在農村地區土地資源充足的情況下，生態處理系統是較為常見的污水處理技術。其中人工濕地具有出水水質好、運行管理方便、投資及運行費用低、脫氮除磷效果好等優點，但同時也具有進水負荷承載力差、易于堵塞、受季節影響等缺點。因此，該技術不宜單獨作為污水處理工藝使用，組合處理工藝更適應農村的污水排放現狀。本研究針對農村生活污水的特點，進行了厭氧+跌水曝氣+人工濕地組合工藝處理生活污的研究，以期為該類型農村生活污水的處理提供技術參考。

1、材料與方法

1.1 組合工藝及其運行條件

實驗所用污水來自北京市某農村家庭的生活雜排水，其水質特征如表1所示。實驗采用的厭氧+跌水+人工濕地組合工藝流程如圖1所示，厭氧反應池和跌水曝氣反應池為一體化裝置，裝置的有效容積為10L，長×寬×高為56cm×12cm×16cm，兩者的容積比為1∶1；厭氧反應池內裝軟性填料，跌水曝氣反應池內裝球形填料，球形填料直徑為45mm；人工濕地為潛流人工濕地，長×寬×高為70cm×45cm×45cm，土壤層厚度為10cm，蛭石和鋼渣層厚度為20cm，卵石層厚度為25cm。

為模擬農村污水的特點，進水分為早(08∶00—09∶00)、中(12∶00—13∶00)、晚(18∶00—19∶00)3個時段，每天進水10L。厭氧反應池HRT為12h。跌水曝氣反應池HRT為12h。實驗中人工濕地采用跌水的方式進行充氧，利用高差使水流從厭氧段跌入到第2段反應池，使其富氧，跌水高度6cm，跌水曝氣反應池表面DO為0.8~1.2mg•L-1，厭氧反應池表面DO為0.5~0.7mg•L-1。人工濕地的類型為潛流人工濕地，濕地采用兩級串聯的方式，濕地中間增加隔板，底部聯通，布水方式采用進水管多孔布水，從濕地上層填料中間流入，然后經過中間隔板底部，最后從濕地右邊溢流出水。濕地種植的植物為蘆葦與香蒲。

裝置從2017年3月開始運行調試，啟動和穩定運行5個月，從裝置穩定運行開始監測，頻率為1周2次。裝置整個工藝流程設置了4個采樣點，分別為進水端、厭氧反應池出水端、跌水曝氣反應池出水端和人工濕地出水端。

1.2 分析方法

COD采用分光光度法測定；TN和TP均由哈希多指標分析儀(哈希dr2800，美國)測定；NH+4-N采用納氏試劑紫外分光光度法測定；SS按照標準重量法(GB11901-1989)測定；DO采用溶解氧儀(Oxi3210，WTW，德國)測定。

2、結果與討論

2.1 組合工藝對COD的去除效果

組合工藝對COD的去除效果和沿程變化如圖2所示。從圖2可以看出，裝置在穩定運行階段，進水COD的平均值為151.9mg•L-1(83.5~249.0mg•L-1)；人工濕地出水COD平均值為37.9mg•L-1(12.6~70.7mg•L-1)，均達到了城鎮污水處理廠污染物排放標準(GB18918-2002)一級A，裝置COD的平均去除率達到74.5%(60.2%~92.7%)。結果表明，組合工藝裝置對有機物有較好的降解效果，雖然進水COD水質波動較大，但COD出水水質較為平穩。這是因為厭氧反應池、跌水曝氣反應池和人工濕地工藝的組合起到緩沖、調節和降解的作用，面對進水水質的波動，能有效抗擊沖擊負荷，保障出水水質穩定。其中厭氧反應池、跌水曝氣反應池和人工濕地去除率分別為24.0%、19.5%和31.0%，人工濕地的去除率要明顯高于厭氧反應池和跌水曝氣反應池。

2.2 組合工藝對NH4+-N的去除效果

組合工藝對NH4+-N的去除效果和沿程變化如圖3所示。從圖3可以看出，裝置在穩定運行階段，進水NH+4-N的平均值為17.8mg•L-1(10.8~28.7mg•L-1)，人工濕地出水NH+4-N平均值為7.0mg•L-1(4.3~9.1mg•L-1)，達到城鎮污水處理廠污染物排放標準(GB18918-2002)一級B。裝置NH+4-N的平均去除率達到59.0%(36.0%~70.0%)，其中厭氧反應池的去除率為11.6%，跌水曝氣反應池的去除率為17.4%、人工濕地去除率為30.0%。裝置對NH+4-N的去除效果較好。這主要是依靠厭氧反應池的厭氧氨化和反硝化，跌水中的氨化、硝化和反硝化作用對NH+4-N的去除起到了復合加強作用。

2.3 組合工藝對TN的去除效果

組合工藝對TN的去除效果和沿程變化如圖4所示。從圖4可以看出，裝置在穩定運行階段，進水TN的平均濃度為20.7mg•L-1(11.8~29.8mg•L-1)，人工濕地出水TN平均濃度為8.5mg•L-1(4.5~10.1mg•L-1)，裝置TN的平均去除率達到57.2%(39.8%~70.53%)，出水TN維持在較低水平，達到城鎮污水排放標準(GB18918-2002)一級A，并且出水穩定。其中各單元對TN的去除率為人工濕地(36.7%)>厭氧反應池(12.1%)>跌水曝氣反應池(8.4%)。人工濕地在整個TN的去除過程中起主導地位，這主要是依靠不斷交替的濕地微環境，在硝化作用和反硝化作用下，對污水中氮的化合物進行去除，同時還有濕地植物根際的吸收作用。

2.4 組合工藝對TP的去除效果

組合工藝對TP的去除效果和沿程變化如圖5所示。從圖5可以看出，裝置在穩定運行階段，進水TP的平均濃度為8.0mg•L-1，人工濕地出水TP平均濃度為3.3mg•L-1，裝置TP的平均去除率達到59.5%。人工濕地對TP的貢獻最大，達到43.9%；而厭氧池只貢獻了8.8%；跌水反應池貢獻了7.8%。這可能主要是由于本研究的濕地中層填料介質采用了蛭石和鋼渣，可以對進入到濕地的磷進行吸附去除；而且水生植物的根系通過輸氧給填料介質，形成了一個好氧環境，這樣的條件有利于介質對磷的吸附、沉淀、蓄積；同時，植物根系也會吸收和吸附部分磷。

2.5 組合工藝對SS的去除效果

組合工藝對SS的去除效果和沿程變化如圖6所示。從圖6可以看出，裝置在穩定運行階段，進水SS的平均濃度為78.9mg•L-1，人工濕地出水大部分出水是小于10mg•L-1，SS平均濃度為6.6mg•L-1，裝置SS的平均去除率達到91.6%。這表明該工藝能有效的去除雜排水中的SS。其中厭氧反應池、跌水曝氣反應池、人工濕地的去除率分別為34.8%、40.3%和16.5%。厭氧反應池中SS的去除是因為厭氧菌將部分懸浮性有機物降解成可溶性的，使出水SS降低；并且人工濕地對出水中SS也有過濾的作用。

3、結論

1)采用厭氧+跌水曝氣+人工濕地組合工藝處理農村生活污水雜排水，其中COD、TN和SS出水達到城鎮污水處理廠污染物排放標準(GB18918-2002)一級A。

2)組合工藝對COD、TN、TP、NH4+-N和SS的平均去除率分別為74.5%、57.2%、84.2%、59.0%和91.6%；在組合工藝對污染物沿程去除效果分析中，人工濕地對COD、TN、TP和NH4+-N的去除率最大，而厭氧反應池對SS的貢獻率最大。

3)組合工藝處理對農村生活雜排水具有良好的凈化處理效果，裝置運行能耗低，適合用于在農村推廣應用。（來源：長沙理工大學水利工程學院，水沙科學與水災害防治湖南省重點實驗室，湖南省環境保護河湖污染控制工程技術中心，北京排水集團，中國科學院生態環境研究中心）