利用潛流人工濕地處理郝堂村生活污水的效果研究

王富河 趙蓮花 袁曉琴

摘要 以河南省信陽市郝堂村生活污水為處理對象，構建2個潛流人工濕地生態凈化系統。于2014年6月分別栽植2組不同的濕地植物。通過2016、2017年2、6、10月對潛流人工濕地進水口、出水口的水質進行監測，研究了潛流人工濕地對生活污水的處理效果和配置不同植物對污染物的去除效果。預處理對化學需氧量（COD）、氨氮、總磷和總氮的去除率分別是34.46%、50.02%、34.69%、12.89%。栽種引種植物美人蕉（Canna indica L）、香蒲（Typha orientalis Presl）、再力花（Thalia dealbata Fraser）的潛流人工濕地對COD、氨氮、總磷和總氮的去除率分別為43.90%、41.80%、51.90%和66.30%；栽種鄉土樹種鬼針草（Bidens pilosa L）、蘆葦（Phragmites communis）、菖蒲（Acorus calamus L）的潛流人工濕地對COD、氨氮、總磷和總氮的去除率分別為52.80%、49.90%、59.70%和73.40%。研究結果表明，潛流人工濕地對生活污水中的污染物去除效果較好，預處理和濕地基質的吸附降解作用是潛流人工濕地處理污水的主要途徑，栽種鄉土濕地植物的潛流人工濕地污染物去除效果更好。

關鍵詞 潛流人工濕地；處理；生活污水

中圖分類號 X703 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）09-0071-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.09.021

Abstract Taking the domestic sewage of Haotang Village， Xinyang City， Henan Province as the processing object，two subsurface flow constructed wetland ecological purification systems were constructed.In June 2014，two groups of different wetland plants were planted.Through February，June and October of 2016，2017，we monitored the water quality of inlet and outlet of subsurface flow constructed wetland，studied the effect of subsurface flow constructed wetland on domestic sewage treatment and the effect of different plants on pollutant removal.The removal rates of chemical oxygen demand，ammonia nitrogen，total phosphorus and total nitrogen were 34.46%，50.02%，34.69% and 12.89% respectively.The chemical oxygen demand，ammonia nitrogen，total phosphorus and total nitrogen removal rates of planting Canna indica L，Typha orientalis Presl，Thalia dealbata Fraser in the constructed wetland were 43.90%，41.80%，51.90% and 66.30%，planting native tree species Bidens pilosa L，Phragmites communis，Acorus calamus L were 52.80%，49.90%，59.70% and 73.40%.The results showed that the subsurface flow constructed wetland had better effect on pollutant removal in domestic sewage，pretreatment and adsorption degradation of wetlands were the main ways for sewage treatment，the subsurface constructed wetlands planted with native wetland plants had better pollutant removal effect.

Key words Subsurface flow constructed wetland；Treatment；Domestic sewage

郝堂村位于河南省信陽市平橋區五里店街道辦事處，被中國生態文化協會（CECA）評為“中國生態文化村”，河南平橋兩河口國家濕地公園轄區的七龍溪穿過郝堂村全境。為了更好地保護濕地，2014年平橋區林業局建設了潛流人工濕地2座，對郝堂村生活廢水進行生態凈化處理。在綜合評估人工濕地設計、持續運行研究的基礎上，探討如何利用潛流人工濕地的預處理、基質、植物和潛流方式，系統闡述人工濕地處理鄉村污水的效果，以豐富人工濕地處理鄉村生活污水設計體系的研究。

1 材料與方法

1.1 郝堂村污水處理現狀

郝堂村（32°02′～32°05′N，114°10′～114°13′E）位于河南省信陽市平橋區郝堂村，該區氣候屬于亞熱帶、暖溫帶南北氣候過渡區域，年平均氣溫為15.1 ℃，降水量豐沛，年降水量為1 150 mm。該村常住人口數量為1 160人，人均排污水量為55 L/d，郝堂村對鄉村污水進行了收集，每戶均建有化糞池。由于化糞池出水中污染物濃度均較高，且村莊的生活污水要排入河南平橋兩河口國家濕地公園的七龍溪河流濕地，其濃度高于地表水Ⅲ類水質標準值，這些污水排入兩河口國家濕地公園后，會造成水污染，破壞濕地生態系統，因此還需要對污水進一步凈化處理。

1.2 潛流人工濕地生活污水處理設計

郝堂村人工濕地污水處理系統基本工藝流程為生活污水先經格柵井攔截大部分較大的固體懸浮物；經過格柵井后污水進入水解酸化池，以改善污水的可生化性；污水經過水解酸化處理后，流入人工濕地，通過濕地基質的吸附沉降、濕地植物和微生物的共同作用得到生態凈化[1]；凈化后的污水流入荷塘、水田；經過荷塘、水田的自然凈化后，再流進七龍溪河流濕地（圖1）。

1.2.1 污水預處理。預處理采用格柵和水解酸化的方式。格柵井攔截較大的固體懸浮物；水解酸化池分隔成4個格室，在該池中通過化學反應將不溶性有機物水解為溶解性有機物，將難生物降解的大分子物質轉化為易生物降解的小分子物質，通過水解酸化，改善廢水的可生化性，為后續處理奠定良好基礎。

1.2.2 人工濕地。潛流人工濕地內部組成主要包括基質、植物、水和微生物[2]。選用不同粒徑的礫石和砂石作為基質，按照一定的厚度鋪設成人工濕地的床體，栽植菖蒲、鬼針草、蘆葦等水生植物[3]。污水經過配水堰均勻配水，流經人工濕地，通過基質的吸附沉降作用、基質表面的植物和微生物共同作用去除污水中的有機污染物[4]。

1.2.3 生產再處理。凈化后的污水通過集水管集中到集水堰中，排放到荷塘、水田，再進入河南平橋兩河口國家濕地公園七龍溪河流濕地。

1.3 潛流人工濕地構建

2014年2月，構建郝堂村街西（No.1）、街東（No.2）2座不同植物配置的潛流人工濕地。預處理采用磚混結構，格柵井1.5 m×0.6 m×0.7 m，濾網空隙為5 cm×5 cm；水解酸化池14.42 m×4.00 m×3.50 m，5格室，活性污泥從信陽市污水處理廠接種；配水堰13.0 m×1.2 m×1.7 m，配水口處于底部；人工濕地采用磚砌而成，規格為25.0 m×60.0 m×1.7 m，側壁和底部全部使用混凝土進行防滲處理，基質填充下層0.7 m，填充直徑8 cm礫石，上層0.9 m，填充直徑1.5 cm細礫石，礫石為當地石灰巖，表層覆蓋0.1 m厚度的種植土壤作為濕地基質。2014年6月，分別向No.1人工濕地移栽人工培育的苗期的美人蕉（Canna indica L）、香蒲（Typha orientalis Presl）、再力花（Thalia dealbata Fraser），條狀混栽；向No.2人工濕地移栽當地野生鬼針草（Bidens pilosa L）、蘆葦（Phragmites communis）、菖蒲（Acorus calamus L），條狀混栽；濕地植物的種植密度為20～25株/m2。郝堂村潛流人工濕地污水處理系統構建圖見圖2。

1.4 人工濕地運行與監測

No.1人工濕地進水為郝堂村小學、21戶居民的生活污水，污水處理能力達150 m3/d；No.2人工濕地進水為47戶居民、6家農家樂食堂的生活污水，污水處理能力達300 m3/d。污水通過配水堰調控進入人工濕地，進水深度為基質底部1.5 m，采用不間斷進水，水力停留時間為7 d。分別于2016和2017年的2、6和10月，每月進行5次采樣檢測，采樣間隔6 d1次。用PVC塑料瓶，在每座預處理格柵井進水口、人工濕地配水堰進水口、集水堰排水口處取水100 mL，水面下深度10～15 cm。每次采樣取1對平行樣，均在進、出水口重復采集2瓶樣品。樣品取回后，放置在冰箱中，于4 ℃避光存放。監測分析方法見表1。

1.5 數據分析

數據使用Excel 2016和SPSS 13.0進行處理分析。

2 結果與分析

2.1 預處理主要污染物去除率

郝堂村生活污水收集進入預處理格柵井，流經封閉的5格室水解酸化池，在化學作用下，主要污染物去除較明顯，其中No.1和No.2的COD去除率分別為32.69%、36.23%，氨氮的去除率分別為49.46%、50.58%，總磷的去除率分別為31.86%、37.52%，總氮的去除率分別為14.07%、11.7%，pH變化不明顯。預處理主要污染物去除率變化規律見圖3。

2.2 人工濕地主要污染物去除率

2014年6月建成的人工濕地中植物根系經過2年的生長，長度約30 cm，此時根系能夠穿透種植土，達到小顆粒礫石的縫隙。經過人工濕地的基質吸附和化學沉淀以及濕地植物吸收和微生物轉化、分解[5]，郝堂村莊生活廢水中的污染物處理效果明顯。其中No.1和No.2的COD去除率為43.90%、52.80%，監測均值為21.53、18.60 mg/L，處理后水質臨界地表水Ⅲ類～Ⅳ類水標準；對氨氮的去除率為41.80%、49.90%，監測均值為0.72、0.82 mg/L，處理后水質為地表水Ⅲ類水標準；對總磷的去除率為51.90%、59.70%，監測均值為0.35、0.41 mg/L，處理后水質為地表水Ⅳ類水標準；總氮的去除率為66.30%、73.40%，監測均值1.58、1.74 mg/L，處理后水質為地表水Ⅳ類水標準；pH變化不明顯。

通過對2塊人工濕地生態凈化效果的連續監測，栽種美人蕉、香蒲、再力花的No.1人工濕地污染物去除率均稍低于栽種鬼針草、蘆葦、菖蒲的No.2人工濕地。人工濕地去除率變化規律見圖4。

3 討論

預處理改善了進水水質，能夠提高潛流人工濕地污染物去除能力。水解酸化處理可以有效去除污水中大量的懸浮物質以及水解酸化過程中產生的污泥，避免人工濕地由于長時間運行造成堵塞現象[6]。采用水解酸化處理技術，出水通過配水堰進入潛流式人工濕地，可以避免臭味的產生[7]。水解酸化過程能將廢水中的非溶解態有機物截留并逐步轉變為溶解態有機物，一些難以生物降解的大分子物質被轉化為易于降解的小分子物質，從而使廢水的可生化性和降解速度大幅度提高，以利于后續人工濕地的好氧生物處理。

濕地基質的吸附降解作用是潛流人工濕地處理污水的主要途徑[8]。該研究基質取材于當地的石灰巖，機械碎粒形成大塊礫石作為下層填充物，小塊礫石為上層填充物。在不同進水條件下2塊人工濕地均表現出了較高的污染物去除率，特別是經過冬季之后，濕地植物地上部分枯萎死亡，植物根系雖然有一定的越冬能力，但是受植物莖葉光合作用停滯的影響，人工濕地的植物凈化能力減弱[9]；但從檢測結果中發現，2月與6、10月相比，人工濕地的去除效果差別不大。人工濕地基質的吸附沉淀降解，經過6～8年，濕地填料要更新或者沖洗以后才能持續使用，否則去除效果會下降[6]。

栽種鄉土濕地植物的潛流人工濕地對主要污染物的去除效果更好。監測表明，栽種當地野生鬼針草、蘆葦、菖蒲的No.2濕地對主要污染物的去除率相對高于栽種美人蕉、再力花、香蒲的No.1濕地，其機理可能是當地野生濕地植物向根區輸氧能力更強，根系較引種栽培濕地植物更發達[10]。選擇栽種當地鄉土濕地植物，更能適應當地的生態環境，使根系充分發育，可以為植物根系間微生物提供良好的新陳代謝環境，便于在植物根系區的還原態介質中形成氧化態微環境，使有氧和厭氧共同作用，有利于充分發揮微生物降解有機污染物的作用[3]。

4 結論

潛流人工濕地對郝堂村生活污水中的各污染物去除效果較好。2014年6月栽種美人蕉、再力花、香蒲的潛流人工濕地對COD、氨氮、總磷和總氮的去除率分別為43.90%、41.80%、51.90%和66.30%；栽種鬼針草、蘆葦、菖蒲的潛流人工濕地對COD、氨氮、總磷和總氮的去除率分別為52.80%、49.90%、59.70%和73.40%。預處理能夠提高潛流人工濕地污染物去除能力，濕地基質的吸附降解作用是潛流人工濕地處理污水的主要途徑，栽種鄉土濕地植物的潛流人工濕地污染物去除效果更好。

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