不同处理措施对农村生活污水净化效果研究

摘要 [目的]研究不同处理技术的净化效果，探索因地制宜、应用高效的生态综合治理技术。[方法]以农村生活污水为研究对象，通过分析不同处理方式对污染物的净化效果，提出不同生物生态治理措施优化筛选的科学参考。[结果]沟塘内水生植物对TN、NH 4+-N、TP均具有较好的去除效果，停留时间为90 d时平均去除率分别为77.8%、94.3%和78.0%，但对COD Mn去除率仅在35%～40%。厌氧-缺氧-好氧-湿地组合处理工艺中A2/O工艺段对TN、NH 4+-N、TP和COD Mn的平均去除率为23.4%、48.6%、56.3%和30.7%，人工湿地对污水中氮、磷均具有较好的去除效果，出水TN、NH 4+-N浓度分别稳定在0.66和0.25 mg/L，TP浓度基本维持在0.03～0.15 mg/L，对COD Mn的去除效果并不显著，各项污染物指标平均去除率依次为97.7%、89.0%、86.2%和53.1%。[结论]将生物方法和生态工程有机结合的组合处理技术能够达到稳定的脱氮除磷功效，在农村生活污水处理领域具有很高的推广应用价值。

关键词 农村生活污水;生态综合治理;A2/O;人工湿地;净化效果

中图分类号 X 799.3文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2022）02-0211-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.02.057

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Study on Purification Effect of Different Treatment Measures on Rural Domestic Sewage

ZHANG Jing-yu1，2，WANG Bang-wen1，2，LONG Chang-yu1，2 et al （1.Anhui and Huaihe River Institute of Hydraulic Research，Hefei，Anhui 230088;2.Anhui Province Key Laboratory of Water Conservancy and Water Resources，Bengbu，Anhui 233000）

Abstract [Objective]To study the purification effect of different treatments，and explore an efficient ecological comprehensive management technology in line with local conditions.[Method]Taking rural domestic sewage as the research object，this paper analyzed the purification effect of different treatment methods on pollutants，and put forward the scientific reference for optimizing and screening different biological ecological treatment measures.[Result]The aquatic plants in the ditch pond had good removal effects on TN，NH 4+-N and TP.When the residence time was 90 d，the average removal rates were 77.8%，94.3% and 78.0%，respectively，but the removal rates of COD Mn were only between 35% and 40%.The average removal rates of TN，NH 4+-N，TP and COD Mn in A2/O process were 23.4%，48.6%，56.3% and 30.7%，respectively.The constructed wetland had a good removal effect on nitrogen and phosphorus in wastewater，the concentration of TN and NH 4+-N in the effluent was stabilized at 0.66 and 0.25 mg/L，respectively，and TP concentration was basically maintained between 0.03-0.15 mg/L.The removal effect of COD Mn was not significant，the average removal rates of TN，NH 4+-N，TP and COD Mn were 97.7%，89.0%，86.2% and 53.1%，respectively.[Conclusion]The combination of biological methods and ecological engineering can achieve a stable removal efficiency of nitrogen and phosphorus，which has high application value in the field of rural domestic sewage treatment.

Key words Rural domestic sewage;Comprehensive ecological treatment; A2/O; Constructed wetland; Purification effect

基金项目 安徽省重点研发计划项目（1804b06020346）;安徽省水利科技项目（slkj2019-06）;安徽省·水利部淮河水利委员会水利科学研究院科技创新基金项目（KY201908）。

作者简介 张靖雨（1988—），男，安徽凤阳人，工程师，硕士，从事水污染处理、水生态修复研究。*通信作者，高级工程师，博士，从事水土保持、土壤学研究。

收稿日期 2021-05-05

生活污水、畜禽养殖以及不合理的灌溉排水和施肥等造成的农业面源污染是水体富营养化的主要原因[1-2]，其贡献率大大超过城市、工业的点源污染。与城市不同，农村污水排放日变化系数大[3]，农忙时水量大、农闲时水量小;大多不含重金属或有毒有害物质，有机物含量高、可生化性较强[4];农村污水管网布设不健全，难以运行管理复杂技术工艺。此外，不同区域污水排放特征差异很大[5]，远高于城市之间的差异水平。目前各地农村环境综合整治和美丽乡村建设已大力开展，但局部地区不考虑地域特征实际，存在形象工程、面子工程，设施处理效果不佳，造成资源浪费。

我国关于农村生活污水处理的研究自20世纪80年代开始起步，常见方法主要包括厌氧发酵-接触氧化法[6-7]、人工湿地[8-10]、膜生物反应器[11]、稳定塘[12-14]等。但单一的污水处理工艺局限性较多，各自的缺点加之污水来源的复杂性制约了其独立运行的前景，在实际应用中往往考虑不同工艺的生物生态组合形式[15]等以提高处理效能。生物生态组合处理工艺中前段生物处理主要负责去除有机物和部分营养物，可以克服生态工艺易堵塞的问题，后段生态处理进一步对污水脱氮除磷，解决生物处理技术复杂和建造费用高的难题，从而提高出水水质，保证系统运行的稳定性。生物生态处理技术在国外已经得到了较多的推广应用，Samal等[16]从不同水力负荷、蚯蚓密度、有机碳源等方面总结探讨了蚯蚓微生物生态滤池与水生植物滤床组合处理不同生活污水的效果;Sardana等[17]认为人工湿地和稳定塘工艺技术对溶解性有机物的处理作用是通过生物不稳定组分同化和植物衍生的陆地物质浸出共同影响完成的。此外组合处理技术在日本韩国得到了一定的发展[18]。国内应用较为广泛的包括A/O-人工湿地、膜生物反应器[19]-人工湿地组合处理工艺等。熊仁等[20]采用厌氧+跌水曝气+人工湿地组合工艺实现对COD、TN、TP、NH 4+-N、SS 5个常规指标的平均去除率分别达到74.5%、57.2%、59.5%、59.0%和91.6%，且厌氧反应池对SS去除贡献率最大。张跃峰[21]探索形成了多级串联大深径比厌氧反应器+跌水接触氧化装置+水生蔬菜滤床的人工湿地组合工艺，在内部形成整体推流态，处理效率和耐冲击负荷能力更高。目前组合工艺被越来越多地应用在农村生活污水的处理上，但不同生物生态处理技术的污水处理效果比较仍有待深入开展，因此通过分析提炼不同生态处理技术的净化效果，对比不同处理模式的优缺点，积极探索符合当地区域实际的生态综合治理技术与方法，为农村水环境整治提供科学支撑和技术思路。

1 材料与方法

1.1 试验区域

新马桥农水综合试验站位于皖北平原中南部，暖温带半湿润季风气候，多年平均降雨量911 mm。现有水体大沟长460 m、宽10～13 m，水塘415 m2，上下游边界处设有上卧闸、下卧闸2处闸门，沟塘内水体流动缓慢，可按静水条件处理。中心水系受面源污染严重，生活污水未得到有效处理，现场景观效果差，水资源利用率低等。在试验站内的大沟、水塘等处采用种植不同类型水生植物的生态治理措施，并布设观测设施，研究实际净化效果，以期改善试验站水体环境，提升生态多样性。黄山市谭家桥镇位于安徽省黄山市黄山区南部（118°27′E、30°17′N），是黄山旅游的集散地和服务接待基地之一，属亚热带季风气候，年降水量2 058 mm，境内水资源丰富，河流纵横。集镇污水处理工程主要收集镇南北2个区域的生活污水，目前共收集272户。

1.2 工艺概述

1.2.1 新马桥生态修复方案。在大沟河道已有的种植框内种植如黄花鸢尾、再力花、梭鱼草和美人蕉等挺水植物，共计980 m2;种植苦草沉水植物共1 240 m2;沟塘中心设置生态浮岛，共计25.8 m2;并搭配鸢尾、穗花狐尾草等水生植物，浮体轻质陶粒和生物炭的易形成生物膜，使景观浮岛同时拥有植物净化功能和生物膜净化功能，详细布设情况见图1。

1.2.2 谭家桥集镇污水处理工程设计。此污水处理工程设计规模750 t/d，采用A2/O+人工湿地组合处理工艺。主要构筑物包括调节池、厌氧池、缺氧池、好氧池、二沉池、湿地等。设计进出水水质及处理目标见表1，详细流程布置如图2所示。

1.3 采样与测试

在新马桥大沟两侧闸南北分别布设4个观测点位、生态塘设1个观测点位，自2019年2—9月每月采集一次水样;谭家桥污水处理站在连续恒定阶段采用瞬时多次采样法进行，在调节池出水段、二沉池出水段、生态湿地出水段分别采集水样，采样时间为连续进水后恒定流动30 min后，从9月10日开始至12月28日止每周采集一次水样，每次采集约500 mL水样，密封后带回实验室进行理化指标分析。

全部采集完成后现场测定pH、水温等物理指标，带回实验室分2部分完成测试，一部分不过滤用全自动化学分析仪（Smartchem_200）测试总氮（TN）和总磷（TP），分别采用过硫酸钾分光光度法、过硫酸钾氧化-钼蓝比色法，测定化学需氧量（COD Mn）采用高锰酸钾盐指数法;另一部分经0.45 μm的滤纸过滤，氨态氮（NH 4+-N）采用纳氏试剂比色法、硝态氮（NO 3--N）采用紫外分光光度法，可溶性磷酸盐（SRP）-钼锑抗分光光度法。

2 结果与分析

2.1 治理前沟塘水体特征