李金中，李學(xué)菊

（天津市水利科學(xué)研究院，天津 300061）

1 引言

農(nóng)村生活污水污染類型以有機(jī)耗氧污染和氮磷污染為主，N、P 含量高，可生化降解性好，但排放分散，處理上要求低能耗、低運(yùn)行費(fèi)、維護(hù)簡(jiǎn)單。目前我國(guó)農(nóng)村生活污水處理剛剛起步，傳統(tǒng)污水處理工藝因建設(shè)費(fèi)用高、運(yùn)行費(fèi)用高、能耗高、對(duì)氮磷去除效果差，很難適應(yīng)農(nóng)村生活污水處理的需要[1-6]。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者已開始嘗試?yán)萌斯竦靥幚磙r(nóng)村生活污水，極大地降低了農(nóng)村生活污水處理的能耗和運(yùn)行成本。但迄今為止，人工濕地植物配置上以多年生草本植物為主，存在植物生長(zhǎng)期相對(duì)較短、抗逆性差、容易退化、維護(hù)管理成本高、經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值低等不足[7-9]。

為此，筆者將無(wú)性系灌木柳引入人工潛流濕地，構(gòu)建出一種新型的無(wú)性系柳床人工濕地技術(shù)，并將無(wú)性系柳床人工濕地與三格式化糞池、固定化微生物濾池有機(jī)結(jié)合，提出一種用于農(nóng)村生活污水處理的微動(dòng)力生物生態(tài)處理技術(shù)，在天津市靜?？h建立示范工程，綜合利用物理作用、微生物作用及濕地生態(tài)作用實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的低耗高效去除，具有水處理效果好、建設(shè)投資低、能耗小、運(yùn)行費(fèi)用低、管理維護(hù)方便等優(yōu)勢(shì)，而且進(jìn)一步降低了濕地系統(tǒng)的管理強(qiáng)度和運(yùn)行成本，大幅度提升了潛流濕地地表植物的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)價(jià)值。

2 示范工程及其工藝流程

示范工程位于靜?？h良王莊鄉(xiāng)十里堡村，距靜?？h城5 km，距天津市區(qū)20 km。該村現(xiàn)有村民400多戶，共1 300人，排放廢水主要為村民生活污水，排放量為80 m3/d。示范工程采用三格式化糞池+固定化微生物濾池+人工濕地組合的微動(dòng)力生物生態(tài)集成工藝，工藝流程如圖1所示。

圖1 微動(dòng)力生物生態(tài)集成技術(shù)工藝流程

三格式化糞池基本原理是利用物理沉降作用對(duì)生活污水進(jìn)行固液分離，同時(shí)起到水量調(diào)節(jié)和水質(zhì)均化的作用。它由3 個(gè)相互連通的密封化糞池組成，糞便經(jīng)三格式化糞池儲(chǔ)存、沉淀發(fā)酵，能較好地起到殺滅蟲卵及細(xì)菌的作用，糞渣及漂浮物被攔截在池內(nèi)，清液進(jìn)入下一級(jí)處理單元。

固定化微生物濾池是裝有填料的好氧生物反應(yīng)器，池內(nèi)填充多孔的生物填料，微生物附著在載體的表面形成微生物膜，廢水在與生物膜接觸過(guò)程中，污染物均被微生物吸附、氧化分解得以去除。固定化微生物技術(shù)替代傳統(tǒng)的污泥回流技術(shù)，最大限度地降低了污水處理的能耗，池底安裝微孔增氧裝置為微生物活動(dòng)提供了充足的氧源。

人工濕地采用波式流潛流濕地技術(shù)，波式流潛流濕地由人工基質(zhì)、水生植物和微生物組成，是一種獨(dú)特的“基質(zhì)—植物—微生物”生態(tài)系統(tǒng)。該系統(tǒng)中，污水以波浪式流經(jīng)填料表層和底層時(shí)，反復(fù)經(jīng)過(guò)好氧、厭氧以及硝化和反硝化的過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)污染物和氮磷的高效去除[10-19]。

到目前為止，人工潛流濕地植物選擇一般以多年生草本植物為主，雖然具有較好的景觀效果和水質(zhì)凈化能力，但草本植物生長(zhǎng)期相對(duì)較短，易受病蟲害干擾，春季對(duì)水位要求較高，抗逆性差、維護(hù)不當(dāng)容易退化，而且植物收割后經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值低，難以回收利用，增加了濕地維護(hù)管理的成本。為此，本研究對(duì)傳統(tǒng)人工潛流濕地技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，將無(wú)性系灌木柳成功引入人工濕地，替代傳統(tǒng)濕地表面的多年生草本植物[20-26]。

無(wú)性系灌木柳適應(yīng)性強(qiáng)、生物量大、輪伐期短，是培育生物能源林的理想樹種，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)價(jià)值，發(fā)達(dá)國(guó)家早在30多年前就進(jìn)行了灌木柳生物能源林的培育和應(yīng)用研究。近年來(lái)，我國(guó)陜西、北京、江蘇等許多地方已開展了無(wú)性系灌木柳品種的選育和引進(jìn)工作，多個(gè)品種因根系發(fā)達(dá)、耐水淹、耐平茬、萌能力強(qiáng)，已被成功應(yīng)用于湖濱帶生態(tài)修復(fù)、水系周邊的植物固岸護(hù)坡等生態(tài)工程，但該植物在人工潛流濕地基質(zhì)中的應(yīng)用目前尚屬首次。

無(wú)性系柳的栽植方式主要采用幼苗移植和扦插移植兩種，最佳移植（或扦插）時(shí)間為4月上旬至5月底，此時(shí)正值無(wú)性系柳萌芽，移植（或扦插）成活率最高。幼苗移植時(shí)，濕地表面的水深控制一般以5 cm以下為宜，水深過(guò)大容易造成植株飄浮，影響種植效果。扦插移植時(shí)，水位應(yīng)略低于填料表面，但應(yīng)高于插穗底端。濕地內(nèi)無(wú)性系柳種植/移植的行距控制為0.8～1.2 m，株距控制在0.5～0.8 m，種植密度為1～3株/m2[27-29]。

3 水質(zhì)凈化效果及運(yùn)行管理

2013年5—12月，對(duì)示范工程進(jìn)出水水質(zhì)進(jìn)行了4次監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位分別在進(jìn)水口和出水口各設(shè)1個(gè)，共2 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括pH、CODCr、氨氮、總氮和總磷?；瘜W(xué)需氧量測(cè)定采用催化消解-分光光度法，儀器為CODCr快速測(cè)定儀（HE-9906，德國(guó)）；總氮和總磷測(cè)定采用過(guò)硫酸鉀氧化-紫外分光光度法和過(guò)硫酸鉀消解-鉬銻抗分光光度法，氨氮測(cè)定采用納氏試劑比色法，儀器為紫外分光光度計(jì)（UV-7504c，上海）；溶解氧測(cè)定采用電化學(xué)探頭法，儀器為溶解氧測(cè)定儀（YSI52），結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 處理系統(tǒng)進(jìn)出水水質(zhì)

由表1 可以看出，無(wú)性系柳床人工濕地出水CODCr濃度低于50 mg/L、氨氮低于5 mg/L、總氮低于15 mg/L、總磷低于0.5 mg/L，水質(zhì)可穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。示范結(jié)果表明，該技術(shù)對(duì)CODCr、氨氮、總氮、總磷的去除率分別可達(dá)到88.0%～92.2%、90.4%～91.9%、90.5%～92.2%、92.8%～98.6%，截污減排效果顯著。

示范工程機(jī)電設(shè)備僅為2臺(tái)潛水泵（1用1備）、1臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)和1臺(tái)電磁流量計(jì)，潛水泵采用水位自耦開關(guān)控制，鼓風(fēng)機(jī)采用時(shí)間自耦開關(guān)控制，操作管理非常簡(jiǎn)單，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管理人員的要求極低，一般村民就可負(fù)責(zé)看管。

無(wú)性系灌木柳生長(zhǎng)速度極快，一年株高生長(zhǎng)量可達(dá)到2.5～3.0 m，而且具有極高的萌蘗能力和耐平茬能力，收割后可迅速萌蘗，一般不需要進(jìn)行過(guò)多的日常維護(hù)，收割后的植物枝條可作為活性炭加工制作的原材料，也可以作為原漿紙生產(chǎn)的原材料，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。無(wú)系性灌木柳的根樁粗在1.3～5.5 cm時(shí)，條高生長(zhǎng)加快，萌蘗數(shù)增加。隨著苗齡增加，根樁加粗，產(chǎn)條量不斷提高。此時(shí)，可對(duì)其進(jìn)行平茬收割。平茬一般在秋、冬季節(jié)進(jìn)行，平茬高度應(yīng)掌握在8～15 cm。盡量控制根樁高度，使其不要抬高過(guò)快，一般連續(xù)平茬7～8年，應(yīng)削茬1次，但不宜低于地表。

4 結(jié)論

通過(guò)以上分析，得出以下主要結(jié)論：

（1）將三格式化糞池、固定化微生物濾池、微孔增氧技術(shù)、無(wú)性系柳床人工濕地集成的鏈?zhǔn)缴锷鷳B(tài)凈化系統(tǒng)，對(duì)生活污水中CODCr、氨氮、總氮、總磷的去除率分別達(dá)到88.0%～92.2%、90.4%～91.9%、90.5%～92.2%、92.8%～98.6%，出水水質(zhì)可穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的要求，截污減排效果顯著。

（2）無(wú)性系灌木柳引入人工潛流濕地構(gòu)建出的無(wú)性系柳床人工濕地技術(shù)，不僅降低了人工濕地的維護(hù)強(qiáng)度和運(yùn)行成本，而且可以有效提升了潛流濕地地表植物的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)價(jià)值。

[1]賈靜，傅大放，馬強(qiáng)，等.蘇南農(nóng)村地區(qū)分散式污水的處理與回用[J].中國(guó)給水排水，2007，23（6）：31-34.

[2]李先寧，呂錫武，孔海南，等.農(nóng)村生活污水處理技術(shù)與示范工程研究[J].中國(guó)水利，2006，（17）：19-22.

[3]沈東升，賀永華，馮華軍，等.農(nóng)村生活污水地埋式無(wú)動(dòng)力厭氧處理技術(shù)研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2005，21（7）：111-115.

[4]梁祝，倪晉仁.農(nóng)村生活污水處理技術(shù)與政策選擇[J].中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2007，7（3）：18-22.

[5]曹群，佘佳榮.農(nóng)村污水處理技術(shù)綜述[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2009，34（3）：118-121.

[6]張剛，張乃明.農(nóng)村生活污水土地處理技術(shù)研究進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2010，29（4）：67-71.

[7]劉亞瓊，劉志強(qiáng)，苗群，等.人工濕地處理污水機(jī)理及效率比較[J].水科學(xué)與工業(yè)技術(shù)，2007，（6）：40-42.

[8]徐光來(lái)，徐曉華.人工濕地污水處理技術(shù)的應(yīng)用初探[J].云南地理環(huán)境研究，2006，18（3）：44-48.

[9]白永剛，吳浩汀.滴濾池-人工濕地組合工藝處理農(nóng)村生活污水[J].中國(guó)給水排水，2007，23（7）：55-57.

[10]劉峰，蘇宏智. 中國(guó)農(nóng)村生活污水處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀[J].污染防治技術(shù)，2010，（5）：24-26.

[11]Knight R L. The use of treatment wet1ands for petro1eum in?dustry eff1uents[J]. Environmenta1 Science and Techno1ogy，1999，33（7）：973-980.

[12]John T，Beth J. The design of 1iving techno1ogies for waste treatment[J]. Eco1ogica1 Engineering，1996，6 （1）：109-136.

[13]范先鵬，熊桂云，張敏敏，等.湖北省三峽庫(kù)區(qū)農(nóng)村生活污水發(fā)生規(guī)律與水質(zhì)特征［J］.湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，12（24）：5079-5083.

[14]張悅，段華平，孫愛(ài)伶，等.江蘇省農(nóng)村生活污水處理技術(shù)模式及其氮磷處理效果研究［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2013，32（1）：172-178.

[15]白曉龍，顧衛(wèi)兵，楊春和，等.農(nóng)村生活污水處理模式研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（26）：14571-14572.

[16]李海明，農(nóng)村生活污水分散式處理系統(tǒng)與實(shí)用技術(shù)研究［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2009，9（9）：177-181.

[17]劉亞瓊，劉志強(qiáng)，苗群，等.人工濕地處理污水機(jī)理及效率比較[J].水科學(xué)與工業(yè)技術(shù)，2007，（6）：40-42.

[18]徐光來(lái)，徐曉華.人工濕地污水處理技術(shù)的應(yīng)用初探[J].云南地理環(huán)境研究，2006，18（3）：44-48.

[19]郭琳.微動(dòng)力生活污水處理裝置在廢水處理中的應(yīng)用[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2003，22（11）：16-18.

[20]李先寧，呂錫武，孔海南，等.農(nóng)村生活污水處理技術(shù)與示范工程研究[J].中國(guó)水利，2006，（17）：19-22.

[21]王洪波，王曉昌.糞便堆肥反應(yīng)器載體性質(zhì)變化及其對(duì)微生物影響[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2009，32（3）：122-125.

[22]Lopez Zava1a M A，Naoyuki Funamizu. Design and opera?tion of the bio-toi1et system[A].Future of Urban Wastewater System-Decentra1ization and Reuse[C]. Xian：China Archi?tecture&Bui1ding Press，2005.

[23]Liu L L，Qian X. Study on disposa1 of human waste by on-sitecomposting bio-toi1et for waste po11ution contro1[A].Future of Urban Wastewater ystem-Decentra1ization and Reuse[C].Xian：China Architecture＆Bui1ding Press，2005.

[24]侯京衛(wèi)，范彬，曲波，等.農(nóng)村生活污水排放特征研究述評(píng)[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（2）：964－967.

[25]王紅強(qiáng)，朱慧杰，張列宇，等.人工濕地工藝在農(nóng)村生活污水處理中的應(yīng)用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（22）：13688－13690.

[26]周正偉，吳軍，夏金雨，等.我國(guó)南方農(nóng)村生活污水處理技術(shù)的研發(fā)現(xiàn)狀[J].山東建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，6（3）：261-266.

[27]楊斌，柳樹苗期年生長(zhǎng)模型的研究[J]，西北林學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，21（6）：97－99.

[28]郭群，王寶松，潘明建，等.7個(gè)柳樹優(yōu)良無(wú)性系引種調(diào)查分析[J].江蘇林業(yè)科技，2004，6（3）：1-5.

[29]張建鋒，孫啟祥.鹽脅迫對(duì)柳樹新無(wú)性系苗木生長(zhǎng)和土壤酶活性的影響[J].水土保持學(xué)報(bào)，2005，6（3）：125-129.