1.1 工艺流程
为应对农村生活污水处理管理水平低,缺乏资金[]等现状,污水处理工艺要求投资省、运行费用低、技术管理简单[19]。人工湿地具有出水水质好、运行管理方便费用低、去除氮磷效果好等优点[],但用地面积大,适应广大农村地区具有土地资源丰富的特点。实验采用厌氧+人工湿地组合工艺对农村污水处理过程进行研究。实验时间为2019年5-6月,测定水温20±5℃。为模拟农村污水的排放特点,进水分为7:00-9:00,12:00-14:00和18:00-20:00共3个时段,每个时段进水100 L,每日进水量为300L。
1.1.1 厌氧反应器
采用Φ560mm×860mm的的PE塑料罐为厌氧反应器,有效容积为200 L,水力负荷0.94m3/m2d,水力停留时间(HRT)为16h。配0.37kW搅拌机及减速机,不锈钢轴三叶搅拌桨,定时缓速搅拌使进水混合均匀。厌氧反应池内装多孔旋转球形悬浮填料,利于厌氧微生物的附着生长。厌氧出水经过50cm的水位差跌水的方式进行充氧后平均进入两块人工湿地,实测溶解氧在1mg/l左右。
1.1.2 人工湿地
人工湿地是一个复杂的生态系统,其中对水质起净化作用的部分主要有基质、微生物和植物三部分,污染物的去除源于其中的协同作用[]。人工湿地的基质是植物和微生物的生长载体,同时还能通过其吸附、过滤和沉淀等作用去除污染物。其中挺水植物是湿地的关键组件,影响着水体的小生态环境[],起着增强水力传输能力、产生氧气[],去除水中有机物、氮磷等重要作用[,][]。湿地填料的选用主要考虑其能为微生物和植物提供良好的自然生存环境。作为村镇建筑垃圾的主要成分黏土砖[]在我国广大农村地区随处可见,由于其吸水率大、密度小,孔隙率大[]等特点,适合作为人工湿地的填料,同时可解决大量建筑垃圾随处堆放占地的问题。卢少勇[]等研究认为,黏土砖的孔隙率超过50%,对氨氮有一定的吸附能力。相关研究也表明,湿地同时对重金属[,][]、抗生素[-][][]等有毒有害物质也有很好的吸附去除作用。
实验用人工湿地规格为2m*1.6m*0.8m,分两格,一格为水平潜流(HSF)人工湿地,采用穿孔板均匀配水;另一格为垂直潜流(VSF)第一格上方采用丰字形穿孔管布水,中间设置隔板,使水流方向先向下再向上。湿地植物为当地常见的芦苇。湿地填料采用农村常见的建筑垃圾,废弃的红砖 构建。人工湿地为潜流人工湿地,长×宽×高为 180cm×100 cm×80 cm,土壤层厚度为 10 cm,细碎砖厚度为 30cm,平均粒径1cm。粗碎砖厚度为40 cm,平均粒径3cm。
粗细碎砖块基质平均孔隙率约35%,湿地水力停留时间t=V *ε/ Qav =1.44*0.35/0.15=3.36d,V为湿地容积(m3);ε为湿地孔隙率;Qav为平均流量(m3/d)。