隨著農(nóng)村人口的增長和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，農(nóng)村生活污水排放量急劇增加，未經(jīng)處理的農(nóng)村生活污水直接排入水體，導(dǎo)致水體環(huán)境惡化。農(nóng)村生活污水具有量大、面廣、分散，水質(zhì)與水量波動(dòng)大等特點(diǎn)，不適宜采用大規(guī)模的管網(wǎng)收集系統(tǒng)及污水處理方式，因此，因地制宜地選擇農(nóng)村污水處理設(shè)施并加強(qiáng)農(nóng)村生活污水的處理迫在眉睫。近年來 AO 與人工濕地組合工藝已大量應(yīng)用于農(nóng)村生活污水處理中，但受濕地填料的影響，該工藝對(duì)氮和磷的處理效果并不理想。人工濕地填料的吸附作用是去除水體中氮、磷元素的主要途徑，目前常用的磷吸附填料有沸石、硅藻土、粉煤灰等，但存在吸附不穩(wěn)定，效率低，對(duì)磷的去除效果有限等缺點(diǎn)。給水廠的副產(chǎn)品———鋁污泥含有大量鋁及其聚合物，用作人工濕地的填料能夠較大幅度地提高濕地的除磷效果。操家順等的研究表明，鋁污泥單獨(dú)使用或與其他濾料組合都可顯著提高其除磷能力，延長濕地的使用壽命，同時(shí)能促進(jìn)濕地中植物的生長并增加其生物量。筆者以南京市江寧區(qū)孫家邊村生活污水為處理對(duì)象，采用鋁污泥為人工濕地填料，研究 AO + 鋁污泥填料人工濕地組合工藝對(duì)生活污水中氮、磷等污染物的去除效果，以期為太湖流域農(nóng)村生活污水處理的提標(biāo)改造提供技術(shù)支撐。

　　1 材料與方法

　　1. 1 AO + 鋁污泥填料人工濕地組合工藝系統(tǒng)

　　1. 1. 1 生活污水排放量與濃度

　　組合工藝系統(tǒng)設(shè)置在南京市江寧區(qū)青山社區(qū)孫家邊村，該村居住人口約 265 人，按照 CECS 82 ∶ 96《農(nóng)村給水設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，并考慮到農(nóng)村的實(shí)際情況，確定該區(qū)域的人均生活用水量為 120L( 人·d) ，排水量取 80% 的折算系數(shù)加上 15% 的不可預(yù)見水量，則系統(tǒng)設(shè)計(jì)總水量約為 30. 0 m3 d。對(duì)孫家村生活污水排放情況進(jìn)行調(diào)查，測得實(shí)際生活污水排放量為 28. 6 m3d，計(jì)算值與實(shí)測值差別不大，為保證處理能力和效果，生活污水排放量取Cr30. 0 m3 d。生活污水中化學(xué)需氧量( COD ) 為 150 ～ 220 mgL，氨氮( NH3 -N) 濃度為 15 ～ 30 mgL，總氮( TN) 濃度為 18 ～ 35 mgL，總磷( TP) 濃度為 2 ～ 3 mgL。

　　1. 1. 2 組合工藝流程

　　生活污水處理的工藝為 AO + 鋁污泥填料人工濕地組合工藝( 圖 1) ，其工藝流程為: 進(jìn)水→AO 段→鋁污泥填料人工濕地段→出水。AO 段主要工藝流程為: 1) 進(jìn)水經(jīng)格柵去除生活污水中的大顆粒懸浮物; 2) 經(jīng)格柵后的污水流入調(diào)節(jié)池，其有效容積為 10 m3 ; 3) 缺氧池容積約為 12 m3 ，根據(jù)實(shí)際需求向池內(nèi)添加固體碳源以提高厭氧微生物的降解效率; 4) 好氧池容積為 15 m3 ，在池內(nèi)均勻布設(shè)好氧生物填料，池底安裝微孔曝氣裝置 1 套，設(shè)置硝化液回流系統(tǒng)，好氧池的硝化液回流至缺氧池進(jìn)行充分的脫氮反應(yīng)，回流比設(shè)置為 2[1]; 5) 沉淀池容積為 20 m3 ，有效沉淀深度為 3 ～ 4 m，水力負(fù)荷為 1. 6 m3 ( m2·d) ，上清液流至人工濕地進(jìn)行深度處理。鋁污泥填料人工濕地段采用 2 級(jí)水平潛流人工濕地，濕地底部的坡度為 1% ，2 級(jí)潛流濕地各長 6. 5m，寬 5 m，水力負(fù)荷為 0. 862 7 m3 ( m2·d) ，底部采用 HDPE 防滲膜進(jìn)行防滲處理。

　　圖 1 AO + 鋁污泥填料人工濕地組合工藝流程

　　1. 1. 3 人工濕地填料與植物選擇

　　填料中鐵鋁氧化物含量是濕地對(duì)磷吸附能力的決定因素，鋁污泥中鋁含量高達(dá) 29. 7% ± 13. 3% ，對(duì)磷有較強(qiáng)的吸附能力。選用給水廠副產(chǎn)品———鋁污泥作為濕地填料時(shí)，為延緩濕地堵塞和延長濕地使用壽命，將 給水廠的脫水鋁污泥〔圖 2( a) 〕與工業(yè)廢料鋼渣混合制成粒徑小于 10mm 的球狀顆粒物〔圖 2 ( b) 〕。濕地自下而上依次鋪設(shè) 10 cm 厚的礫石層、25 cm 厚的鋁污泥球狀顆粒層和 10 cm 厚的鋁污泥層，其中礫石層作為承托層，鋁污泥球狀顆粒層作為吸附層，鋁污泥層作為植物根系生長層。

　　人工濕地植物選擇上，一級(jí)潛流濕地選用耐污能力及根系輸氧能力較強(qiáng)的蘆葦、風(fēng)車草搭配景觀植物荷花和美人蕉，二級(jí)潛流濕地選用千屈菜、茭白、水芹、香蒲的組合，形成高低錯(cuò)落、色彩相襯的優(yōu)

　　美景觀。風(fēng)車草和水芹為四季生長植物，可在一定程度上提高濕地冬季的處理效果，香蒲和蘆葦為深根型植物，入土深度可達(dá) 30 cm，非常適合種植于潛流濕地。一級(jí)潛流濕地的種植密度為 30株m2，二級(jí)潛流濕地的種植密度為 25 株m2 。

　　1. 2 采樣及分析方法

　　AO + 鋁污泥填料人工濕地組合工藝系統(tǒng)運(yùn)行期間( 2018 年 4 月 5 日—6 月 28 日) ，于 2018 年 5月 7—13 日進(jìn)行連續(xù) 7 d 的監(jiān)測，對(duì)組合工藝的污染物去除效果進(jìn)行分析，分別從調(diào)節(jié)池末端、好氧池出水以及人工濕地出水 3 處采集水樣，監(jiān)測 CODCr、NH3 -N、TN、TP 水質(zhì)指標(biāo)。系統(tǒng)運(yùn)行期間，每半個(gè)月 ( 2018 年 5 月 31 日，6 月 14 日、28 日) 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)水與出水水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，考察其對(duì)污染物去除效果的穩(wěn)定性。各項(xiàng)指標(biāo)均采用國家標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測定( 表 1) 。

　　1 結(jié)果

　　2. 1 進(jìn)水與出水 CODCr變化

　　AO + 鋁污泥填料人工濕地組合工藝進(jìn)水與出水 CODCr變化如圖 3 所示。由圖 3 可知，進(jìn)水與出水 CODCr的變化基本一致，進(jìn)水 CODCr為 174 ～ 197

　　圖 2 鋁污泥填料

　　mgL，出水為 25 ～ 40 mgL，組合工藝對(duì) CODCr 的總平均 去 除 率 為 82. 33% ，出 水 CODCr 達(dá) 到 GB18918—2002《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)( < 50 mgL) [19]。

　　2. 2 進(jìn)水與出水 NH3 -N 濃度變化

　　AO + 鋁污泥填料人工濕地組合工藝進(jìn)水與出水 NH3 -N 濃度變化如圖 4 所示。由圖 4 可知，進(jìn)水 NH3 -N 濃度為 15. 0 ～ 25. 0 mgL，出水為 2. 5 ～ 5. 0mgL，組 合工藝對(duì) NH3 -N 的總平均去除率為81. 58% ，經(jīng)組合工藝凈化后出水 NH3 -N 濃度較為穩(wěn)定，且達(dá)到 GB 18918—2002 一級(jí) A 標(biāo)準(zhǔn)( < 5 mgL) 。

　　2. 3 進(jìn)水與出水 TN 濃度變化

　　AO + 鋁污泥填料人工濕地組合工藝進(jìn)水與出水 TN 濃度變化如圖 5 所示。由圖 5 可知，進(jìn)水 TN濃度為23. 0 ～ 33. 0 mgL，出水為5. 0 ～ 7. 5 mgL，組合工藝對(duì) TN 的總平均去除率為 76. 22% ，經(jīng)組合工藝凈化后出水 TN 濃度較為穩(wěn)定，且 達(dá)到 GB18918—2002 一級(jí) A 標(biāo)準(zhǔn)( < 15 mgL) 。

　　2. 4 進(jìn)水與出水 TP 濃度變化

　　AO + 鋁污泥填料人工濕地組合工藝進(jìn)水與出水 TP 濃度變化如圖 6 所示。由圖 6 可知，進(jìn)水 TP濃度為 1. 60 ～ 2. 20 mgL，出水為 0. 15 ～ 0. 40 mgL，組合工藝對(duì) TP 的總平均去除率為 86. 50% ，最大去除率可達(dá)到 91. 00% ，且在進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)變化時(shí)，出水水質(zhì)仍較為穩(wěn)定，達(dá)到 GB 18918—2002 一級(jí) A標(biāo)準(zhǔn)( < 0. 5 mgL) 。

　　2. 5 污染物總?cè)コ始胺侄稳コ?/p>

　　AO + 鋁污泥填料人工濕地組合工藝對(duì)農(nóng)村生活污水中各污染物的總?cè)コ始胺侄稳コ嗜鐖D 7所示。由圖 7 可知，組合工藝對(duì) CODCr 的總平均去除率為 82. 33% ，其中 AO 段和鋁污泥填料濕地段分別為 75. 74% 和 29. 79% ; 對(duì) NH3 -N 的總平均去除率為 81. 58% ，其中 AO 段和鋁污泥填料濕地段分別為 70. 71% 和 35. 10% ; 對(duì) TN 的總平均去除率為 76. 22% ，其中 AO 段和鋁污泥填料濕地段分別為 66. 75% 和 39. 14% ; 對(duì) TP 的總平均去除率為86. 50% ，其中 AO 段和鋁污泥填料濕地段分別為75. 46% 和 50. 43% 。經(jīng)組合工藝凈化后出水水質(zhì)較為穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于 GB 18918—2002 一級(jí) A

　　標(biāo)準(zhǔn)。

　　3 討論

　　表 2 組合工藝每半個(gè)月對(duì)污染物的平均去除率

　　組合工藝系統(tǒng)運(yùn)行成本為 0. 17 元m3 ( 以污水體積計(jì)，不含折舊) ，鋁污泥作為人工濕地填料的吸附壽命為 9 ～ 40 a 。可見，將 AO 生化處理工藝與鋁污泥填料人工濕地相結(jié)合，AO 生化處理工藝經(jīng)硝化與反硝化強(qiáng)力脫氮，鋁污泥填料人工濕地可強(qiáng)效除磷，該組合工藝既能有效提高脫氮與除磷效率，實(shí)現(xiàn)污水的深度處理，又能緩解濕地堵塞，延長人工濕地的使用壽命。該工藝具有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力，同時(shí)具有經(jīng)濟(jì)性好、易于維護(hù)的特點(diǎn)。

　　4 結(jié)論

　　( 1) AO + 鋁污泥填料人工濕地組合工藝對(duì)CODCr 、NH3 -N、TN 和 TP 的總平均去除率分別為82. 33% 、81. 58% 、76. 22% 和 86. 50% ，系統(tǒng)出水水質(zhì)穩(wěn)定，優(yōu)于 GB 18918—2002 一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。將AO生化處理工藝與鋁污泥填料人工濕地相結(jié)合，該組合工藝既能有效提高脫氮與除磷效率，實(shí)現(xiàn)污水的深度處理，又能緩解濕地堵塞，延長人工濕地的使用壽命。

　　( 2) 組合工藝的鋁污泥填料濕地段對(duì) CODCr、 NH3 -N、TN 和 TP 的去除率分別為 29. 79% 、 35. 10% 、39. 14% 和 50. 43% ，其 對(duì) TP 的去除率 ( 50. 43% ) 明顯高于傳統(tǒng)濕地對(duì) TP 的去除率( 35% ～ 42% ) 。將鋁污泥作為人工濕地的填料，可提高人工濕地對(duì)磷的去除效果，鋁污泥填料的吸附作用是其去除磷的主要途徑，同時(shí)鋁污泥顆粒表面形成的生物膜可為微生物生長提供載體。

　　( 3) 組合工藝對(duì)污染物去除效果穩(wěn)定性監(jiān)測結(jié)果表明，CODCr 的平均去除率為 80. 59% ～ 85. 21% ， NH3 -N 的平均去除率為 80. 62% ～ 83. 73% ，TN 的平均去除率為 72. 28% ～ 81. 45% ，TP 的平均去除率為 82. 52% ～ 90. 46% 。組合工藝對(duì)各項(xiàng)污染物的去除效果較為穩(wěn)定，可較長時(shí)間平穩(wěn)運(yùn)行且保持較好的處理效果。