預曝氣－人工濕地在處理小城鎮生活污水中的運用

卜發平

（重慶市奉節縣環境保護局，重慶 奉節 404600）

1 引言

人工濕地（Constructed Wetlands，CWs）［1～5］是 由填料、濕地植物和微生物共同組成的凈化系統，廣泛運用于各類污水的處理，它主要通過基質過濾、吸附，植物吸收，微生物降解來去除污染物質。具有以下優點:一次性投資費用較低，運行費用很低，適合欠發達地區的推廣使用；去除效果較好；系統運行管理簡便易行，無需專業人員進行管理維護；濕地植物對建設優美鄉鎮起到重要作用，同時還能產生一定的經濟價值，如菖蒲、水雍菜等；不受土地使用的限制。

建設社會主義新農村不僅要求生活富裕、人們安居樂業，還要求環境優美［1］?；诖?，本研究采用預曝氣－人工濕地組合工藝對處理奉節縣境內的某小城鎮的生活污水進行了工程實例，并對其處理效果、效益及運行成本進行了分析，以便為小城鎮居民生活污水處理提供技術示范。

2 工藝流程與分析

2.1 工藝簡介

工藝流程如圖1所示，采用預曝氣－人工濕地的組合工藝對城鎮污水進行處理。采用2臺羅茨風機（3L32WC）交替進行曝氣。濕地為三級人工濕地，設置兩組，基質均為炭渣、片石二層間隔鋪設，各厚0.4m；第一級人工濕地為表面流，采用風車草為濕地植物；第二級為表面潛流，選用美人蕉為濕地植物；第三級仍為表面流，采用風車草為濕地植物。設計處理能力800m3／d，遠期1250 m3／d，項目總投資約185萬元（含管網），占地面積1334 m2，于2008年年底建成，2009年正式投入使用。

圖1 工藝流程

2.2 污水水質與水量

組合工藝所處理的為某城鎮生活污水，其水質如表1所示。2009年實際日處理量約550t，2010年約為510t，2011年達到710t／日。

2.3 監測項目及分析方法

監測布點如圖1所示，分別在A1、A2處采樣進行水質分析，以此分析組合工藝對小城鎮生活污水的處理效果。根據要求，每季度監測一次，每次取4個樣進行混合，采樣在8～12點之間完成。

表1 污水水質

pH 值、流量、COD、BOD5、NH3－N、TN、動植物油、大腸菌群、pH（玻璃電極法），六價鉻、砷等的測試均采用標準方法［6］。

3 試驗結果與分析

3.1 對COD和BOD5的去除效果

三級人工濕地加預曝氣對小城鎮生活污水的處理效果如圖2所示。由圖可知，在進水COD為171～381mg／L時，出水COD為27.1～49mg／L，出水COD＜50mg／L，達到一級A類標準（GB18918－2002）。在兩年的運行過程中，人工濕地對COD的去除率達到75%～92%（均值:85.7%），可見組合工藝對COD有良好的去除效果。在進水BOD5為25.8～124mg／L時，出水為13.1～19.1mg／L，出水始終保持為一級 B類標準（GB18918－2002），去除率為25.9%～88.8%（均值:66.6%）。

同時圖2顯示，當進水COD、BOD5波動較大時，其去除率也隨之波動，但出水水質相對較為穩定，這顯示出人工濕地良好的抗沖擊負荷能力和穩定的去除效果。

圖2 組合工藝對COD和BOD5的去除效果

3.2 對氮的去除效果

組合工藝對氮的去除效果如圖3所示。由圖可知，在進水 NH3－N為20.5～41.4mg／L時，出水為2.1～13.1mg／L，出水 NH3－N 均達到一級B類標準（GB18918－2002）。在進水 TN 為31.7～61.7mg／L時，出水TN為14.1～22.9mg／L，除了2009年第一季度超標外，其他時間出水TN均達到一級B類標準（GB18918－2002）。

圖3 組合工藝對氮的去除效果

同時，圖3顯示在運行過程中，組合工藝可以去除48.1%～93.7%的 NH3－N，但出水NH3－N波動較大；TN出水水質相對較為穩定，波動較小，其去除率為34.9%～76.1%，可見人工濕地對氮的去除還有較大的改善空間。

在2009年第一季度，系統剛投入運行，濕地植物生長緩慢，植物和微生物還處在適應過程中，因此植物的吸收、基質的吸附以及系統的硝化反硝化作用未完全發揮出來，導致系統對氮的去除效果不理想，出水不達標；隨著時間的推移，系統的運行逐漸穩定，也顯示出優良的除氮效果，后期研究發現，NH3－N和TN出水均能實現達標排放。

3.3 對動植物油和大腸菌群的去除效果

組合工藝對動植物油和大腸菌群的處理效果如圖4所示?？梢?，在進水動植物油濃度為0.91～8.89mg／L時，出水為0.03～2.88mg／L，可以 去除43.4% ～96.9%的動植物油，出水也能達到一級B類標準（GB18918－2002），在2010年前三季度還能達到一級A類標準，這顯示出組合工藝良好的去油能力。

圖4顯示，在進水大腸菌群為1.23×104～7.4×104個／L時，預曝氣加三級人工濕地可以去除27.8%～76.1%（均值:57.2%）的大腸菌群，出水在2009年底一季度、2010年第二季度達到一級B類標準（GB18918－2002），其他時段均達到一級A類標準，這顯示出人工濕地對大腸菌群的處理效果優良。

圖4 組合工藝對動植物油和大腸菌群的去除效果

4 運行成本與效益分析

4.1 運行成本分析

該項目的運行成本主要包括電費和管理費，2009～2010年的實際運行費用為電費約2600 元／月，管理費800元／月，實際日處理量約530t，因此運行費用約0.22元／t。

4.2 效益分析

項目的建設極大地改善了該城鎮人居及生產環境，對預防各種傳染病、公害病，提高人民健康水平起到重要作用。同時，濕地美人蕉和風車草還有利于美化當地環境。

該項目同時作為保護全縣人民飲用水源的項目，項目的建設對改善全縣飲水質量和河流沿岸的生態環境具有積極的作用。

作為市級減排項目，該廠的建成及投入使用，每年可 削 減 COD99.28t，BOD552.66t，NH3－N6.424t，TP0.58t，SS67.16t。

作為基礎設施，污水廠不產生直接的經濟效益，但對該縣水環境質量和投資環境的改善將產生經濟效益。同時，該項目對三峽庫區的生態環境保護將產生一定的作用。

5 結語

（1）預曝氣－人工濕地組合工藝對城鎮生活污水的處理效果良好，出水水質總體達到一級B類標準（GB18918－2002），其中COD能達到一級A類標準；且運行成本低廉，僅0.22元／t，可在欠發達地區的農村推廣使用。

（2）組合工藝可以去除75%～92%的COD、25.9%～88.8%的BOD5、48.1%～93.7%的 NH3－N、34.9%～76.1%的TN、43.4%～96.9%的動植物油和27.8%～76.1%的大腸菌群，并且對重金屬也有較好的去除效果。

［1］徐德福，李映雪.用于污水處理的人工濕地的基質、植物及其配置［J］.濕地科學，2007，5（1）:32～38.

［2］曹 杰.人工濕地對農村生活污水的處理效果研究［D］.杭州:浙江大學，2007.

［3］漆漁江，楊振中，吳 林，等.人工濕地在重慶高寒地區集鎮生活污水處理廠的應用［J］.科技創新導報，2011（32）:59～60.

［4］李軍幸，張克強，張洪生，等.厭氧／人工濕地組合系統處理農村生活污水的效能［J］.中國給水排水，2011，27（23）:18～21.

［5］Iamchaturapatr J，Yi S W，Rhee J S.Nutrient removals by 21aquatic plants for vertical free surface－flow （VFS）constructed wetland［J］.Ecol Eng，2007（29）:287～293.

［6］國家環境保護總局《水和廢水監測分析方法》編委會.水和廢水監測分析方法（第四版）［M］.北京:中國環境科學出版社，2002.