厭氧預處理+潛流式人工濕地”工藝原理及在處理農村生活污水工程中的應用。運行結果表明，該工藝投資少、處理效果好、操作簡單、維護成本低。系統對COD、BOD5、SS、NH4+-N的平均去除率分別達到67.2%、87.0%、90.4%和80.2%，出水水質達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)一級標準。
關鍵詞：潛流式人工濕地；厭氧預處理；農村生活污水；節能
前言
人工濕地作為一種生態水處理技術，目前已在各種污水處理場合發揮重要作用[1]。人工濕地是由人工建造和控制運行的與沼澤地類似的地面，將污水、污泥有控制的投配到經人工建造的濕地上，污水與污泥在沿一定方向流動的過程中，主要利用土壤、人工介質、植物、微生物的物理、化學、生物三重協同作用，對污水、污泥進行處理的一種技術。其作用機理包括吸附、滯留、過濾、氧化還原、沉淀、微生物分解、轉化、植物遮蔽、殘留物積累、蒸騰水分和養分吸收及各類動物的作用。
人工濕地自然條件下的生物處理法不但費用低廉、運用管理簡便，而且對難生化降解有機物、氮磷營養物和細菌的去除率略高于常規二級處理，達到部分三級處理的效果，而其基建費用和處理成本分別只為二級處理廠的1/5至1/3和1/20至1/10。此外，在一定條件下，自然處理法還可獲得除害興利、一舉兩得的效果。所以，近十多年來，這類古老的廢水處理技術又恢復了生機，并在國內外得到迅速發展。
1工程概況
丹江口市西部某村 ，轄6個村民小組、16個自然村落、355戶、1436人。目前，該村基礎設施建設嚴重滯后，污水、垃圾基本上是隨意排放，未得到有效處理，嚴重影響村莊環境及人民群眾身體健康，也直接影響了丹江口水庫水環境質量。
1.1設計水量
該村污水主要來源為村民的生活污水，生活污水由各家各戶排出，雨污分流，經排水管收集后匯入污水處理站。目前，該村污水管網不完善，且居民居住相對分散，本次先行實施建設2km污水管網，配套建設污水處理站處理能力按100 m3/d。
1.2設計進、出水水質
按照國家和地方環保部門的規定，本工程設計外排出水適用的標準為《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)一級標準，排放水的水污染物基本控制項目最高允許排放濃度中部分主要指標標準見表1：
表1 進、出水水質設計指標(mg/L)
2 人工濕地去除機理及工藝流程
2.1 人工濕地去除機理
2.1.1人工濕地對SS的去除
污水中可沉降的SS主要依靠濕地系統中物理沉降作用去除。由于濕地中水的流動極其緩慢，水淺，加上植物莖桿的阻擋作用，SS在進水口幾米內能有效地去除。工程實際表明，所有的固體物在系統最初的20%面積處得到去除。膠體狀的SS主要依靠微生物的作用、填料滲濾作用去除。
2.1.2人工濕地對有機物的去除
人工濕地對有機物有著較強的降解能力，污水中的不溶有機物通過濕地的沉淀、過濾作用，可以很快地被截留而被微生物利用，而污水中的可溶有機物則可通過植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代謝降解過程被分解去除，因此濕地床對有機物的去除作用是物理的截留沉淀和生物的吸收降解共同作用的結果。反應過程中主要氧源來自水面復氧和植物向根區的過量氧傳導。濕地系統對BOD5的去除可達80%以上[2]。
2.1.3人工濕地對氮的去除
氮是植物生長不可缺少的一種元素，污水中的無機氮通常包括NH3－N和NO3－N，它們均可以被濕地中植物吸收。合成植物蛋白質，最終通過植物的收割從濕地中得到去除。另外，人工濕地中的填料也可通過一些物理和化學的途徑如吸收、吸附、過濾、離子交換等去除一部分污水中的氮[3、4] 。
但是，濕地系統中氮的去除是主要的還是通過濕地中微生物的硝化和反硝化作用。人工濕地中種植的水生物植物的重要功能之一就是將氧氣從上部輸送至植物根部，從而在植物根區附近形成一個好氧環境，而隨著離根系距離的逐漸增大，濕地中依次出現缺氧、厭氧狀態。這樣的條件有利于硝化菌和反硝化菌的生長。為硝化反應和反硝化反應的進行提供了條件[3、4]。
2.1.4人工濕地對磷的去除
污水中磷的存在形態取決于污水中磷的類型。最常見的有磷酸鹽、聚磷酸鹽和有機磷酸鹽等。人工濕地對磷的卻除是通過植物的吸收、微生物的去除作用和填料的吸收過濾等幾方面的作用共同完成的。
磷和氮一樣，都是植物的必需元素，污水中的無機磷在植物的吸收和同化作用下被合成ATP等有機成分，通過收割而從系統中去除。微生物對磷的去除作用包括微生物對磷的正常吸收和過量積累，濕地中某些細菌種類因從污水中吸收超過其生長所需的磷，而微生物細胞的內含物儲存過量積累，可通過對濕地床的定期更換而將其從系統中去除。
2.2 工藝流程
村莊內的生活污水經管網收集進入經格柵后進入污水調節池，由水泵提升進入預處理厭氧池，污水經預處理厭氧池處理后，經出水池排出清液進入潛流式濕地，潛流式濕地出水就近達標排放或用于村莊的農田灌溉，處理系統的格柵將產生少量柵渣，柵渣定期清理，由業主人工運送至垃圾處理池。污水處理工藝流程見圖1
圖1 污水處理工藝流程
3主要構筑物
3.1.1 格柵池
格柵是用來去除可能堵塞水泵機組及管道閥門的較粗大懸浮物，并保證后續處理設施能正常運行。
設計數量：1座；
設計尺寸：L×W×H=1.0m×1.2m×1.0m；
3.1.2 調節池
為了使管渠和構筑物正常工作，不受廢水高峰流量或濃度變化的影響，根據室外排水設計規范需在廢水處理設施之前設置調節池。
設計數量：1座；
設計尺寸：L×W×H=4.0m×4.0m×4.0m,有效水深為3.5m；超高為0.5m。
3.1.3 預處理厭氧池
為確保人工濕地生態系統的穩定性，增加濕地處理的壽命及處理能力，一般都要增加預處理及后處理設施。預處理可以防止污水在貯存、輸送過程中發生臭氣，防止未處理的污水污染土壤及地下水或污染植物。這些預處理設施與人工濕地可以有不同的組合以達到不同的去除目的。
在本工程中針對污水的水質特點，選擇厭氧工藝來處理污水。在此工序中污水中的部分有機污染物將被除去，為后序工藝，即人工濕地的高效處理作好準備。厭氧系統停留時間為18小時，設計其有效容積為75立方。且為增加預處理系統的處理效果，采用封閉式池體。
設計數量：1座。
設計尺寸：L×W×H=10.0m×3.0m×3.0m；有效水深為2.5m；超高為0.5m。
3.1.4 出水池
為保證后續人工濕地的正常、有效的運行，并實現水質水量的調節再分配，實現系統的均勻的配水，因此在預處理系統后設置出水池，以提高系統的可靠性的運行效率。
設計數量：1座；
設計尺寸：L×W×H=1.2m×1.0m×1.2m；有效水深為0.8m；超高為0.4m。
3.1.12 潛流式人工濕地
功能：利用人工濕地對有機污染物的去除機理，進一步去除污水中的污染物。
設計參數：
面積：400m2。
長寬比：（1～5）：1；
深度： 1.0m
尺寸：L×B×H=20m×20m×1m
濕地植物:香蒲、美人蕉、燈心草等
基質為礫石均勻級配，粒徑約為30-50mm；水力負荷：≥50cm/d
4 工程
造價
該工程總占地面積425m2,工程總投資費用=358354.00元。其中土建費用為149000.00元，工藝設備安裝投資約209354.00元。污水處理站總安裝功率0.55kW，當地電費按0.7元/度，則電費為：6.34元/日。
5 運行效果
該工程運行初期，因預處理工段效果尚不明顯，為減少潛流式人工濕地的負荷，采用對預處理池出水進行回流，以加大預處理工序的進水，增加對池中填料及污泥的擾動，并3次投加化糞池污泥，以縮短預處理工序的生化培養時間、增強系統的抗沖擊能力。經過25天的培養馴化調試，預處理池填料上附著生物膜，出水池中出水有成熟的生物膜脫落，系統進入穩定運行階段，出水水質達到設計要求，對COD、BOD5、SS、NH4+-N的平均去除率分別達到67.2%、87.0%、90.4%和80.2%。該工程于2010年4月通過環保局驗收，并一直穩定運行至今，5月23日-5月25日的實際運行數據見表2。
表2 實際運行結果
6 結論
采用“厭氧預處理+潛流式人工濕地”工藝處理農村生活污水，系統對COD、BOD5、SS、NH4+-N的平均去除率分別達到67.2%、87.0%、90.4%和80.2%，出水水質達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)一級標準。
該工藝因地制宜，采用“厭氧預處理+潛流式人工濕地”工藝處理農村生活污水，使投資成本大幅下降，運行費用低廉，對農村周邊環境有較大改善，對新農村建設農村生活污水治理過程中有較好的參考意義。
參考文獻：
[1]李濤，周律，武紅功，陳志文，韓哲，姜萍.水平垂直流濕地處理生活污水示范工程研究[J].中國給水排水，2010，26（11）：88-91.
[2] 葉建鋒，徐祖信，李懷正.垂直潛流人工濕地中有機物去除動態規律研究 [J]. 環境科學，2008，29（8）：2166 - 2171.
[3] 王世和.人工濕地污水處理理論與技術 [M]. 科學出版社，2007.
[4] 尹軍，崔玉波.人工濕地污水處理技術 [M]. 北京：化學工業出版社，2006. (作者: 施昌平 肖磊 張興爾 何曉晶)
