人工濕地技術處理農村生活污水效果研究

何利華

摘 ? ? ?要：在探討了人工濕地在農村生活污水處理中的研究進展基礎上，以湖北省荊門市沙陽縣某農村的生活污水為處理對象，連續布設了兩個人工濕地，在每個濕地中分別布設不同的基質，采用沉砂池+2個水平潛流式人工濕地進行處理，分析了每個濕地進出水中TN、TP、COD和NH3-N污染物濃度值以及去除率，結果表明：水平潛流人工濕地在處理農村生活污水時對廢水中COD有較好的去除能力，COD的去除率在80%左右;采用多個人工濕地綜合運用能明顯的提高污水中污染物的去除效果，當濕地中布設瓜子皮、砂石等基質時污染物去除效果比砂效果好;溫度能影響人工濕地中植物的生長，且對植物吸附污染物能力有較大影響，各污染物濃度在夏季去除效果比冬季較好。

關 ?鍵 ?詞：人工濕地;生活污水;去除率

中圖分類號：TD163+.1 ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? 文章編號： 1671-0460（2019）12-2754-05

Abstract： Based on the research progress of constructed wetland in rural domestic sewage treatment， taking domestic sewage from Shayang county of Jingmen city as treatment object， two domestic wetlands with different substrates were built， and grit chamber and 2 horizontal subsurface flow constructed wetlands were used to treat the domestic sewage. The concentration values and removal rates of TN， TP， COD and NH3-N in each wetland influent and effluent were analyzed. The results showed that， the subsurface flow constructed wetland had good removal ability of COD in wastewater during treating rural domestic sewage， and the removal rate of COD was about 80%; the comprehensive utilization of multiple constructed wetlands obviously improved the removal effect of pollutants in sewage. When melon seed skin， sand and stone were used as the substrate in the wetland， the pollutant removal effect was better than the sand effect; the temperature could affect the growth of the plant in the constructed wetland， and had a greater impact on the adsorption capacity of the plant to pollutants， so removal rate of pollutants in summer was better than that in winter.

Key words： Constructed wetland; Domestic sewage; Removal rate

1 ?引 言

近年來，隨著我國城鄉一體化以及城市化的逐步發展，目前大部分農村生活污水均沒有統一的收集設施，能將這些生活污水收集后統一處理的更少，對于原有的農村生活污水處理系統[1]，一般系統污水處理量趕不上每年村莊新增的污水排放量，且污染物去除率較低[2]，但隨著我國新農村建設的一步步規劃，新建立的農村在規劃區均會設計好統一的污水排放去向以及處理系統。農村生活污水主要來源于洗衣、洗澡、廁所、做飯以及沖洗等，廢水中主要包含一些常規的污染物（如氮、磷、化學需氧量、生化需氧量等），據報道[3]，農村生活污水的污染物濃度與當地經濟發展水平關系較大，經濟落后地區污水排放量雖然較小，但對于水體有重復利用的習慣反而造成污染物濃度大。

污水處理工藝大部分都是采用厭氧、好氧或兩者綜合的方法，傳統生活污水處理工藝大部分是生化法（如生物轉盤、活性污泥法以及氧化溝法），農村由于可用來建設污水處理設施的土地面積較大，近年來人工濕地技術因運營成本小越來越受到廣大設計者的青睞，人工濕地主要有垂直流人工濕地、表面潛流式人工濕地和水平潛流式人工[4]濕地三種，表流式人工濕地主要通過微生物以及植物共同作用使污染物得以去除，水平潛流人工濕地主要通過基質-植物-微生物三者共同作用使污染物得以去除，垂流式人工濕地主要通過管道重新布設污水的排放，使污染物在水體中分布均勻，進而通過一些好氧手段使污染物得以去除。目前有關人工濕地在農村生活廢水中的研究較多，如林媛媛等[5]在充分分析了現有人工濕地構造的缺陷，并計算了濕地中不同構造層在污水處理時對污染物去除的貢獻率;丁海靜等[6]采用單一變量法通過在濕地中布設不同的機制結構，研究了不同結構濕地在不同水力負荷下各污染物的去除效果;鄭杰等[7]采用數值模擬軟件模擬了人工濕地在鋪設不同的基質厚度、不同基質鋪設順序、導流板設置方式等條件下濕地水力性能參數，并對其進行了系統性的評價;趙智超[8]等分析了BCD-人工濕地組合工藝在處理農村生活污水時污染物的去除效果;張燕等[9]分析了在人工濕地中添加亞鐵試劑對氮、磷的去除效果，并分析了亞鐵試劑去除氮磷的機理;熊仁等[10]采用人工濕地+好氧曝氣+厭氧組合的工藝處理農村生活污水，選取氨氮、總氮、總磷、化學需氧量和懸浮物5個指標分析了該工藝對污染物去除效果以及該工藝的優劣性所在;胡潔等[11]以巢湖流域某污水處理廠排放的尾水為研究對象，采用表流和潛流綜合的人工濕地技術進行處理，分析了出水中氨氮、總氮和總磷的去除效果;邱俊等[12]以江西省瑞金市某農村生活污水為處理對象，采用水解酸化+氧化塘+人工濕地技術進行處理，詳細的分析了該工藝對農村生活污水處理的優劣性所在。本文擬以湖北省荊門市沙陽縣某農村的生活污水為處理對象，在濕地中布設沸石、粉煤灰和爐渣等介質，采用沉砂池+2個水平潛流式人工濕地進行處理，并分析該組合工藝對污水的處理效果，研究結論以期為該工藝在農村生活污水處理中的應用推廣提供理論參考。

2 ?材料與方法

項目地址位于湖北省荊門市沙陽縣的某個農村，污水來源于該村生活污水，在項目的位于共建設了兩個水平潛流式人工濕地，兩個濕地中分別布置不同的基質，濕地的平面布置和結構示意圖見圖1和圖2。1#和2#濕地又均由污水凈化池和沉淀池組成，由于不同的基質對污染物的吸附能力不同，且同一種基質構造不同時對污染物去除效果也不同，據報道石灰石和沸石等對污染物去除效果較好，兩個濕地結構層選用的基質見表1和表2。

濕地中可種植的植物包括沉水植物、挺水植物等，據報道蘆葦和美人蕉對農村生活廢水中污染物具有良好的去除能力，因此在兩個濕地中均同時種植美人蕉、蘆葦和菖蒲，美人蕉的種植間距為15 cm×15 cm、蘆葦種植間距為10 cm×10 cm、菖蒲種植間距為15 cm×15 cm。

濕地中可種植的植物包括沉水植物、挺水植物等，據報道蘆葦和美人蕉對農村生活廢水中污染物具有良好的去除能力，因此在兩個濕地中均同時種植美人蕉、蘆葦和菖蒲，美人蕉的種植間距為15 cm×15 cm、蘆葦種植間距為10 cm×10 cm、菖蒲種植間距為15 cm×15 cm。對濕地水質進行了為期一年的監測，在2、4、6、8、10和12月中旬測一次，廢水中化學需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）、總氮（TN）、總磷（TP）檢測方法見表3，進水中COD濃度為80 ～150 mg/L、NH3-N濃度為12 ～50 mg/L、TP濃度為0.5 ～1 mg/L、TN濃度為30～60 mg/L。

由圖3分析可知：1#人工濕地進水COD濃度在全年各月均有所波動，夏季濃度較高，尤其在10月出水COD濃度比進水COD濃度要高，筆者分析這可能是因為監測年份的10月份水質波動較大，大部分COD本來原吸附在水生植物中，在水動力條件下得以釋放。雖進水中COD濃度規律不明顯，但全年進水COD的去除率卻逐漸下降，筆者分析可能是因為植物中吸收的營養物質逐漸增多逐漸達到飽和，圖4中COD去除率變化規律不明顯。

由圖3和圖4綜合對比分析可知：1#濕地6月、10月和12月出水中COD濃度可達《污水綜合排放標準》中一級B標準，4月和8月出水水體COD濃度略高于該標準，說明該工藝對水體COD有較好的去除能力。2#濕地出水中COD濃度均優于《污水綜合排放標準》中一級A標準。

3.2 ?NH3-N去除效果分析

監測期間1#和2#人工濕地進出水中NH3-N濃度及NH3-N去除率見圖5和圖6。

由圖5和圖6分析可知：1#濕地NH3-N去除率各月份波動較大，尤其是10月份去除率最高（73.2%），而2#濕地NH3-N去除率在各月最低（43.7%），說明10月份進水中的NH3-N主要在1#濕地得以去除進入2#濕地的廢水NH3-N含量較少。綜合對比分析可知：1#濕地出水中NH3-N濃度只有在10月份滿足《污水綜合排放標準》中一級標準，其他各月NH3-N濃度均只能達到《污水綜合排放標準》中一級標準，但2#人工濕地出水中氨氮濃度均較低，遠低于《污水綜合排放標準》中一級標準值，且NH3-N濃度在2#人工濕地中去除率較高，幾乎都在70%左右，說明瓜子皮和碎石作為人工濕地基質對NH3-N濃度有較好的吸附能力。

3.3 ?TN去除效果分析

監測期間1#和2#人工濕地進出水中TN濃度及TN去除率見圖7和圖8。

由圖7和圖8分析可知：1#濕地TN去除率在2-10月有逐漸升高趨勢，12月有所降低，但降低幅度較小，說明水生植物經過這么長時間已經逐漸適應了進水的水質狀況，2#濕地TN的去除率在8月份之前是逐漸下降隨后逐漸升高。兩個濕地TN濃度及去除率綜合對比分析可知：1#濕地出水中TN濃度在所有月份均無法滿足《污水綜合排放標準》中一級標準，TN去除率從42%～-63%不等，但2#人工濕地出水中TN濃度均較低，遠低于《污水綜合排放標準》中一級標準值，且TN濃度在2#人工濕地中去除率較高，幾乎都在70%左右，說明多個人工濕地累加運行可以良好的去除污水中TN濃度。

3.4 ?TP去除效果分析

監測期間1#和2#人工濕地進出水中TP濃度及TN去除率見圖9和圖10。

由圖9和圖10分析可知：1#濕地進水中TP濃度在4月和10月較大，但10月份TP去除率最高（47.2%）;2#濕地出水TP濃度較為穩定，且各月份TP去除率保持在80%以上，兩圖綜合對比分析可知：1#濕地出水中TP濃度在所有月份均無法滿足《污水綜合排放標準》中一級標準，TP去除率從30%～50%不等，但2#人工濕地出水中TP濃度均較低，遠低于《污水綜合排放標準》中一級標準值，且TP濃度在2#人工濕地中去除率較高，幾乎都在90%左右，說明多個人工濕地累加運行可以良好的去除污水中TP濃度。

4 ?結 論

本文在探討了人工濕地在農村生活污水處理中的研究進展基礎上，以湖北省荊門市沙陽縣某農村的生活污水為處理對象，連續布設了兩個人工濕地，在每個濕地中分別布設不同的基質，采用沉砂池+2個水平潛流式人工濕地進行處理，分析了每個濕地進出水中TN、TP、COD和NH3-N污染物濃度值以及去除率，結果表明。

（1）水平潛流人工濕地在處理農村生活污水時對廢水中COD有較好的去除能力，COD的去除率在80%左右;

（2）采用多個人工濕地綜合運用能明顯的提高污水中污染物的去除效果，當濕地中布設瓜子皮、砂石等基質時污染物去除效果比砂效果好;

（3）溫度能影響人工濕地中植物的生長，且對植物吸附污染物能力有較大影響，各污染物濃度在夏季去除效果比冬季較好。

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