在农村地区土地资源充足的情况下，生态处理系统是较为常见的污水处理技术。其中人工湿地具有出水水质好、运行管理方便、投资及运行费用低、脱氮除磷效果好等优点，但同时也具有进水负荷承载力差、易于堵塞、受季节影响等缺点。因此，该技术不宜单独作为污水处理工艺使用，组合处理工艺更适应农村的污水排放现状。本研究针对农村生活污水的特点，进行了厌氧+跌水曝气+人工湿地组合工艺处理生活污的研究，以期为该类型农村生活污水的处理提供技术参考。
1、材料与方法
1.1 组合工艺及其运行条件
实验所用污水来自北京市某农村家庭的生活杂排水，其水质特征如表1所示。实验采用的厌氧+跌水+人工湿地组合工艺流程如图1所示，厌氧反应池和跌水曝气反应池为一体化装置，装置的有效容积为10L，长×宽×高为56cm×12cm×16cm，两者的容积比为1∶1；厌氧反应池内装软性填料，跌水曝气反应池内装球形填料，球形填料直径为45mm；人工湿地为潜流人工湿地，长×宽×高为70cm×45cm×45cm，土壤层厚度为10cm，蛭石和钢渣层厚度为20cm，卵石层厚度为25cm。
为模拟农村污水的特点，进水分为早(08∶00—09∶00)、中(12∶00—13∶00)、晚(18∶00—19∶00)3个时段，每天进水10L。厌氧反应池HRT为12h。跌水曝气反应池HRT为12h。实验中人工湿地采用跌水的方式进行充氧，利用高差使水流从厌氧段跌入到第2段反应池，使其富氧，跌水高度6cm，跌水曝气反应池表面DO为0.8~1.2mg•L-1，厌氧反应池表面DO为0.5~0.7mg•L-1。人工湿地的类型为潜流人工湿地，湿地采用两级串联的方式，湿地中间增加隔板，底部联通，布水方式采用进水管多孔布水，从湿地上层填料中间流入，然后经过中间隔板底部，最后从湿地右边溢流出水。湿地种植的植物为芦苇与香蒲。
装置从2017年3月开始运行调试，启动和稳定运行5个月，从装置稳定运行开始监测，频率为1周2次。装置整个工艺流程设置了4个采样点，分别为进水端、厌氧反应池出水端、跌水曝气反应池出水端和人工湿地出水端。
1.2 分析方法
COD采用分光光度法测定；TN和TP均由哈希多指标分析仪(哈希dr2800，美国)测定；NH+4-N采用纳氏试剂紫外分光光度法测定；SS按照标准重量法(GB11901-1989)测定；DO采用溶解氧仪(Oxi3210，WTW，德国)测定。
2、结果与讨论
2.1 组合工艺对COD的去除效果
组合工艺对COD的去除效果和沿程变化如图2所示。从图2可以看出，装置在稳定运行阶段，进水COD的平均值为151.9mg•L-1(83.5~249.0mg•L-1)；人工湿地出水COD平均值为37.9mg•L-1(12.6~70.7mg•L-1)，均达到了城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)一级A，装置COD的平均去除率达到74.5%(60.2%~92.7%)。结果表明，组合工艺装置对有机物有较好的降解效果，虽然进水COD水质波动较大，但COD出水水质较为平稳。这是因为厌氧反应池、跌水曝气反应池和人工湿地工艺的组合起到缓冲、调节和降解的作用，面对进水水质的波动，能有效抗击冲击负荷，保障出水水质稳定。其中厌氧反应池、跌水曝气反应池和人工湿地去除率分别为24.0%、19.5%和31.0%，人工湿地的去除率要明显高于厌氧反应池和跌水曝气反应池。
2.2 组合工艺对NH4+-N的去除效果
组合工艺对NH4+-N的去除效果和沿程变化如图3所示。从图3可以看出，装置在稳定运行阶段，进水NH+4-N的平均值为17.8mg•L-1(10.8~28.7mg•L-1)，人工湿地出水NH+4-N平均值为7.0mg•L-1(4.3~9.1mg•L-1)，达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)一级B。装置NH+4-N的平均去除率达到59.0%(36.0%~70.0%)，其中厌氧反应池的去除率为11.6%，跌水曝气反应池的去除率为17.4%、人工湿地去除率为30.0%。装置对NH+4-N的去除效果较好。这主要是依靠厌氧反应池的厌氧氨化和反硝化，跌水中的氨化、硝化和反硝化作用对NH+4-N的去除起到了复合加强作用。
2.3 组合工艺对TN的去除效果
组合工艺对TN的去除效果和沿程变化如图4所示。从图4可以看出，装置在稳定运行阶段，进水TN的平均浓度为20.7mg•L-1(11.8~29.8mg•L-1)，人工湿地出水TN平均浓度为8.5mg•L-1(4.5~10.1mg•L-1)，装置TN的平均去除率达到57.2%(39.8%~70.53%)，出水TN维持在较低水平，达到城镇污水排放标准(GB18918-2002)一级A，并且出水稳定。其中各单元对TN的去除率为人工湿地(36.7%)>厌氧反应池(12.1%)>跌水曝气反应池(8.4%)。人工湿地在整个TN的去除过程中起主导地位，这主要是依靠不断交替的湿地微环境，在硝化作用和反硝化作用下，对污水中氮的化合物进行去除，同时还有湿地植物根际的吸收作用。
2.4 组合工艺对TP的去除效果
组合工艺对TP的去除效果和沿程变化如图5所示。从图5可以看出，装置在稳定运行阶段，进水TP的平均浓度为8.0mg•L-1，人工湿地出水TP平均浓度为3.3mg•L-1，装置TP的平均去除率达到59.5%。人工湿地对TP的贡献最大，达到43.9%；而厌氧池只贡献了8.8%；跌水反应池贡献了7.8%。这可能主要是由于本研究的湿地中层填料介质采用了蛭石和钢渣，可以对进入到湿地的磷进行吸附去除；而且水生植物的根系通过输氧给填料介质，形成了一个好氧环境，这样的条件有利于介质对磷的吸附、沉淀、蓄积；同时，植物根系也会吸收和吸附部分磷。
2.5 组合工艺对SS的去除效果
组合工艺对SS的去除效果和沿程变化如图6所示。从图6可以看出，装置在稳定运行阶段，进水SS的平均浓度为78.9mg•L-1，人工湿地出水大部分出水是小于10mg•L-1，SS平均浓度为6.6mg•L-1，装置SS的平均去除率达到91.6%。这表明该工艺能有效的去除杂排水中的SS。其中厌氧反应池、跌水曝气反应池、人工湿地的去除率分别为34.8%、40.3%和16.5%。厌氧反应池中SS的去除是因为厌氧菌将部分悬浮性有机物降解成可溶性的，使出水SS降低；并且人工湿地对出水中SS也有过滤的作用。
3、结论
1)采用厌氧+跌水曝气+人工湿地组合工艺处理农村生活污水杂排水，其中COD、TN和SS出水达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)一级A。
2)组合工艺对COD、TN、TP、NH4+-N和SS的平均去除率分别为74.5%、57.2%、84.2%、59.0%和91.6%；在组合工艺对污染物沿程去除效果分析中，人工湿地对COD、TN、TP和NH4+-N的去除率最大，而厌氧反应池对SS的贡献率最大。
3)组合工艺处理对农村生活杂排水具有良好的净化处理效果，装置运行能耗低，适合用于在农村推广应用。（来源：长沙理工大学水利工程学院，水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室，湖南省环境保护河湖污染控制工程技术中心，北京排水集团，中国科学院生态环境研究中心）
