厌氧生物预处理-潜流人工湿地技术处理农村生活污水
摘要：以浙江省某沿海山区农村生活污水处理工程为例，探讨了厌氧生物与处理—垂直潜流人工湿地组合工艺结合湿地复氧廊道技术和序批式运行方式在农村生活污水处理中的应用。结果表明，该组合工艺在处理农村生活污水具有运行费用低，管理维护简单，适合农村生活污水处理，并且出水水质可达《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级B标准。
关键词：潜流人工湿地 厌氧生物预处理 农村生活污水 序批式
0 前言
农村地区未经处理的生活污水严重污染了土壤、地表水和地下水，是造成农村环境污染的重要原因之一。人工湿地污水处理技术是20世纪70年代兴起的一种新型生态污水处理技术，由于具有对污染物去除效果好、基建和运行费用低、工艺设备简单、维护管理方便等特点，正逐渐被应用于广大中小城镇和乡村地区的生活污水处理中。潜流人工湿地作为人工湿地的一种类型，因其充分利用了湿地的空间，发挥了系统间的协同作用，使污水处理能力得到大幅度提高，且占地面积相对较小，因而在污水处理中已经得到了广泛的应用。目前，江南大部分农村地区都建有化粪池，由于化粪池出水中有机物、SS等污染物浓度均较高，如果出水直接进入潜流人工湿地，将会对人工湿地的运行造成较为严重的影响，在较短时间内即会造成湿地堵塞，严重影响湿地使用寿命。因此，在湿地前增加一道预处理，有效降低污染物浓度，可以大大延长人工湿地的使用寿命，并且保证人工湿地的出水效果。
本项目针对浙江省某沿海城市山区农村生活污水的特点，采用厌氧生物预处理＋潜流人工湿地组合工艺，并在工程实施过程中对潜流人工湿地采用序批式运行技术，有效解决了总氮去除效果差等问题，取得了预期效果。
1 水量水质
本项目位于浙江省沿海某山区村内，为农村生活污水处理工程。该村常住人口数量为800人，人均排污水量为70L／（人·d），项目考虑20％的远期发展，计算污水处理站设计规模70m3／d，处理后的污水就近排入周边河道，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级B标准。
污水处理站设计进水水质及排放标准如表1所示。
表1 进水水质及排放标准
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2 工艺流程及主要构筑物、设备
2．1 工艺流程
污水先经格栅井拦截大部分较大的固体悬浮物，经过格栅井后污水进入厌氧生物预处理池，在该池中去除一部分有机污染物及大部分固体悬浮物，通过水泵提升进入人工湿地，在人工湿地中，污水中剩余的部分污染物通过湿地基质的过滤吸附、湿地植物根系的吸收、好氧与厌氧微生物菌群的分解作用被去除，从而使污水得以净化。厌氧生物预处理＋潜流人工湿地污水处理工艺流程如图1所示。
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图1 厌氧生物过滤预处理＋潜流人工湿地处理工艺
2．2 主要构筑物与设备
2．2．1 隔栅井（含格栅）
隔栅井1座，砖混结构。平面尺寸为2m×1．2m，深1．5m，有效水深0．5m。井内设人工格栅1套，格栅宽1 200mm，栅条间隙10mm，栅渣及时清理外运处置。隔栅井主要作用是截留污水中较大的悬浮物，减少后续构筑物负担。
2．2．2 厌氧生物预处理池
厌氧生物预处理池1座，用于污水预处理。钢筋混凝土结构，平面尺寸7m×6m，深度2．5m。有效水深2m，有效容积84m3，污水停留时间为28．8h。
厌氧生物预处理池埋地布置，池体较大，不利于水体流动，因此设置5块导流折板，将池体分隔成五个廊道，有效改善流态。为了进一步降低进入湿地的污染负荷，在导流槽的第2和第5槽设置弹性立体填料，利用综合池液位上下变动，使弹性立体填料不断处于好氧、厌氧交替状态，有效降低污染物浓度。
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图2 厌氧生物预处理池
综合池末端二级提升潜污泵2台（1用1备，运行功率0．2kW），该水泵自带液位开关，可自动根据综合池内液位高低开启和停止水泵，操作管理简单。
2．2．3 人工湿地植被床
本处理工艺的主体构筑物，用于去处污水中的有机污染物、氨氮和磷。湿地床共280m2，湿地床深1m。湿地表面负荷为0．25m3／（m2·d）。
传统的垂直潜流人工湿地对氨氮、总氮和总磷的去除效果有限，本项目湿地在建设时，通过采用大气复氧廊道技术，即在湿地表面采用复氧廊道－种植沙土交替配置的方式，使人工湿地不仅能够种植植物，而且能通过大气复氧廊道联通大气，结合运行时采用序批式运行方式，使人工湿地基质一直处于好氧、厌氧交替运行状态，对氨氮和总氮有较好的去除效果。
为解决湿地生物除磷效果瓶颈，在本工程中采用高炉渣作为湿地基质组成的一部分。高炉渣是炼铁的副产品，本身含有较多的钙、镁、铁、铝等金属元素，使得溶解性磷酸根容易与这些金属元素形成磷酸盐沉淀；另外，高炉渣的多孔结构也为吸附沉淀提供了有利条件，从而保证污水中磷素得以有效去除。
湿地表面种植常绿多年生草本植物，改善了湿地表面冬季植物枯萎造成景观及处理效果的影响。
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图3 湿地布置
2．2．4 总平面布置
本项目总占地面积536m2，主体构筑物以及人工湿地均为埋地布置，地表无建筑。
工程完工后湿地上部种植常青植物大花金鸡菊，该植物具有花期长，对环境要求底等特点。在便于管理的同时也对污水处理站环境起到了美化作用。厌氧生物与处理池上部覆土后终止草坪，湿地周边种植凤尾竹、红叶石楠、香樟树等植物，整体视觉效果高低有致、色彩鲜艳。使得污水处理站具有一定的景观效果。污水处理站总平面图见图4。
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图4 湿地总平面布置
2．3 工程特色
2．3．1 厌氧生物过滤预处理特点
（1）占地面积小、选址简单、施工方便。
（2）预处理构筑物中只有两台微动力水泵，运行费用低，和传统工艺相比，运行维护方便。
（3）与处理池中采用了折板导流和生物填料，并且在运行过程中随着池内也为的变动，填料上微生物处于厌氧－好氧的环境中，有利于污染物的去除，处理效率较高，为后续的人工湿地处理降低负荷及面积。
2．3．2 人工湿地特点
（1）由基质、植物和微生物组成了人工湿地生态系统，是一种生态化的污水处理方式，结合园林化的布置，适合在农村地区推广使用。
（2）与传统的表面流人工湿地相比，垂直潜流人工湿地具有高效、清洁、不滋生蚊蝇等特点。
（3）部分湿地基质采用高炉渣，利用金属离子并结合高炉渣的多孔吸附作用，有效去除磷酸盐。
（4）湿地采用复氧廊道，湿地植物避开廊道种植，结合序批式运行方式能有效去除氨氮和总氮。
3 运行效果及经济效益分析
3．1 运行效果
该工程自2009年12月完成调试投入运行后出水水质稳定，2010年6月竣工验收监测的平均进出水水质如表3所示。
表2 进出水水质及排放标准
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注：出水水质1为厌氧生物预处理池出水，出水水质2为人工湿地出水。
监测结果表明，采用厌氧生物与处理＋潜流人工湿地组合工艺处理浙江省沿海某山区村内农村生活污水，出水水质可达《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级B标准。
3．2 经济效益
工程总投资约为39万元，其中土建投资约为23万元，设备材料、安装调试及其他投资约为16万元。处理规模为70m3／d。折合单位水量投资费用为5 500元／m3。
污水处理运行直接成本主要包括电费，约为0．03元／m3。
4 结语
（1）采用厌氧生物与处理＋潜流人工湿地组合工艺可以有效处理浙江省沿海某山区村内农村生活污水。出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级B标准。
（2）就地取材，采用高炉渣作为湿地基质的一部分，有效去除了污水中总磷。
（3）湿地采用大气复氧廊道并结合序批式运行方式，污水处于连续的厌氧—好氧环境，能有效处理氨氮和总氮。
（4）整体工艺简单，运行维护工作量少，适合管理水平相对较低的农村地区。
（5）结合园林化设计，将污水处理站建设成景观花园，和生态新农村建设相结合。
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