農村地區生活污水處理研究

摘 "要：該文對于農村地區居住分散、生活污水難以集中處理的情況進行分析，采用化糞池與人工濕地聯用的方式對生活污水進行處理，并對氨氮、SS（懸浮物）、水力停留時間（HRT）與化學需氧量（CODcr）的去除效果進行分析，研究結果對于農村地區污水處理有參考價值。

關鍵詞：農村；生活污水；人工濕地；污水處理；化糞池

中圖分類號：X703 " " "文獻標志碼：A " " " " "文章編號：2096-9902（2023）01-0041-03

Abstract： In this paper， the situation of scattered residential areas and difficult centralized treatment of domestic sewage in rural areas is analyzed， septic tanks and constructed wetlands are used to treat domestic sewage， and the removal effects of ammonia nitrogen， SS（suspended solids）， hydraulic retention time （HRT） and chemical oxygen demand （CODcr） are analyzed. The results are of reference value for sewage treatment in rural areas.

Keywords： rural; domestic sewage; constructed wetland; sewage treatment; septic tank

農村的生活污水主要來源于2個部分，一是洗衣、洗澡等化學成分和細菌比較多的污水，二是洗滌碗筷、蔬菜等氮磷元素較高的有機污水。農村生活污水的特點在于一是水中的重金屬離子占比不高，主要的污染源在于氮磷元素含量。二是農村生活污水很難像城市一樣集中進行處理。三是農村污水排量不穩定，在夏季的產量是最高的，遠超其他季節[1]。

人工濕地是一種類似天然的污水處理技術，是由人工實施建造并運行的系統，以太陽能為能量，在微生物、植物與介質的共同作用下來完成對水體的凈化[2]。目前已經被廣泛地運用在各個領域，比如在生活污水、養殖廢水和工業廢水等[3]方面，其優點在于運行和管理要比污水處理廠方便簡單，無須專人看管，只需定期對格柵池、隔油池進行清理。但是人工濕地受外界溫度的影響比較大，在溫度低的環境下，微生物的活性與人工濕地上植物的狀態都會比較差。

1 設計與材料

本研究針對重慶地區農村的特點，設計一套高效穩定、占地少、操作簡單和運行費用低廉的人工濕地。該人工濕地位于重慶市銅梁區土橋鎮西南端，占地面積150 m2，人工濕地長18.4 m，寬6.72 m，高1.75 m，有效面積123 m2。

預處理系統占地面積17.7 m2，長5.9 m，寬3 m，高3.6 m。污水設計處理量為5.6 t/d，池體建筑容積為60 m3，最大有效容積40 m3。在2020年6月至12月之間對人工濕地系統展開研究，對水力停留時間（HRT）進行分析。

生活污水經化糞池（內置格柵）去除大部分的漂浮物及雜質后部分回用于房前屋后蔬菜、果樹和農作物種植，剩余部分流入人工濕地。濕地選擇大聚藻、美人蕉和風車草等水生植物，利用人工濕地中的植物與微生物等的作用，對水中污染物采用進一步處理，之后出水排放至環境水體。

1.1 預處理系統

在人工濕地前加裝預處理系統或者在大面積人工濕地系統下，濕地可以對污水中70%～80%的污染物進行處理，本研究選擇化糞池作為預處理系統，并與人工濕地相結合。

預處理系統的主要目的是為了降低污水中的懸浮物質，以保證整個處理系統不被堵塞，延長人工濕地使用周期，并且預處理系統是采用占地面積小的地埋式設計，可以減輕異味的產生。

人工濕地的預處理系統是由水解酸化調節池、生物厭氧池和清水濾池3部分組成。污水首先在水解酸化調節池去除殘渣和顆粒大的固體，同時截留塑料等不易降解之物；然后污水交替從水解酸化調節池進入生物厭氧池進行厭氧消化；最后流入清水濾池，進行物理化學吸附，再排入人工濕地或用于農作物種植。在生物厭氧池中加掛D2半軟生物填料，運用特殊厭氧菌吞噬有機質進行生化處理，使有機物含量大幅降低，增加處理效果。

1.2 人工濕地

1.2.1 表面流濕地

表面流濕地的主要特點是污水在土地表層流動，使水和空氣兩者直接進行接觸。通過生物膜可以有效地減少有機物。此類人工濕地占地面積大，天氣炎熱時容易滋生蚊蟲。但是對污染程度低的水體具有較好的處理效果。

1.2.2 水平潛流濕地

水平潛流濕地的水力負荷與污染物處理量要高于其他類型濕地，對懸浮物[4]、生化需氧量和化學需氧量等污染物去除效果比較好，氧源可以通過植物的根系進行傳輸，大大減少了異味和蚊蟲出現的可能性。

1.2.3 垂直流濕地

垂直流濕地的水力負荷較高、污染物去除率高。但是管理復雜，有產生蚊蟲的可能性，在處理有機物的去除能力方面，不如水平潛流型人工濕地。

但是，重慶農村地區地理環境崎嶇，人口密度低，大體積的人工濕地并不適用，因此選擇水平潛流濕地更適合農村地區使用。

1.3 人工濕地工藝設計

1.3.1 人工濕地填料設計

人工濕地周圍采用360 mm磚墻、防水毯整體焊接圍護。底部平整設置坡度，坡度為1%。人工濕地最底層鋪設100 mm厚粒徑8～16 mm礫石，向上依次為300 mm厚粒徑2～6 mm粗砂，300 mm厚粒徑4～8 mm礫石，200 mm厚粒徑8～16 mm礫石，礫石層具有凈水、過濾和吸收效果。

1.3.2 人工濕地植物選擇

對于在不同季節溫度的適應能力是選擇人工濕地植物的關鍵標準，總體要耐水，對氮、磷吸收效果好并且要具有美觀性，當前經常使用的植物有風車草、大聚藻、美人蕉（Canna indica）、睡蓮（Nymphaea tetragona）、薄荷（Mentha haplocalyxBriq）、花葉蘆竹、水鱉（Hydrocharisdubia）、黃菖蒲（Iris pseudacorus）、大薸（Pistia stratiotes）、久花（Monochoria korsakowii）、再力花和姜花等[5]。

結合文獻資料和近幾年人工濕地研究，最終選擇風車草、大聚藻和美人蕉作為人工濕地植物。

1.4 人工濕地工藝流程

（1）生活污水經污水管網（Ф300UPVC管）收集后匯入化糞池，通過化糞池截留大部分的漂浮物及雜物并在厭氧環境下發生生化反應來降解污水中部分有機污染物，之后出水用于灌溉或自流進入人工濕地，通過人工濕地內基質、植物和微生物的共同作用，去除氨氮、磷等污染因子，出水排放至環境水體中。工藝流程：生活污水→化糞池→人工濕地→排入環境水體→房前屋后蔬菜、果樹和農作物種植。

（2）系統中化糞池殘留的雜物和產生的污泥定期清掏。

（3）化糞池產生的廢氣通過排放管（Ф100PVC管）引出。

1.5 防堵設計

人工濕地在運行的時候會出現填料淤堵的情況，這就會使人工濕地的運行效率大打折扣。針對這種情況一般采取污水預處理的方法，以減輕人工濕地的處理負擔，從而延長人工濕地的壽命。也可以在人工濕地內部進行預防，在人工濕地如口部位使用尼龍網防堵。

水樣收集取樣點為化糞池出水口、人工濕地進水口、集水井和出水井。經過預處理的污水各指標可以穩定在化學需氧量180 mg/L，氨氮含量為30 mg/L，SS含量為160 mg/L，PH為6～9。

1.6 實驗方法

對進出水的溫度、PH和氨氮含量進行測定。在實驗室中根據《水和廢水監測分析方法》對CODcr、TN（總氮）進行分析。其中，使用快速消解法測定化學需氧量；過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測定總氮含量；氨氮含量選擇納氏試劑比色法測定。

2 結果與分析

2.1 水力停留時間（HRT）對CODcr的去除效果的影響

人工濕地的處理效果和HRT存在著很大的關系。HRT為1 d時，出水的CODcr平均含量為65.38 mg/L。將HRT提高到2 d時，出水的化學需氧量（CODcr）平均含量由65.38 mg/L降低至48.52 mg/L，去除率由83.65%提高至87.87%。但是當HRT從2 d提高到3 d時，出水的CODcr平均含量從48.52 mg/L提至53.65 mg/L，CODcr去除率從87.87%變化至86.59%。

可以發現，CODcr去除率與HRT不呈現正相關聯系。當HRT為2 d時，則人工濕地系統的化學需氧量去除率為最大。減少了HRT，就增加了水力負荷，勢必會使水處理效果受到影響[6]。

另外，減少HRT也會使得大濾層之間的流速率和水力剪切力增加，從而使得生物膜更易被洗脫，出水CODcr也會因為這些原因增加。結合研究證實，HRT太長或太短均不利CODcr的消除。所以要選擇適當的HRT。

2.2 人工濕地系統的去除效果

由表1可以看出SS（懸浮物）、氨氮的處理效果。

濕地去除水中的氨氮主要采用以下幾種方法：微生物的硝化與反硝化作用；植物的吸收和揮發作用；基質的吸附、過濾、沉淀及氨的揮發等。而在這里面，最重要的就是微生物的硝化與反硝化作用。污水在流入人工濕地之后，首先經過硝化作用將氨氮轉化為硝態氮，其次沿著水流路線，硝化作用強度減小，反硝化作用轉為主導，最后氨氮會以氣態方式的進行排放。

人工濕地在有關SS的處理過程中，以下問題會導致處理效果達不到預期。首先是在人工濕地運行的過程中，預處理系統的清淤排泥系統出現問題；其次是在長時間的工作運行后，污水中的懸浮顆粒物會擁堵并導致基質穿層，使其喪失過濾效果，出水SS不達標，更換基質層可以保證系統正常運行；最后是人工濕地內植物因病蟲害而導致的處理效果不佳，需要重新補種。

3 結束語

本研究設計、建造的人工濕地具有以下幾個特點：一是具有較好的處理效果，并且操作簡便、運行維護費用低、投資少、低能耗和管理方便；二是占地面積小，節約土地資源，提高土地利用率；三是化糞池與人工濕地聯用，對分散式不易集中處理污水的農村地區有較好的實施效果。

本設計研究還存在有待改進的方面。針對不同溫度氣候特點的地區，可以采用不同的人工濕地植物，以達到更穩定的處理效果。對于中國北方區域，可以采用棚膜與蒲席覆蓋、結冰蓋的冬季保溫措施，這類改進可以使人工濕地在北方區域正常使用。

本系統人工濕地系統污水量大約為5.6 t/d，在排放過程中經過水解酸化池、生物厭氧池和人工濕地后，出水完全可以符合DB 50/848—2018《農村生活污水集中處理設施水污染物排放標準》，且出水水質在同等投資環境下，優于常規處理池，設計合理，可以用作農村地區污水處理模式。

參考文獻：

[1] 高困.農村生活污水人工濕地處理技術研究[J].節能，2020，39（9）：90-91.

[2] 原野，楊雪，夏雪，等.人工濕地在我國北方寒冷地區的應用[J].環境保護與循環經濟，2010，30（5）：41-44.

[3] MASI F， RIZZO A， REGELSBERGER M. The role of constructed wetlands in a new circular economy， resource oriented， and ecosystem services paradigm[J]. Journal of Environmental Management， 2018，216：275-284.

[4] 李兆欣，趙立新，井艷文，等.北京未來科技城濱水森林公園潛流人工濕地凈化效果對比研究[J].北京水務，2015（1）：21-24.

[5] 陶正凱，陶夢妮，王印，等.人工濕地植物的選擇與應用[J].湖北農業科學，2019，58（1）：44-48.

[6] 邱立平，馬軍，張立昕.水力停留時間對曝氣生物濾池處理效能及運行特性的影響[J].環境污染與防治，2004，26（6）：433-436，397.