貧困山區(qū)農(nóng)村生活污水處理試驗研究
——以宣漢縣君塘鎮(zhèn)污水處理工程為例

韓 巧

(宣漢縣普光環(huán)境保護(hù)站， 四川 宣漢 636150)

貧困山區(qū)農(nóng)村生活污水處理試驗研究
——以宣漢縣君塘鎮(zhèn)污水處理工程為例

韓 巧

(宣漢縣普光環(huán)境保護(hù)站， 四川 宣漢 636150)

以宣漢縣君塘鎮(zhèn)場鎮(zhèn)污水處理工程為例，研究了微曝預(yù)處理+塔式復(fù)合人工濕地的污水處理工藝對農(nóng)村生活污水的實際處理效果。結(jié)果表明，該污水處理工藝對污染物具有較高的去除能力，總氮、氨氮、COD和總磷的平均去除率分別為81.94%、80.97%、89.31%、88.31% ，最終出水水質(zhì)能夠達(dá)到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級B標(biāo)準(zhǔn)。

貧困山區(qū)；農(nóng)村生活污水；塔式復(fù)合人工濕地

0 引言

隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人民生活水平的提高以及環(huán)保意識的逐漸增強，農(nóng)村生活污水的排放及處理問題越來越受到政府和廣大人民群眾的重視。目前，我國農(nóng)村生活污水排放量每年約為80～90億t，且不斷增加[1]，但處理情況卻不容樂觀。96%的村莊沒有排水渠道和污水處理系統(tǒng)，生活污水隨意排放[2]。受農(nóng)村生活水平、生活習(xí)慣、環(huán)境等因素的影響，農(nóng)村生活污水特性與城鎮(zhèn)污水具有明顯的差異。城鎮(zhèn)居民相對集中，每日產(chǎn)生的污水量較大，而農(nóng)村的生活人口相對分散，每日產(chǎn)生的污水量較小。大多城市的污水處理廠建設(shè)規(guī)模大，基建費用高，建設(shè)完成后多由專業(yè)機構(gòu)負(fù)責(zé)運營污水處理站。而農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟(jì)能力相對薄弱，技術(shù)水平相對落后，專業(yè)管理人員缺乏；污水處理站建設(shè)完成后，多是雇傭社區(qū)人員對污水處理站進(jìn)行管理，這部分管理人員大多都沒有經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，增加了管理上的難度，也在無形之中增加了運行費用。因此，已有成熟城鎮(zhèn)污水處理技術(shù)難以直接用于農(nóng)村生活污水的處理。我國農(nóng)村生活污水處理的研究起步較晚，農(nóng)村生活污水處理的的技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)及政策都很不完善[3]，并缺乏相關(guān)的設(shè)計規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)[4]，因此，如何根據(jù)農(nóng)村實際情況選擇合適的處理技術(shù)顯得尤為重要。

宣漢縣位于四川盆地東北邊緣，嘉陵江上游，大巴山南麓，介于北緯31°06′31″～31°49′02″，東經(jīng)107°22′30″～108°32′21″之間，幅員面積4 271 km2。是川陜革命老區(qū)和國家扶貧開發(fā)工作重點縣。由于宣漢縣是一個經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的山區(qū)貧困縣, 薄弱的財政需要支持的事業(yè)多，對農(nóng)村生活污水治理的投入資金有限，農(nóng)村地區(qū)生活污水的處理率更低，絕大部分生活污水未經(jīng)處理直接排放。因此，找到一種投資少，適合農(nóng)村地區(qū)生活污水處理的方法迫在眉睫。2011年10月，宣漢縣建成了全縣第一個鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理站——君塘鎮(zhèn)污水處理站，該工程采用微曝預(yù)處理+塔式復(fù)合人工濕地的方法處理生活污水，現(xiàn)已穩(wěn)定運行。目前，采用塔式復(fù)合人工濕地處理農(nóng)村生活污水的報道極少[5]。因此，本文以該污水處理工程為例，研究了微曝預(yù)處理+塔式復(fù)合人工濕地的污水處理工藝對農(nóng)村生活污水的實際處理效果，以期為貧困山區(qū)的農(nóng)村生活污水處理工藝的選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 工程概況

該工程位于宣漢縣君塘鎮(zhèn)的場鎮(zhèn)，場鎮(zhèn)人口約2 500人，在建設(shè)污水處理站前，尚無獨立的污水收集管網(wǎng)系統(tǒng)，但可提供充足的土地用于建設(shè)污水處理站。該工程首先完善場鎮(zhèn)的污水收集系統(tǒng)，將污水收集至污水處理站進(jìn)行處理。

1.1.1 污水量預(yù)測

參考農(nóng)村生活污水處理相關(guān)規(guī)范的要求，結(jié)合宣漢縣實際，農(nóng)村生活污水水量一般為100 L/人·d，污水排放系數(shù)取0.8，則人均綜合生活污水量取值為80 L/人·d。考慮到未來場鎮(zhèn)的發(fā)展、人口的聚集，污水處理站建設(shè)規(guī)模設(shè)計為300 m3/d。

1.1.2 設(shè)計出水水質(zhì)

本項目設(shè)計出水水質(zhì)執(zhí)行GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級B標(biāo)準(zhǔn)。

1.1.3 工藝選擇

進(jìn)水為場鎮(zhèn)生活污水，主要來源于人畜糞便、廚房殘余、家庭清潔等，主要污染成分為COD、N、P，同時還含有少量油脂、陽離子表面活性劑等污染物。采用 “微曝預(yù)處理+塔式復(fù)合人工濕地”工藝處理生活污水。

1.1.4 工藝流程

工藝流程如圖1。生活污水通過管網(wǎng)收集后匯流到調(diào)節(jié)沉砂池，在調(diào)節(jié)沉砂池內(nèi)進(jìn)行均值均量，然后由泵均勻的提升進(jìn)入微曝池，在好氧及兼氧菌的作用下，污水中的大部分有機物在此得到去除。微曝池的出水自流進(jìn)入沉淀池，沉淀污水中的懸浮物，然后自流進(jìn)入塔式人工濕地，塔式人工濕地的出水自流進(jìn)入潛流人工濕地池，在濕地植物吸收利用和填料空隙微環(huán)境的作用下，廢水的氨氮、COD等各項指標(biāo)可達(dá)到設(shè)計出水水質(zhì)。

由于調(diào)節(jié)沉砂池和沉淀池剩余的污泥量很小，調(diào)節(jié)沉砂池和沉淀池的污泥用污泥泵定期清理。清理后的污泥經(jīng)干化池干化后，可覆蓋在潛流人工濕地的表面，作為濕地植物的營養(yǎng)。

圖1 工藝流程

1.1.5 主要處理單元設(shè)計參數(shù)

塔式人工濕地采用3層塔結(jié)構(gòu)，每層高度為0.8 m；頂層塔直徑為5.0 m，中層為6.0 m，底層為8.0 m，碎石床厚度為0.6 m，碎石料粒為20～40 mm。水葫蘆具有發(fā)達(dá)的根系，且生長迅速，有研究發(fā)現(xiàn)水葫蘆對水體中的氮和磷都有顯著的吸收和凈化作用[6-8]。因此，該工程塔式人工濕地的植物選用水葫蘆。

水平潛流人工濕地的布水方式采用穿孔管布水，上部進(jìn)水，下部出水。濕地總面積為500 m2，濕地平均坡度為0.1%～0.25%。人工濕地系統(tǒng)由植物碎石床組成，植物碎石床面積510 m2，尺寸為30 m×17 m×1 m，碎石床厚度0.7 m，碎石料粒徑為20～40 mm。人工濕地池子底部防滲均采用“400 g兩布一膜土工膜加200 mm厚黏土保護(hù)層”，可保證濕地床底部滲透系數(shù)K<10-8。在植物的選用上，水平潛流濕地池栽種本地常見的濕地植物美人蕉、菖蒲，兩種植物均勻分布。

1.2 分析項目與方法

本研究以2012年12個月份的監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù)，每月取周監(jiān)測均值，每周監(jiān)測1次，每次分別在污水處理站的進(jìn)口和出口處取日混合水樣。監(jiān)測指標(biāo)包括：化學(xué)需氧量、氨氮、總氮、總磷。化學(xué)需氧量采用重鉻酸鉀法；氨氮采用納氏試劑分光光度法；總氮采用過硫酸鉀氧化紫外分光光度法；總磷采用鉬銻抗分光光度法測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS統(tǒng)計軟件計算各指標(biāo)的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 對COD的去除效果

COD是表征農(nóng)村生活污水有機污染程度的指標(biāo)。污水處理站進(jìn)出水中COD濃度的變化及其去除效果如圖2所示。由圖2可知， COD進(jìn)水濃度在247.96～378.23 mg/L，出水COD濃度在29.00～40.65 mg/L，進(jìn)水COD濃度波動較大，但出水COD濃度較穩(wěn)定，進(jìn)水COD負(fù)荷變化對去除率沒有明顯的影響，說明該污水處理系統(tǒng)具有較強的耐沖擊負(fù)荷的能力。出水的COD平均濃度為34.29 mg/L，平均去除率為89.31%，可見該工藝對COD有較好的去除效果。試驗期間，污水處理站出水中COD濃度均達(dá)到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級B標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 COD的去除效果

2.2 對氨氮和總氮的去除效果

農(nóng)村生活污水中的氮主要以NH4-N、NO3-N等形態(tài)存在。污水處理站進(jìn)出水中氨氮和總氮濃度的變化及其去除效果如圖3、4所示。

圖3 氨氮的去除效果

圖4 總氮的去除效果

由圖3、4可知，污水處理站進(jìn)水中的氨氮、總氮濃度波動較大，而出水中的氨氮和總氮濃度一直保持比較穩(wěn)定的狀態(tài)，氨氮在8.76～11.60 mg/L之間，總氮在10.32～17.60 mg/L之間，說明該污水處理系統(tǒng)應(yīng)對沖擊負(fù)荷的能力較強。出水氨氮的平均濃度為9.78 mg/L,總氮的平均濃度為13.53 mg/L。試驗期間，污水處理站出水中氨氮、總氮的濃度均達(dá)到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級B標(biāo)準(zhǔn)。氨氮和總氮的平均去除率分別為80.87%、81.94%。

從不同月份看，4～11月份，氨氮的去除率明顯高于1～3月份和12月份，總氮的去除率也呈現(xiàn)出4～11月明顯高于1～3月，特別是5～8月份去除率較高。這是由于污水中氨氮的去除主要是依靠微生物的硝化和反硝化作用，在冬季，枯萎死亡的植物釋放出大量的有機物，氮的去除效果在一定程度上被降低[9]。與此同時，冬季低溫條件降低了微生物的活性，硝化反硝化作用受到抑制[10]。

人工濕地脫氮的主要途徑是微生物的硝化—反硝化作用[11]，其次是植物吸收作用和基質(zhì)蓄積作用。碳氮比被認(rèn)為是影響人工濕地脫氮的關(guān)鍵因素，氧含量又是碳、氮氧化的限制因素。濕地系統(tǒng)中的氧氣主要來于大氣復(fù)氧和植物輸氧與泌氧，但濕地中植物傳輸?shù)难鯕夥浅Ｓ邢轠12-14]。而普通水平潛流濕地的缺點是控制相對復(fù)雜，供氧有所不足，氨氮硝化效果不如垂直流人工濕地[15]。因此，要提高人工濕地的脫氮效果，關(guān)鍵在于改善濕地的氧環(huán)境，從而改善硝化作用，以保證濕地硝化—反硝化這一重要脫氮途徑的暢通[16-17]。

該污水處理工程脫氮效果較好的關(guān)鍵在于污水經(jīng)過微曝預(yù)處理后，進(jìn)入了特殊的塔式復(fù)合人工濕地系統(tǒng)。選用復(fù)合人工濕地(塔式人工濕地+水平潛流濕地)來取代單一的水平潛流人工濕地。污水經(jīng)過預(yù)處理后，從塔式人工濕地頂部階梯式跌入下層濕地，形成有效的瀑布跌曝，這時污水比較分散，便于與空氣中的氧氣充分接觸，污水在跌落過程中充分利用大氣復(fù)氧，相當(dāng)于廢水進(jìn)行了一次好氧曝氣處理，使得氨氮的硝化速度大幅度提高，但是這部分污水中的有機物只能進(jìn)行初步的好氧分解，剩余的有機物可為后續(xù)的反硝化反應(yīng)提供充足的碳源，從而提高脫氮效果[5]。

2.3 對總磷的去除效果

污水處理站進(jìn)水、出水中總磷濃度的變化及其去除效果如圖5所示。

圖5 總磷的去除效果

由圖5可知，污水處理站出水中總磷濃度較穩(wěn)定，平均濃度為0.28 mg/L，達(dá)到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級B標(biāo)準(zhǔn)。總磷的平均去除率為88.31%，可見該污水處理系統(tǒng)對總磷的去除效果較好。另外，在冬季低溫時，濕地系統(tǒng)的除磷能力仍較高，12月份總磷的去除率達(dá)85.32%。

從不同季節(jié)看，5～10月總磷的去除率明顯高于1月至4月和12月，特別是夏季總磷去除率明顯提高。這主要因為人工濕地系統(tǒng)是通過基質(zhì)的物理吸附、沉淀作用，植物的吸收作用以及微生物等一系列作用相結(jié)合來減少污水中的總磷含量[18-19]，而存在于總磷中的一部分有機磷要形成沉淀或者被植物直接吸收利用，必須先轉(zhuǎn)化為經(jīng)微生物礦化分解后的無機磷，而春季和冬季溫度較低，因而微生物的活性較低，有機磷的礦化分解速率較慢。另一方面，植物大量死亡失去了對磷的吸收作用，因此秋季和夏季的總磷去除率比春季和冬季的高。

3 結(jié)論與討論

(1) 本試驗結(jié)果表明，該污水處理工程對生活污水中總氮、氨氮、COD 和總磷都有較好的去除效果，出水水質(zhì)穩(wěn)定，達(dá)到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級B標(biāo)準(zhǔn)，污水中總氮、氨氮、COD 和總磷的去除率分別達(dá)到81.94%、80.97%、89.31%、88.31% 。該污水處理系統(tǒng)投資小運行費用低，維護(hù)管理方便，衛(wèi)生狀況良好，且起到美化景觀的作用，適合農(nóng)村地區(qū)生活污水處理的應(yīng)用與推廣。

(2) 水葫蘆雖為外來入侵生物，由于生長過程中能夠吸收大量的營養(yǎng)物質(zhì)，因此在處理實際廢水中得到廣泛的應(yīng)用[20]。該工程在設(shè)計時，塔式人工濕地選擇栽種水葫蘆。但為了保證水質(zhì)凈化效果，還需控制水葫蘆的覆蓋密度，污水處理站管理人員應(yīng)定期將過量生長的水葫蘆打撈。打撈起來的水葫蘆不得隨意丟棄，可將其作為動物的飼料或沼氣原料[21]。

(3) 該工程的設(shè)計參考了葉芬霞等設(shè)計的新型人工濕地[5]。從工程設(shè)計上看，該工程增加了污水處理的單元，在塔式復(fù)合人工濕地前設(shè)置了微曝預(yù)處理單元，以彌補單純使用濕地處理工藝的不足。在濕地的植物選擇上也有所區(qū)別，該工程在水平潛流人工濕地上選擇了本土的植物美人蕉和菖蒲，塔式人工濕地上栽種水葫蘆。從污水處理效果上看，在試驗期間，該工程污水的COD平均去除率為89.13%，總磷的平均去除率為88.31%，這兩個指標(biāo)的去除率均比葉芬霞等[5]的試驗研究的去除率高。雖在試驗期間，總氮、氨氮、COD 和總磷的去除率都較高，但人工濕地的結(jié)構(gòu)、濕地植物的選擇與微曝預(yù)處理的設(shè)置對污染物去除的貢獻(xiàn)，仍有必要作進(jìn)一步探討。

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Experimental study on rural domestic sewage treatment in poor mountain area——take the sewage treatment project of Juntang Town in Xuanhan County as an example

Han Qiao

(Environmental Protection Station of Puguang in Xuanhan County, Sichuan Province, Xuanhan 636150,China)

in this paper, we took the sewage treatment project of Juntang Town in Xuanhan County as an example, to figure out the treatment efficiency of micro aeration pretreatment and tower type integrated constructed wetland for treating rural domestic sewage.The results showed that this sewage treatment process had higher removal capacity of pollutants,the average removal rates of TN,NH4-N,COD, and TP were 81.94%, 80.97%, 89.31% and 88.31% respectively, and the quality of the final effluent could reach the first level of B criteria specified in the Discharge standard of pollutants for municipal waste treatment plant (GB18918-2002).

poor mountain area; rural domestic sewage; tower type integrated constructed wetland

2014-12-19； 2015-01-08修回

韓巧，女，1983年生，工程師，研究方向：農(nóng)村環(huán)境保護(hù)研究。E-mail:411344498@qq.com

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