脉冲多层生物滤池/人工湿地处理农村生活污水的应用与分析

摘要：近年来，农村污水处理技术逐渐成为关注的焦点，农村生活污水具有水质波动大、间歇排放等特点，决定了我们不能照搬城镇污水处理的模式。结合工程实例，文章重点介绍了脉冲多层复合滤料生物滤池和人工湿地相组合的工艺处理农村生活污水，对该工艺的原理和实际工程进了分析和总结。工程运行结果表明脉冲多层复合滤料生物滤池和人工湿地的组合工艺适合农村生活污水处理，脉冲多层复合滤料生物滤池对化学需氧量和氨氮具有较好的处理效果，人工湿地对总氮和总磷具有较好的处理效果，两个处理单元的结合，能够实现取长补短，出水所有指标均稳定达到一级A标。具有投资省、运行费用低、管理维护简单等特点，适合农村生活污水处理工程。

关键字：农村生活污水 复合滤料 生物滤池 人工湿地

农村生活污水未经处理直排是造成农村水环境污染的主要原因，由于农村生活污水具有污染面广、排量少、分散、日变化系数大（一般为3.0～5.0）、间歇排放，氨氮含量高，可生化性强，含重金属等有毒有害物质较少等特点，使得污水集中大规模处理的模式很难在农村生活污水处理中得到推广应用。近年来，针对农村生活污水处理技术，国内外学者进行了大量研究，取得了较多的成果，但是解决农村生活污水污染问题，必须通过示范引路，因地制宜，引进高效、低能耗、低成本的污水处理技术。其中采用脉冲多层复合滤料生物滤池+人工湿地组合工艺在农村生活污水处理中取得了较好的处理效果，在实际工程中得到了一定的应用。

1脉冲多层生物滤池原理

脉冲多层复合滤料生物滤池是在传统的生物滤池基础之上发展起来的，集有机物降解和生物脱氮为一体，以硝化反应为主要功能的生物处理装置。

脉冲多层复合滤料生物滤池采用珍珠岩矿渣、陶粒和石膏等多种填料，分层配置，一方面可以实现分级布水，因为珍珠岩矿渣等大颗粒的填料容易造成布水不均匀，增设一层颗粒较小的陶粒有利于增加布水的均匀性；另一方面利用不同填料的特点，提高了滤池的生物量和氮磷去除率。

生物滤池内的滤料为微生物生长提供了载体表面，其表面形成的膜层含有丰富的去除废水中底物的微生物，其中包括好氧和兼性细菌、真菌、藻类和原生动物等。污水在流经载体表面的过程中，通过有机营养物的吸附、氧向生物膜内部的扩散以及在膜中所发生的生物氧化等作用，对污染物进行降解。

2人工湿地原理

人工湿地对污水的处理有着十分复杂的净化机理，但一般认为，净化过程综合了物理、化学和生物三种作用。其中物理作用主要包括重力对可沉固体、BOD5、氮、磷、难溶有机物等的沉淀作用，填料和植物根苗对污染物的过滤和吸附作用等。化学作用主要是指人工湿地系统中由于植物、填料、微生物及酶的多样性而发生的各种化学反应过程，包括化学沉淀、吸附、离子交换、氧化还原等。生物作用则是依靠微生物的代谢(包括同化、异化作用)、细菌的硝化与反硝化、植物的代谢与吸收等作用，达到污染物去除的效果。

人工湿地对氮的去除主要通过水生植物吸收、微生物的硝化和反硝化以及氮的挥发等途径。主要机理包括:①湿地植物吸收，合成植物蛋白质，最终通过植物收割从湿地中去除；②湿地的填料介质通过一些物理和化学途径如吸收、吸附、过滤、离子交换等方法去除；③湿地中微生物的硝化和反硝化作用。

人工湿地对磷的去除主要通过植物的吸收、微生物的去除作用和填料的吸收过滤等几个方面的作用。主要机理包括：①污水中的无机磷在植物的吸收和同化作用下被合成ATP等有机成分，通过收割而从系统中去除；②湿地床中的填料对磷的吸附及磷酸根离子的反应。

3工程运用分析

3.1工程概况

本工程位于江苏省某村，处理规模为20m3/d，建设工程总投资21万元，要求出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。

3.2工艺流程介绍

单一的脉冲多层生物滴滤池无法保证出水水质稳定达标，本工程采用了出水回流和后续人工湿地深度处理的方法有效的解决了出水水质不稳定的缺点，前置水解池的设置保证了进水水质的稳定以避免高浓度废水的冲击。其工艺流程如图1所示。

图1 污水处理工艺流程

生活污水由管网收集，进入脱氮池，然后提升到高位水箱，经自动虹吸布水装置喷洒进入脉冲多层复合滤料生物滤池，出水由下部沟道排放到潜流式人工湿地进行深度处理。滤池底部设有沉淀区，污水靠重力作用汇集至沉淀区。在沉淀区，污水中的悬浮物沉淀下来，上清液由集水装置收集后排出。潜流式人工湿地布水区上层加“废石膏充填区”，可有效去除磷。

3.3主要构筑物参数

3.3.1脱氮池

采用钢筋混泥土结构，设计容积为60m3，平面尺寸为8.0×3.0m，池深2.5m，沿水流方向分3格。总停留时间为15h（每天运行5h）。

3.3.2脉冲多层复合滤料生物滤池

采用玻璃钢结构，有效尺寸为Φ2.8m×3.0m，容积负荷qv=0.2kg BOD5/(m3?d)，组合填料6m3，下层滤料体积为2m3，脉冲多层复合滤料生活滤池的出水以3：1的比例回流到脱氮池。设计填料层高度为1.3m，采用组合填料，滤料层为0.5m，采用φ5～6mm的陶粒填料及φ15～20mm粗砾石承托层，支撑板采用穿孔渗水钢板。滤池通过中心筒形成负压后进行通风。布水方式采用虹吸装置自动布水，供氧为自然通风，滤池结构如图1。

图1 脉冲多层复合滤料生物滤池

3.3.3人工湿地

表面水力负荷为q=0.5m3/m2?d，人工湿地平面尺寸40m2，分4格，每格设有挡板。

图2 潜流人工湿地

3.4主要技术经济指标

每天运行5小时，功率为0.4kw的潜污泵1台，功率系数按0.8计算，则每天耗电量为0.4×0.8×5=1.6kw.h，电价以0.6元/kw.h计算。

本工程运行成本为（1.6×0.6）/20=0.048元/m3（不包括人工费用）。