农村生活污水处理组合工艺方法

农村生活污水是我国农村污染物的主要来源之一，由于大多农村尚无完善的排水系统，污水沿道路边沟或路面直接排至附近水体，造成地表和地下水体的严重污染，加重了受纳水体富营养化，直接威胁着周围居民的饮用水安全。所以，对农村生活污水的治理迫在眉睫。但由于农村资金有限，技术水平相对落后，且缺乏专业的管理人员，在选择农村生活污水处理工艺时，不宜采用规模化城镇污水处理模式。因此，研究开发高效率、低成本、易管理和易操作的农村生活污水处理技术尤为必要。

厌氧-好氧组合工艺以厌氧处理工艺为预处理措施，不仅可以降解污水中大部分有机物，降低运行成本，而且可以极大地降低好氧进水有机负荷及SS浓度，缩短好氧工艺的水力停留时间，提高出水水质。因此，本文中研究了3  种组合工艺对农村生活污水的处理效果，并对其处理效果进行了比较分析。

1 实验部分

1.1 实验用水

以邯郸市某城中村的生活污水为实验用水，水质如下:温度为10～29℃; COD 为31～1 926 mg/L，平均为483 mg/L; TN  为5.4～51.7 mg/L，平均为28.4 mg/L; TP 为0.7～4.4 mg/L，平均为2.0 mg/L; NH4+-N为4.0～52.5  mg/L，平均为28.4 mg/L。

1.2 实验装置

实验工艺流程如图1 所示。

复合厌氧反应器-水平潜流人工湿地( HAR-HSFCW):HAR 材质为UPVC 管，内径为400 mm，反应器上部填充400～500 mm塑料填料;  水平潜流湿地为混凝土结构，尺寸为2.0 m×2.0 m×1.1 m，进水区和出水区铺设粒径为60～100 mm的砾石，厚度为750 mm;  处理区底层为粒径30～40 mm的砾石和钢渣，填充比例为1∶1，厚度为750 mm; 中层为粒径20～30 mm的砾石，厚度为250 mm;  上层选用自然土壤和细沙，填充比例为1∶1，厚度为200 mm，栽种植物为蒲草。

厌氧折流板反应器-垂直潜流人工湿地( ABRVSFCW):ABR 由硬质塑料板制成，尺寸为0.8 m×0.8 m× 0.9 m;  垂直潜流人工湿地为混凝土结构，尺寸为2.0 m×2.0 m×1.1 m，底部填充粒径为30～40 mm的碎石，厚度为30 cm; 中部填充粒径为10～20  mm的碎石与粉煤灰，填充比例为10∶1，厚度为30 cm; 上部为自然土壤，厚度为20 cm，栽种植物为芦苇。

膨胀颗粒污泥床-人工快速渗滤系统( EGSBCRI):EGSB 为有机玻璃柱，直径为0.2 m，高度为2m。CRI 由PVC 管材制作，内径为0.4  m，高为2 m。

承托层为30～40 mm的砾石，厚度为200 mm; 渗滤层共分为4 层，由下往上依次为粒径3～10 mm的陶粒、1～4 mm的沸石、0.5～1.2  mm的河砂以及100 目的石英砂，填充厚度均为300 mm。CRI 系统在12 h 淹水，干湿比为3∶1 的条件下运行。

1.3 监测项目与分析方法

COD:重铬酸钾法; TN:过硫酸钾消解-紫外分光光度法; TP:过硫酸钾消解-钼锑抗分光光度法; NH4+-N:纳氏试剂分光光度法。

2 结果与讨论

2012 年6 月—2012 年10 月，考察了3 种组合工艺在不同HRT 下对污染物的去除效果。每个水力停留时间下连续运行20  d，取多次进、出水的平均值作为实验结果。

2.1 对COD 的去除效果

3 种组合工艺对COD 的去除效果如图2 所示。由图2 可知，当进水COD 为325.3～386.5 mg/L，ABR-VSFCW、HAR-HSFCW  和EGSB-CRI 的出水COD 分别为:39.50～153.4、50.90～145.8 和39.20～92.50  mg/L，相应去除率分别为60.0%～88.9%、62.9%～86.2%和74.7%～91.6%，且3 种组合工艺对COD  的去除主要是靠厌氧反应器来完成的。

由图2 还可以看出，HAR-HSFCW 和EGSB-CRI在HRT 大于16 h 时，随着HRT 的减小，COD 的去除率呈上升趋势，但当HRT  小于16 h 时，减小HRT，COD 去除率却呈下降趋势，这主要是因为HRT  较长时，厌氧反应器中上升流速较小，污水与颗粒污泥接触不充分，有机物不能被充分降解所致; 但当HRT 过短时，反应器中上升流速较大，污泥流失增加，反而使COD  去除率下降。由于EGSB 中三相分离器有效阻止了颗粒污泥流失，因此EGSB-CRI对COD 的去除效果略高于HAR-HSFCW。

随着HRT 的逐渐缩短，ABR-VSFCW 对COD 的去除率呈下降趋势，这主要是因为ABR 为分隔结构，当HRT  缩短时，隔室中污水上升流速较大，污泥流失加大，导致COD 去除率下降。

2.2 对氮的去除效果

2.2.1 对NH4+-N的去除效果

组合工艺对NH4+-N的去除效果见图3。

由图3 可以看出，3种组合工艺对NH4+-N的去除率分别为60.9%～76.1%、12%～42%和11.1%～ 31.9%，EGSB-CRI  对NH4+-N的去除效果最好，ABR-VSFCW 次之，HAR-HSFCW 较差，且好氧段对NH4+-N的去除起主导作用。

EGSB-CRI 对NH +4 -N  的去除率较高是因为CRI系统为干湿交替运行，在落干期复氧，提高了好氧微生物活性，硝化能力增强所致。由于垂直流人工湿地为落空运行，污水从湿地表面纵向进入湿地，充氧效率提高，硝化能力较强，造成ABR-VSFCW对NH  +4 -N 的去除效果略优于HAR-HSFCW。

2.2.2 对TN 的去除效果

3 种组合工艺对TN 的去除效果如图4 所示。从图4 中可以看出，ABR-VSFCW、HAR-HSFCW 和EGSB-CRI 对TN  的去除效果无明显差异，去除率分别为23.9%～46.4%、25%～42% 和26%～45.2%。

3  种组合工艺中氮的去除主要包括基质的吸附和过滤作用、植物和微生物的吸收作用以及微生物的硝化、反硝化作用。其中，微生物的硝化、反硝化作用是脱氮的主要途径[12-14]。一方面，由于VSFCW和HSFCW  大环境处于缺氧和厌氧状态[15]，抑制了硝化细菌的生长繁殖和硝化反应。另一方面，VSFCW、HSFCW、CRI 中进水COD  浓度较低，碳源不足，也抑制了反硝化作用，造成3 种组合工艺整体脱氮效率较低。

2.3 对TP 的去除效果

组合工艺对TP 的去除效果见图5。3 种组合工艺对TP 的去除效果如图5 所示。由图5 看出，在进水TP 为2.90～3.89  mg/L，ABR-VSFCW、HAR-HS-FCW 和EGSB-CRI 出水TP 分别为:1.61～2.92、0.54～0.82 和0.46～0.93  mg/L，去除率分别为24.7%～44.6%、78.8%～82.6% 和76%～84.7%。可见，HAR-HSFCW、EGSB-CRI 对TP  的去除效果均明显优于ABR-VSFCW，且好氧工艺对TP的去除起主导作用。

由于水平潜流湿地为满水位运行，进水与填料接触充分，造成HSFCW  除磷效果优于VSFCW。CRI系统中陶粒、沸石可与磷反应形成沉淀或通过化学吸附留在填料中，从而使磷得到有效去除。

3 结论

(1) 3 种组合工艺对COD 均有较高的去除效果，去除率为60.0%～91.6%。EGSB-CRI  对COD的去除率略高于ABR-VSFCW、HAR-HSFCW。

(2 ) ABR-VSFCW、HAR-HSFCW 和EGSB-CRI对NH4+-N的去除率分别为12.0%～42.0%、11.1%～31.9%  和60.9%～76.1%。EGSB-CRI 对NH4+-N的去除效果明显高于ABR-VSFCW、HARHSFCW，这主要是由CRI  系统充氧效率较高，硝化能力强所致。3 种组合工艺对TN 的去除效果不理想，去除率为23.9%～46.4%。

(3 ) ABR-VSFCW、HAR-HSFCW 和EGSB-CRI对TP  的去除率分别为24.7%～44.6%、78.8%～82.6%和76%～84.7%。EGSB-CRI、HAR-HSFCW对TP  的去除率显著高于ABR-VSFCW。ABR-VSFCW对TP 去除率较低，这主要是由于垂直流人工湿地为落空运行，污水与填料接触不充分造成的。

(4) 如果以去除SS 和有机物为目的，3 种组合工艺均有较好的处理效果; 而如果以营养盐的去除和水质的根本改善为目的，EGSB-CRI  去除效果显著。