水解酸化-人工湿地处理农村污水
摘要：福建某饮用水源地采用水解酸化-人工湿地工艺处理农村污水，实际运行结果表明：该工艺切实可行、运行成本低，取得了较好的处理效果。当进水CODCr，BOD5，SS，NH3-N，TP 质量浓度分别低于200，300，200，25，5mg/L 时，出水CODCr，BOD5，SS，NH3-N，TP 质量浓度分别低于60，60，80，15，0.5mg/L。该系统出水水质稳定可达《农田灌溉水质标准》，出水直接回灌农田或山林，不设排放口，可以很好地保护水源。
关键词：水解酸化；人工湿地；农村污水
0 引言
在我国农村水源地保护工作中，农村污水是饮用水源地最大的安全隐患，直接排入水体会加剧淡水资源的危机[1]。调查表明，目前我国农村每年产生生活污水约90 亿t ，而相对应的处理率却微乎其微。当前，全国661 个城市的污水处理率在77％左右，县城的污水处理率约为42％，而到乡镇和村一级则非常低[2]。人工湿地技术是20 世纪70 年代开发的一种生态处理新技术，具有建设运行成本低、耗能少、出水水质好、运行维护方便、系统配置可塑性强等特点，是目前我国处理农村污水常用的方法之一[3]，研究表明传统人工湿地处理农村污水时由于有机负荷太高，一般不能使污水达标[4]。因此，寻求适合饮用水源地的农村污水处理方式非常重要。
1 废水水量水质
示范项目位于福建省某饮用水源地，目前该村落基本没有污水收集及处理系统，多采用明渠或自然沟渠排放生活污水及雨水，没有经过处理就直接进入水体。居民洗衣、洗菜污水直接泼洒地面，只有少数的住户生活污水先经过化粪池然后排入现状的雨水沟渠，而大部分区域为雨污合流，生活污水、雨水等混合排放。调查研究表明，我国农村污水主要包括餐饮业污水、洗涤污水、居民生活粪便污水及农田耕地径流和山地林地地表径流等[5]。现场调查确定该村落污水主要为居民生活污水和山林径流。污水包含大量的营养盐、细菌和病毒等，氮、磷含量高于其它污水[6]，进入河道及水体后易造成湖泊的富营养化，降低流域的水质。根据现场调查及水质监测，确定该废水处理工程的设计水量为150m3/d，平均流量为6.25m3/h，按最大时变化系数Kz = 3．0 考虑，最大流量为19m3/h，具体水质见表1。由于该项目位于饮用水源地根据《水污染防治法》不可新增排污口，设计废水经处理后执行GB 5084—2005 《农田灌溉水质标准》直接回灌农田或山林。
表1 设计进水水质和出水水质 mg·L-1
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2 废水处理工艺设计
2.1 处理工艺流程
生活污水通过管渠排往废水处理站，经格栅截留大颗粒及块状漂浮物后进入沉淀池，大部分悬浮物得以去除，同时有机污染物浓度大大降低。由沉淀池排出的废水进入水解酸化池进行水解酸化，以提高废水的可生化性。为了防止人工湿地的堵塞，废水经水解酸化后进入二沉池，再次沉淀后进入人工湿地处理，出水达到GB 5084—2005《农田灌溉水质标准》回灌山林。工艺流程见图1。
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图1 水解酸化-人工湿地组合工艺流程
2.2 工艺特点
传统人工湿地处理技术由于有机负荷太高，单独应用时一般不能使污水达标，而水解酸化-人工湿地组合处理技术，水解酸化过程可以大幅度降低污水中有机物含量[7]，减少了人工湿地负荷，可以使污水达到GB 5084—2005《农田灌溉水质标准》。
传统人工湿地占地面积太大，采用组合处理工艺由水解酸化处理单元减小了人工湿地的压力，从而可以大大缩小人工湿地的占地面积。
水解酸化处理单元前后均设置沉淀池，可以有效去除污水大量的悬浮物质，及水解酸化过程中产生的污泥，避免人工湿地由于长时间运行造成堵塞现象。
单独采用水解酸化处理技术，出水常会产生恶臭气味，采用潜流式人工湿地或在人工湿地中设置部分区域为潜流式湿地可以避免臭味的产生。
可以实现处理和回用一体化，利用污水处理过程，合理选配水生或半水生及湿生植物，建造生态景观，美化生活环境。
整个处理工艺无需动力，日常不需要维护，只要定期检查（一般3～6 个月1 次）。
2.3 主要构筑物设计
2.3.1集水井
设计流量150m3/d，采用方形池，人工定期清理池底沉淀物，池体尺寸L×B×H=0.6m×0.8m×1.5m，1 座，有效水深1.2m，采用密封砖砌结构，池壁砖混，池底混凝土，有效水深1.2m。
2.3.2格栅井
设计流量150m3/d，池体尺寸L×B×H=0.6m× 1.4m×1.5m，1 座，采用密封砖砌结构，池壁砖混，池底混凝土，采用栅间距为10mm的人工清渣格栅，功能：去除水中大颗粒或长纤维固体悬浮物。
2.3.3初次沉淀槽
设计流量150m3/d，有效面积为4.5m2，池体尺寸L×B×H=1.0m×4.5m×2.5m，1 座，采用密封砖砌结构，池壁砖混，池顶为钢筋混凝土盖板，厚度为120mm，池底混凝土，有效水深2m。
2.3.4水解酸化池
设计流量150m3/d，有效面积为25m2，总尺寸：L×B×H=5m×5m×2.5m，1 座。有效容积50m3，停留时间8 h。采用密封砖砌结构，池底为混凝土结构，厚度为120mm，池顶为钢筋混凝土盖板，厚度为120mm。池中安装立体弹性填料。
2.3.5填料
ZH 弹性立体填料，总共25m3，填料与软支架配合使用，ZH 弹性立体填料、弹性生物环填料由高分子聚合物，并加以抗氧剂、亲水剂、稳定剂、吸附剂等添加剂种类，经特殊拉丝而成，由中心绳、弹性丝组成，弹性丝表面带有细小毛刺及间距扁平状结构，以达到增加比表面积，缩短挂膜时间，用于生物膜法处理各种废水、给水微污染处理用的填料。填料依靠中心绳，将弹性丝均匀嵌入中心绳制成，具有耐高温、耐酸碱、耐生物膜脱落容易，更新快，能保持较大的比表面积，布气、布水性能良好，对有机物去除率高，传质效果好，对氧的利用率和动力效率有大大的提高，长期使用不结球。
2.3.6二次沉淀槽
设计流量150m3/d，有效面积为4.5m2，池体尺寸L×B×H=1.0m×4.5m×2.5m，1 座，采用密封砖砌结构，池壁砖混，池顶为钢筋混凝土盖板，厚度为120mm，池底混凝土，有效水深2m。
2.3.7配水槽
设计流量150m3/d，有效面积为15m2，池体尺寸L×B×H=0.6m×5m×1.5m，1 座。池壁砖混，池底混凝土，停留时间1.2 h，有效水深1m。另一个配水槽圆形湿地系统为配水结构，配水系统为外圈布水，池体尺寸：宽0.6m，周长53m，高1.5m，1 座，池壁砖混，池底混凝土。
2.3.8人工湿地
设计流量150m3/d，采用潜流湿地床，设计负荷为0.5m3/（m2·d），由于用地有限，人工湿地床有效面积为300m2，一个有效面积为120m2，池体尺寸L ×B×H=5.0m×24m×1.5m，1 座，与前处理系统合建；另一个为圆形，有效面积为180m2。平面为半径7.5m的圆形区域，湿地的上部通过预留孔与配水槽相通，从上部进水，人工湿地填料粒径Φ20～40mm，厚度0.5m床平面布置设计，上部种植景观较好湿地植物，最后水通过顶部湿地围堰溢流出到集水槽里面，湿地床的有效高度为0.7m。
2.3.9出水槽
出水槽1 尺寸L×B×H=0.6m×0.8m×1.5m，出水槽2 尺寸为湿地系统中间出水，出水槽半径为0.4m，池高1.5m，1 座，池壁砖混，池底混凝土，有效水深1m。
2.3.10排放口
设计流量600m3/d，池体尺寸L×B×H=0.6m×1m×1.5m，1 座，池壁砖混，池底混凝土，有效水深1m。
3 工程运行效果分析
污水处理设施于2011 年8 月初进行调试，于2011 年11 月通过当地的环保部门的竣工监测验收。当前的平均水量约为130m3/d，正常运行时的水质数据见表2。
表2 污水处理设施正常运行时出水水质 mg·L-1
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由表2 可见，处理出水水质达到排放标准。该工程人工湿地直接利用村落附近的荒地和废旧的菇棚，工程总投资约33.16 万元，其中污水的收集系统管网直接投资14.95 万元，污水处理设施工程直接投资为18.21 万元，工艺运行成本为0.12 元/(m3·d)废水。
4 结论与建议
经过半年多的运行证明，采用水解酸化-人工湿地组合工艺处理饮用水源地农村污水效果明显，出水满足《农田灌溉水质标准》，可直接回灌山林，不增设排放口，操作管理简便，运行成本低，具有较好的实际应用价值。
[参考文献]
[1] 梁祝, 倪晋仁．农村生活污水处理技术与政策选择[J]．中国地质大学学报(社会科学版), 2007, 7(3): 18 - 22．
[2] 刘斯斯. 统分结合综治农村污水[J]. 中国投资, 2011（3）:56 - 57．
[3] 钱斌, 金秋, 谢祥峰, 等．潜流式人工湿地净化农村生活污水特性研究[J]．环境科技, 2010, 23（4）: 24 - 26．
[4] 江苏省建设厅. 农村生活污水处理适用技术指南[M]. 南京: 江苏省建设厅, 2008．
[5] 张自杰, 林荣忱, 金儒霖．排水工程(下册)[M]． 4 版．北京:中国建筑工业出版社, 2000．
[6] 张克强．农村污水处理技术[M]．北京: 中国农业科学技术出版社, 2006．
[7] 张璇, 邓坤. 水解酸化的作用机理[J]. 北方环境, 2011（9）: 191 - 193.
作者简介：李艳波(1978-)，女，河南济源人，硕士，讲师，主要研究方向为饮用水的保护及水污染控制技术。
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