預(yù)曝氣－人工濕地在處理小城鎮(zhèn)生活污水中的運(yùn)用

卜發(fā)平

（重慶市奉節(jié)縣環(huán)境保護(hù)局，重慶 奉節(jié) 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(tǒng)，廣泛運(yùn)用于各類污水的處理，它主要通過基質(zhì)過濾、吸附，植物吸收，微生物降解來去除污染物質(zhì)。具有以下優(yōu)點(diǎn):一次性投資費(fèi)用較低，運(yùn)行費(fèi)用很低，適合欠發(fā)達(dá)地區(qū)的推廣使用；去除效果較好；系統(tǒng)運(yùn)行管理簡便易行，無需專業(yè)人員進(jìn)行管理維護(hù)；濕地植物對建設(shè)優(yōu)美鄉(xiāng)鎮(zhèn)起到重要作用，同時還能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)價值，如菖蒲、水雍菜等；不受土地使用的限制。

建設(shè)社會主義新農(nóng)村不僅要求生活富裕、人們安居樂業(yè)，還要求環(huán)境優(yōu)美［1］。基于此，本研究采用預(yù)曝氣－人工濕地組合工藝對處理奉節(jié)縣境內(nèi)的某小城鎮(zhèn)的生活污水進(jìn)行了工程實例，并對其處理效果、效益及運(yùn)行成本進(jìn)行了分析，以便為小城鎮(zhèn)居民生活污水處理提供技術(shù)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(yù)曝氣－人工濕地的組合工藝對城鎮(zhèn)污水進(jìn)行處理。采用2臺羅茨風(fēng)機(jī)（3L32WC）交替進(jìn)行曝氣。濕地為三級人工濕地，設(shè)置兩組，基質(zhì)均為炭渣、片石二層間隔鋪設(shè)，各厚0.4m；第一級人工濕地為表面流，采用風(fēng)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(fēng)車草為濕地植物。設(shè)計處理能力800m3／d，遠(yuǎn)期1250 m3／d，項目總投資約185萬元（含管網(wǎng)），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(zhì)與水量

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

2.3 監(jiān)測項目及分析方法

監(jiān)測布點(diǎn)如圖1所示，分別在A1、A2處采樣進(jìn)行水質(zhì)分析，以此分析組合工藝對小城鎮(zhèn)生活污水的處理效果。根據(jù)要求，每季度監(jiān)測一次，每次取4個樣進(jìn)行混合，采樣在8～12點(diǎn)之間完成。

表1 污水水質(zhì)

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(biāo)準(zhǔn)方法［6］。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 對COD和BOD5的去除效果

三級人工濕地加預(yù)曝氣對小城鎮(zhèn)生活污水的處理效果如圖2所示。由圖可知，在進(jìn)水COD為171～381mg／L時，出水COD為27.1～49mg／L，出水COD＜50mg／L，達(dá)到一級A類標(biāo)準(zhǔn)（GB18918－2002）。在兩年的運(yùn)行過程中，人工濕地對COD的去除率達(dá)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)（GB18918－2002），去除率為25.9%～88.8%（均值:66.6%）。

同時圖2顯示，當(dāng)進(jìn)水COD、BOD5波動較大時，其去除率也隨之波動，但出水水質(zhì)相對較為穩(wěn)定，這顯示出人工濕地良好的抗沖擊負(fù)荷能力和穩(wěn)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(jìn)水 NH3－N為20.5～41.4mg／L時，出水為2.1～13.1mg／L，出水 NH3－N 均達(dá)到一級B類標(biāo)準(zhǔn)（GB18918－2002）。在進(jìn)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(biāo)外，其他時間出水TN均達(dá)到一級B類標(biāo)準(zhǔn)（GB18918－2002）。

圖3 組合工藝對氮的去除效果

同時，圖3顯示在運(yùn)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(zhì)相對較為穩(wěn)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(tǒng)剛投入運(yùn)行，濕地植物生長緩慢，植物和微生物還處在適應(yīng)過程中，因此植物的吸收、基質(zhì)的吸附以及系統(tǒng)的硝化反硝化作用未完全發(fā)揮出來，導(dǎo)致系統(tǒng)對氮的去除效果不理想，出水不達(dá)標(biāo)；隨著時間的推移，系統(tǒng)的運(yùn)行逐漸穩(wěn)定，也顯示出優(yōu)良的除氮效果，后期研究發(fā)現(xiàn)，NH3－N和TN出水均能實現(xiàn)達(dá)標(biāo)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。可見，在進(jìn)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(dá)到一級B類標(biāo)準(zhǔn)（GB18918－2002），在2010年前三季度還能達(dá)到一級A類標(biāo)準(zhǔn)，這顯示出組合工藝良好的去油能力。

圖4顯示，在進(jìn)水大腸菌群為1.23×104～7.4×104個／L時，預(yù)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(dá)到一級B類標(biāo)準(zhǔn)（GB18918－2002），其他時段均達(dá)到一級A類標(biāo)準(zhǔn)，這顯示出人工濕地對大腸菌群的處理效果優(yōu)良。

圖4 組合工藝對動植物油和大腸菌群的去除效果

4 運(yùn)行成本與效益分析

4.1 運(yùn)行成本分析

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

4.2 效益分析

項目的建設(shè)極大地改善了該城鎮(zhèn)人居及生產(chǎn)環(huán)境，對預(yù)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(fēng)車草還有利于美化當(dāng)?shù)丨h(huán)境。

該項目同時作為保護(hù)全縣人民飲用水源的項目，項目的建設(shè)對改善全縣飲水質(zhì)量和河流沿岸的生態(tài)環(huán)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(chǔ)設(shè)施，污水廠不產(chǎn)生直接的經(jīng)濟(jì)效益，但對該縣水環(huán)境質(zhì)量和投資環(huán)境的改善將產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。同時，該項目對三峽庫區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)將產(chǎn)生一定的作用。

5 結(jié)語

（1）預(yù)曝氣－人工濕地組合工藝對城鎮(zhèn)生活污水的處理效果良好，出水水質(zhì)總體達(dá)到一級B類標(biāo)準(zhǔn)（GB18918－2002），其中COD能達(dá)到一級A類標(biāo)準(zhǔn)；且運(yùn)行成本低廉，僅0.22元／t，可在欠發(fā)達(dá)地區(qū)的農(nóng)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(zhì)、植物及其配置［J］.濕地科學(xué)，2007，5（1）:32～38.

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

［3］漆漁江，楊振中，吳 林，等.人工濕地在重慶高寒地區(qū)集鎮(zhèn)生活污水處理廠的應(yīng)用［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2011（32）:59～60.

［4］李軍幸，張克強(qiáng)，張洪生，等.厭氧／人工濕地組合系統(tǒng)處理農(nóng)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(huán)境保護(hù)總局《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會.水和廢水監(jiān)測分析方法（第四版）［M］.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002.