太阳能驱动生物滤塔-人工湿地组合工艺处理农村生活污水

目前江西省农村地区基本上没有任何污水处理设施，生活污水未经过任何处理便直接排放，直接造成对周边水体的污染。农村生活污水具有水量小、有机物浓度偏高、日变化系数大等特点，且相对分散，宜采用小型、低能耗装置处理。

太阳能驱动生物滤塔-人工湿地组合工艺技术处理农村生活污水具有占地面积小，工艺设施简便易行、运行稳定、维护管理方便、运行费用低和污泥产量少等优点。

新干县河头村为新农村建设示范村，全村有150 多户500 多人口，且规划建设祈水山庄，最多容纳70 人住宿，200 人就餐。该村庄有完善的废水收集管网，废水收集后进入生物滤塔-人工湿地组合处理系统。该组合工艺在投入工程实例前，已在实验室进行了小试，并取得了较好的试验效果。

1 设计的水质、水量

本工程设计水量为65 m3/d，24 h 运行。出水水质执行城镇生活污水处理厂污染物排放标准（GB 18918－2002）一级B 标准。进出水水质如表1 所示。

 2 工艺流程及主要构筑物

2.1 工艺流程

农村生活污水处理技术的选择，关键要适应村镇的实际情况，采用投资少、运行费用少、除污效率高、管理简单方便、维护容易、具有良好抗冲击能力的处理工艺或技术[5]。生物滤塔-人工湿地组合技术将生物方法和生态方法结合于一体，综合了滴滤池较好的硝化作用和人工湿地较好的反硝化及除磷作用，同时采用太阳能辅助动力，具有管理、操作、流程简单、造价和运行费用低廉等优点，能最大程度地实现环境、经济和社会效益。设计工艺流程如图1 所示。

 2.2 处理工艺流程单元

2.2.1厌氧池

收集的生活废水直接进入厌氧池，厌氧池内置填料，水流折向平流[6]，废水在厌氧池厌氧菌胞外酶的作用下，将大分子有机物水解酸化变成小分子，将大部分不溶性有机物降解为溶解性物质。污水在厌氧池中，经过厌氧细菌的作用，能有效去除约30%的COD 和BOD5，总氮、总磷的去除率可达10%。厌氧池为地下式，占地面积为32 m2，有效容积为57.2m3，有效尺寸为9 m×3.25 m×2.5 m，有效水深2.2 m，水力停留时间21.12 h。

2.2.2调节池

废水经厌氧池溢流进入调节池，该池起调节水质水量作用。调节池为地下式，占地面积为8 m2，有效容积为14.3 m3，有效尺寸为2.0 m×3.25 m×2.5 m，有效水深2.2 m，水力停留时间4.9 h。

2.2.3生物滤塔

废水进入生物滤塔之前由泵将水泵至射流器进行高压水射流充氧，然后通过布水装置进入生物滴滤系统[7]。生物滤塔设计成2 层，塔壁有通风孔，内置RY 型生物填料，该填料比表面积较大（13.6～25.5 m2/g）、孔隙率较大（73%～82%），粒径均匀（φ30～50 mm）。经两级生物滤塔降解后的废水在塔底层收集，塔底设有回流阀，回流水与脱落的生物膜由底部返回调节池，出水进入人工湿地[7]。生物滤塔置于室内，尺寸Ф2.0 m×3.0 m。经射流充氧后的废水，与浮着在塔内填料表面的消化细菌发生消化反应，废水中有机物大部分被降解[8]，其中COD 处理效率约为80%，BOD5处理效率约为85%，总氮、总磷约为35%。

2.2.4人工湿地

人工湿地设置为组合式，经生物滤塔处理的出水依次通过潜流人工湿地、一级表面流湿地、二级表面流湿地，人工湿地的主要目的是用来除磷脱氮[9]，人工湿地中随水流方向交替好氧、缺氧甚至厌氧的微环境使得生物滤塔出水中所含的部分氨氮和高浓度硝态氮经微生物作用彻底将氮转变为N2[10]。同时对厌氧池+ 滴滤塔组合工艺出水中的有机废物可以进一步降解，使系统最终出水稳定达标。其中，潜流人工湿地有效面积15 m2，总深1.2 m，有效水深0.9m，水力停留时间2.4 h，内置填料卵石、碳酸钙、清水沙，种植的湿地植物黄花鸢尾；一级表面流湿地面积50 m2，湿地植物为芦苇，最大水深0.3 m；二级表面流湿地面积50 m2，湿地植物为本地茭白、菖蒲，最大水深0.3 m。

2.2.5太阳能驱动装置

主要为水泵提供动力来源。太阳能驱动装置安装在滴滤装置屋顶，设计运行负荷400 W/h，采用太阳能和交流电网双线供电，光伏电优先使用。其中太阳能供电系统由太阳能电池板、蓄电池、控制器、逆变器、箱体及周边设备等组成。

2.3 运行效果

系统运行初期，出水水质波动性很大，废水水质中有机物、氮磷含量有时候较高，主要原因是生物滤塔内填料挂膜需要一段时间、人工湿地植物也未长成，直接影响了整个系统的去除效率。在整个系统运行1 个月后，滤塔内生物膜已基本形成，湿地植物也慢慢长成，出水水质趋于稳定。出水水质达设计要求，系统对COD、BOD5、NH3-N、SS、TN 和TP 的平均去除率分别为90.19%、88.19%、89.37%、90.59%、90.02%和95.67%。2012 年10 月27－29 日，系统进出水水质见表2。

 2.4 工艺技术特点

从采用“生物+ 生态”相结合的污水处理方法，生物技术有效去除有机物和部分氮磷，保证出水COD 达标；生态技术进一步去除废水中的N、P，保证出水COD、BOD5、TN、TP 全部达标。

采用射流喷射器对厌氧出水充氧，为后续的好氧过程提供预充氧处理，射流充氧和生物滴滤被设计成一体化设备。喷射动力来自潜水泵富余压头，无需另外增加动力。

采用太阳能供电与水泵运行耦合，通过对太阳能系统蓄电、控制器及逆变器配置的优化改造，在日照正常情况下，太阳能系统产生的电能可供水泵稳定运行8 小时以上。

2.5 运行与维护

定期安排工作人员对厌氧池、生物滤塔、人工湿地进行维护和管理。厌氧池、生物滤塔每年清理1次，并定期对人工湿地内杂草、病虫害进行清理。

2.6 效益分析

本工程具有良好的环境效益和经济效益，按设计规模处理的废水量计算，每年可减少COD、SS、NH3-N、TN 和TP 的排放量分别3.59、4.39、0.75、0.08、0.83 t。

该污水处理工程总投资32 万元，运行成本低，每吨水的运行费用为0.29 元。具体http://www.chinataijiang.com更多相关技术文档。

3 结论

采用太阳能驱动生物滴滤-人工湿地组合工艺处理农村生活污水，处理效果较好，出水水质能达GB 18918－2002 一级B 标准。系统对COD、SS、NH3-N、TN 和TP 的去除率分别为90.19%、90.59%、89.37%、90.02%和95.67%。

该组合工艺作为农村生活污水处理工艺，运行费用低，操作简单，可以实现无人看守，处理效果好，适合在江西农村地区推广应用。