随着中国农村经济突飞猛进的发展，农村生活污水排放量急剧增大. 目前，全国农村每年排放生活污水约80 多亿吨[1]，而96%的村庄没有设置排水渠道和污水处理系统，污水处理率不到10 %，严重污染了农村的生活环境[2] .
对于技术相对落后的广大农村地区，工艺简单、运行成本低的人工湿地污水处理技术得到了广泛的应用[3]，然而单纯的人工湿地技术存在着占地面积大、污染物浓度不能太高、易滋生蚊虫及容易出现堵塞[4-5]等缺点. 本文中，笔者采用厌氧折流板反应器-垂直潜流人工湿地(ABR-SSFW) 组合工艺处理农村生活污水,一方面ABR作为预处理技术，能够很好地降低人工湿地的污染负荷，从而克服人工湿地容易堵塞和占地面积大等缺点；另一方面人工湿地作为厌氧的后续处理，可以改善厌氧出水的水质，实现达标排放.
1 材料与方法
1. 1 试验装置
ABR由硬质的塑料板制成，长×宽×高为800 mm×800 mm×900 mm，有效水深为700 m，有效容积为448 L. SSDW 为下行流，从上部进水，下部出水，长×宽×高为1 500mm×1 500 mm×1 100 mm. 湿地内填充的填料:底层为直径30～ 40 mm的大碎石，厚度30 cm；中层是按1：1 均匀混合的小碎石与炉渣，粒径10～ 20mm，厚度30 cm；上层是按10：1均匀混合的土壤与粉煤灰，厚度20 cm.
该试验系统由水箱、ABR和SSFW 组成. 原水经蠕动泵由水箱提升至ABR，经ABR处理后，出水进入SSFW.
1. 2 试验用水
本试验所用生活污水取自邯郸市某城中村化粪池排放的生活污水. 原水水质见表1.
表1 原水水质
1. 3 监测项目与分析方法
水质的监测项目与分析方法[6]见表2.
表2 监测方法
2 试验结果与分析
2. 1 系统的启动[7-8]
接种污泥为邯郸市东郊污水处理厂氧化沟的好氧污泥，将其均匀投加到ABR反应器的4 个隔室，接种后反应器内的污泥质量浓度为13. 74 g/L，污泥投加完毕，静置1 d，开始连续进水. 启动初始水力停留时间(HRT) 为48 h，此时COD去除率仅有29 %；随后,COD的去除率稳步上升，到第10 d 时，COD去除率达到60 %，到第20 d，COD去除率达到80 % 以上. 在第25 d，将HRT 缩短为36 h，第26 d 测得COD去除率下降到56. 3 %，继续运行到第30 d，COD去除率上升到70%，运行第45 d 时，COD去除率稳定在85 % 左右. 在第46 d 将HRT 缩短为24 h，测得COD去除率下降为74. 5 %，随后逐渐稳步上升，又经过大约40 d的运行，COD去除率稳定在90 % 以上，ABR反应器启动成功.
启动ABR的同时，从永年洼湿地采集芦苇根状茎，根茎长20 cm左右，茎部分节，每节上均带有明显的侧芽. 第2 d 将其以行距30 cm、株距10 cm进行栽种，栽种后，人工湿地开始连续进水，进水为ABR的出水.此时ABR的HRT 为48 h，出水流量较小，为了确保芦苇正常生长，每天还向人工湿地中浇灌一定量的自来水. 种植15 d 后可见芦苇侧芽生长，30 d 后有芦苇叶子长出，随后芦苇生长迅速. 6 月份停止向湿地中浇灌自来水，此时芦苇生长特别旺盛. 在6 月中旬发现部分芦苇叶子黄枯，叶子上有细长状灰色虫子，密度很大. 6月15 日在有这些症状的叶子上喷杀虫剂，每天喷1 次，到6 月20 日虫子基本没有了，芦苇的生长良好，湿地启动完成.
2. 2 COD的去除
组合系统对COD的去除效果如图1 所示. 可见，随着HRT的缩短，ABR和SSFW的出水COD质量浓度整体呈上升趋势. 当ABR的HRT 分别为24，18，12 h 时，平均COD出水质量浓度分别为86. 3，42. 9,43. 1 mg/L，SSFW 平均COD出水质量浓度分别为40. 5，21. 6，17. 6 mg/L，出水水质良好，组合系统出水满足一级A 排放标准. 当ABR的HRT 缩短为8 h，其平均COD出水质量浓度大幅度升高，为168. 6 mg/L，SSFW的COD出水质量浓度波动较大，COD平均质量浓度为82. 6 mg/L，组合系统出水满足二级排放标准. 当ABR的HRT 为4 h 时，其平均COD出水质量浓度为215. 9 mg /L，SSFW的COD出水质量浓度为145. 1mg/L，出水水质达不到排放标准.
HRT 实际代表了生物反应时间，HRT 越小反应时间越短、反应越不彻底，所以COD的去除率随着HRT的减小而下降；但另一方面，长的HRT 会增加反应器的容积，致使投资增大，因此，在实际生产中选择合适的HRT 很有必要. 由于现行的污水处理厂一级A 排放标准规定出水COD质量浓度为50 mg/L，因此从整体考虑，反应器的最优HRT 为12 h.
图1 不同HRT下COD质量浓度的变化
2. 3 脱氮能力
不同HRT下，组合系统对T N的去除效果如图2 所示；系统进水、ABR及SSFW 出水氨氮浓度的变化如图3 所示.
由图2 可以看出，运行阶段，HRT 从24～ 4 h 这一变化过程中，ABR和SSFW 对TN的去除率不太稳定，波动较大. T N 总平均去除率分别为38. 9 %，49. 4 %，40. 1 %，27. 5 %，21. 9 %，去除率较低. ABR对TN的去除率占T N 总去除率的比例分别为28. 1 %，35. 6%，25. 2 %，30. 6 %，33. 9 %；SSFW 对TN的去除率占TN 总去除率的比例分别为71. 9 %，64. 4 %，74. 8 %，69. 4 %，66. 1 %. ABR对TN的去除率低于SSFW的去除率.
ABR是利用微生物生长吸收去除氮，因为厌氧微生物生长缓慢，因此依靠此途径去除的氮量较少. SSFW对氮的去除途径是多样的，包括植物摄取、基质截留、挥发和微生物作用[9]，系统对TN的去除主要靠SSFW 来完成.
从图3 中可以看出，ABR出水的NH3-N 质量浓度多数情况下高于系统进水的NH3-N 质量浓度，而SSFW 最终出水NH3-N 质量浓度均低于系统进水NH3-N 质量浓度.HRT为24，12 h 时，NH3-N 质量浓度变化范围都比较大，平均出水质量浓度分别为20. 1，7. 1 mg/L，平均去除率分别为28 %，42%，HRT 为18h 时，NH3-N 浓度变化比较平稳，平均出水质量浓度为8. 8mg /L.
厌氧生物处理中，NH3-N 质量浓度主要受到以下2 个方面的影响:一方面，污水中部分有机氮在厌氧条件下通过厌氧菌的作用转化为氨氮，即发生了氨化作用，使得反应器中NH3 -N 质量浓度升高；另一方面，氨氮是合成微生物细胞必需的营养物质，通过微生物的摄取使NH3-N 质量浓度降低. ABR出水NH3-N 质量浓度普遍高于系统进水的NH3-N 质量浓度，这说明反应器中有机氮氨化的速率大于氨氮被微生物利用的速率，进一步说明了人工湿地在整个系统中对氨氮的去除起到关键性的作用.
图2 不同HRT下TN 去除率的变化
图3 不同HRT下NH3-N 质量浓度变化
2. 4 总磷的去除
在整个实验过程中，不同时期TP的去除率变化如图4 所示.
图4 不同时期TP的变化
对图4 分析可知，在整个运行阶段，HRT 分别为24，18，12，8，4 h 时TP 平均去除率分别为38. 7 %,44. 6 %，42. 6 %，38. 9%，24. 7%，平均出水TP 质量浓度低于3 mg/L，满足国家城镇污水排放二级标准，系统运行状态较好. ABR出水TP 质量浓度绝大多数在系统进水TP 质量浓度之上，而SSFW 出水T P 质量浓度都低于系统进水TP 质量浓度，说明人工湿地在组合系统对TP的去除中起关键性的作用.
人工湿地对磷的去除是微生物去除、基质吸附和植物吸收3 条途径共同作用的结果. 植物对磷的去除是通过植物对无机磷的吸收同化作用，污水中的无机磷变成植物的有机成分，然后收割植物，达到对磷的去除,但有研究表明，植物吸收的磷占TP 去除量的10 % 左右. 人工湿地中的基质通过物理化学反应如吸收、吸附、过滤、离子交换、络合反应等来去除污水中的磷，富含Al3+，Fe3+，Ca2+的基质对磷的净化能力比较强，在碱性条件下，污水中的磷易与Ca2+ 发生反应，本试验中，pH 在7. 6～ 8. 1 之间，在碱性范围内，所以人工湿地主要通过富含钙的石灰石基质去除磷. 另一方面，植物根系对氧疏导作用使得根区周围呈现好氧状态，远离根区的地方依次出现缺氧和好氧状态，这种环境有利于磷细菌的活动，好氧条件下，磷细菌大量地吸收磷，厌氧条件下，磷细菌释放磷，使湿地中局部地区的磷质量浓度升高，从而加强填料对磷的有效吸附与沉淀，最终将磷有效去除.。
3 结论
1) 当ABR的HRT 大于12 h 时，ABR-SSFW 组合工艺在进水COD质量浓度高于200 mg/L时平均出水COD质量浓度都在50mg /L以下，COD去除率在80% 以上，达到现行的国家城镇污水排放一级A 标准.在组合工艺对COD的去除中，ABR发挥的作用较大，占到了60 %以上.
2) 当HRT 分别为18，12 h 时，TN的出水质量浓度分别为9. 4，10. 8 mg/L，达到现行的国家城镇污水排放一级A 标准. NH3-N 在HRT 为12 h的出水质量浓度为7. 1mg /L，满足国家城镇污水排放一级B 标准.当HRT 小于12 h 时，系统出水TN，NH3-N 质量浓度均不能达到排放标准.HRT 大于12 h 时，TP的平均出水质量浓度分别为1. 0，0. 9，0. 7 mg/L，达到国家城镇污水排放一级B标准.HRT 小于12 h 时T P的平均出水质量浓度分别为1. 7，2. 4 mg /L，达到二级排放标准.
3) 结合系统在运行阶段对COD，TN，NH3-N，TP的去除效果，对系统而言，最优HRT 为12 h.
