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北极星水处理网称，目前农村生活污水经过生物处理单元后，尾水中有机物浓度较低，但氮磷营养元素浓度仍然较高，直接排放会导致水体富营养化。 人工湿地主要通过微生物生物降解转化、植物吸收、基质过滤等作用净化水质，处理成本低，运行效果稳定，维护方便，常用于净化经生物单元处理的农村生活污水尾水，净化受污染、富营养化的水体传统的人工湿地技术多种植景观植物，冬季人工湿地容易造成植物枯萎，净化效率和景观效果大幅下降。 水培系统是污水中适宜种植的蔬菜，该系统在净化水体的同时，还能产出有经济价值的蔬菜，充分实现污水中氮磷的资源化利用，与传统人工湿地相比具有明显的优势。
目前，利用人工湿地和水培蔬菜系统处理生活污水尾水和富营养化水体的研究已有很多。 但大部分研究主要关注湿地基质的优选和栽植植物种类的选择，水培蔬菜与潜流湿地技术相结合的尾水净化，以及系统中氮、磷随时间变化的分析研究较少。 本试验基于东南大学提出的脱氮池/脉冲生物滤池/人工湿地(水培蔬菜系统)工艺，生物处理单元主要进行有机物去除和硝化反应，人工湿地单元主要实现氮、磷资源化利用。 本试验构建了4种生态处理单元，如表1所示，研究了4种系统中不同组合工艺对污染物的降解特性，提出了不同处理系统的最佳水力负荷，研究了系统中污染物的沿程变化规律，研究了水培蔬菜系统农村生活污水
1材料和方法
1.1试验设置
工艺流程如图1所示，试验装置位于常州市，进水是将农村生活污水经脉冲生物滤池处理后出水，污水提泵提升至水箱，然后由高位水箱连续自流进入试验装置，通过阀门进入各单元的
不同装置具体尺寸和有效水深如表1所示，水培蔬菜系统内不填充基质，种植蔬菜选用空心菜，种植密度100~150株/m2，潜流湿地填充基质，下层基质填充砾石，上层填充粗砂，基质种植西伯利亚鸢尾。
1.2检验方法和进水水质
试验在夏季( 7月( 10月)进行，试验期间水温为23.5 )30.1。 水力负荷分别设置为0.1、0.2、0.3m3/(m2 )，1号系统对应的水力停留时间( HRT )分别为24、12、8 h，2号系统对应的HRT分别为5.5、2.75、1.83 d
去除负荷表示单位处理单元单位时间污染物的去除量，反映了装置污染物的去除能力，污染物去除负荷如式(1)。
其中，L—去负荷，g/d )；
Q—进水流量，m/d；
a )系统有效面积)；
C1 )进水污染物浓度，mg/L；
C2-出水污染物浓度，mg/L。
2结果和讨论
2.1水力负荷对不同系统污染物去除的影响
)1) CODCr去除效果
由图2(a )可知，水力负荷为0.1~0.3m3/(m2 )时，随着水力负荷的增加，4组工艺的CODCr去除率均显著降低。 这是因为水力负荷越大，污水在各系统中的停留时间越短，影响微生物对CODCr的分解效果。 在1号水培蔬菜系统中，不同水力负荷下对CODCr的去除率最小，这是由于水培蔬菜系统有效水深浅，系统内没有基质填充，水培蔬菜根系内微生物量比潜流湿地少，而进水是经过脉冲滤池生物处理后的出水， 水中的CODCr主要是小分子溶解性有机物，CODCr的去除主要依赖于微生物的降解和转化作用，潜流湿地单元可以起到良好的作用
随着水力负荷的增大，3号系统的CODCr去除率从58.2%下降到39.5%，4号系统的CODCr去除率从50.3%下降到34.6%。 其中3号系较好的是4号系首先流经潜流湿地，流经后段水培蔬菜系统的CODCr含量减少，溶解氧浓度较低( 0.3(2.1mg/L ) )，导致后段水培蔬菜生长状况较差，部分发达根系不生长或腐烂
从图2(b )可知，2号系统、3号系统、4号系统的CODCr去除负荷均随着水力负荷的增大而增加，去除负荷的增大趋势减缓。 这是因为水培蔬菜系统根系浅，随着水力负荷的增加，水流会加强对根系的冲刷，不利于根系内微生物的生长繁殖。
)2) TN去除效果
4种系统的TN去除率如图3(a )所示，均随着水力负荷的增加而降低。 在相同水力负荷条件下，2号系统TN去除率最大的是水来自生物接触氧化池，氮形态以width=46、height=15、dpi=110为主，潜流湿地内有效水深深，为微生物脱氮创造良好的缺氧环境水力负荷为0.1m3/(m2 )时，4号系统的TN去除率远低于其他3个系统。 4号系统污水可能先通过水深较深的潜流湿地，流入后级水培蔬菜系统后水中溶解氧浓度较低( 0.3~2.1 mg/L )，影响空心菜的正常生长和根系微生物的生存环境，削弱了植物的吸收和微生物去除作用。 随着水力负荷的增大，1号系统对TN的去除率由76.9%降低到45.7%，去除率波动较大，表明水力负荷对水培蔬菜系统中TN的去除有较大影响。
)3) TP去除效果
各系统TP的去除率如图4(a )所示。 1号系统、2号系统和3号系统的去除率随着水力负荷的增加呈明显下降趋势，2号潜流湿地系统的去除率最大。 水力负荷从0.1m3/(m2 )增大到0.1m3/(m2 )时，1号系的去除率从78.9%下降到40.8%，下降幅度最大。 认为这是因为水培系统中除磷主要是植物对磷素的吸收，水力负荷的增大缩短了滞留时间，植物对磷的吸收作用明显降低。 而在no.2和no.3中，随着水力负荷的增加，潜流湿地填料对磷的吸附作用优势增强，TP去除率下降幅度小于水培蔬菜系统。 对于4号系统，由于前段潜流湿地的流入，导致后段水培蔬菜系统溶解氧浓度过低，植物生长状况和根系微生物受到影响，系统TP去除率始终较低，水力负荷为0.1m3/(m2 )时，4号系统TP去除率为53.7%，其他3种工艺系统TP去除率为53.7% 81.5%、81.5%的系统进水TP浓度为0.84~1.34 mg/L，水力负荷为0.1~0.3m3/(m2 )时，2号系统、3号系统、4号系统出水TP浓度按一级a标准( GB 18918—2002 )
图4(b )是TP去除负荷随水力负荷变化的情况，与TN去除负荷变化的情况类似。 2号系统、3号系统、4号系统的TP去除负荷随水力负荷的增加而增大，增加幅度减缓，2号系统的TP去除负荷表现最好。 这与潜流湿地基质吸附作用较强的结论一致，本试验氮磷去除率及去除负荷的变化趋势与其他研究相似。
)4)水力负荷优选
去除率反映出入水中污染物浓度的变化程度，出水水质是否达标是需要考虑的因素，去除负荷反映装置去除污染物的能力，去除负荷越大表明系统去除污染物的效率越高。 通过各系统对CODCr、TN、TP去除率和去除负荷的分析，得出不同工艺系统的最佳水力负荷不同。 水培蔬菜1号系统中，CODCr、TN、TP的去除负荷均在水力负荷为0.2m3/(m2 )时达到最大，出水CODCr、TN、TP能达到1级a标准，2号系统和3号系统水力负荷为0.3m3/(m2 )时出水CODCr和TN可达到一级a标准，但TP难以达标，且种植的空心菜出现烂根，该组合不适合农村生活污水尾水处理。
2.2不同工艺系统的污染物去除特性
为了了解各系统内部不同阶段污染物去除情况，沿流程均匀设置几个采样点，检测各污染物浓度随流程的变化规律。
)1) CODCr随时间的变化
CODCr随时间的变化如图5所示。 由图5(a )可知，1号系统CODCr浓度基本呈线性下降，沿途各段CODCr分解量相当，出水CODCr浓度高于2号系统，即潜流湿地CODCr去除效果好于水培蔬菜系统； 2号系统内CODCr在前1/4段下降较多，从69 mg/L下降到50 mg/L，占系统总CODCr去除量的48.7%，随后各级CODCr下降量相当，出水浓度较低。
由图5(b )可知，在no.3系统中，CODCr浓度在最初的2/3段从69 mg/L降低到58 mg/L，占除去总量的40.1%，后段的CODCr浓度从58 mg/L降低到42 mg/L 在4号系统中，CODCr浓度在前1/3段由69 mg/L下降到55 mg/L，占总去除量的54.5%，后一级水培蔬菜内CODCr浓度基本呈线性下降，CODCr浓度由55 mg/L下降到48 mg/L，出水CODCr浓度
)2) TN浓度随时间的变化
图6示出了TN沿着路线变化的情况。 从图6(a )可以看出，1号系统和2号系统内的氮浓度沿程基本呈线性下降，其中前1/4段的去除量相对较多，然后下降趋势减缓。 进水TN浓度为10.4 mg/L，1号系统和2号系统前1/4段TN去除量分别占总去除量的44.6%、54.2%，出水TN浓度分别达到3.7、3.2 mg/L，与CODCr去除效果相似，在2号潜流湿地系统内的由图6(b )可知，在4号系统中，TN浓度在前1/3段大幅降低，从10.4 mg/L降低到7.4 mg/L； 进入后段后，TN浓度基本保持不变，后段水培蔬菜的TN去除率为30.5%，这说明了4号系统整体的TN去除率较低的现象。 3号系统TN总去除率明显较高，出水TN浓度仅为4.0 mg/L，前2/3水培系统TN浓度由10.4 mg/L降至6.7 mg/L，占TN总去除量的58.1%； 后段系统多去除TN，占总去除量的41.9%。 该组合系统去除TN效果好，前段水培空心菜生长状况良好，是净化尾水的适宜组合系统。
)3) TP浓度随时间的变化
TP浓度按照过程变化的情况如图7所示。 1号、2号系统中TP浓度变化与TN相似，随着沿途基本呈线性下降，前1/4段均有较大下降，前1/4段去除量所占比例分别达到43.1%、55.9%，进水TP浓度为0.89 mg/L 2号潜流湿地沿途各段对TP的去除效果更好，这是因为潜流湿地中基质对磷有较好的吸附性。 在3号系统、4号系统中，TP的沿路变化趋势呈现与TN相同的规律。 4号系统的TP总去除率最低，且TP去除集中在前1/3段，所占比例为73.3%，后2/3段去除量仅占26.7%； 而3号系统TP总去除率较大，水培蔬菜段TP浓度由0.89 mg/L降至0.63 mg/L，去除量占54.4%，后级湿地系统内去除量占总去除量的45.6%，出水TP浓度达到一级a标准。
3蔬菜安全
利用尾水进行经济作物水培，重金属含量较低，但植物能富集污水中重金属污染物，提高作物中重金属含量。 为此，对1号水培蔬菜系统(1# )、3号水培蔬菜潜流湿地系统(2# )中空心菜进行了重金属含量测定，检测在农产品质量安全监督检验测试中心完成，监测项目及结果见表3。 结果表明，水培系统采集的空心菜中Cr、Pb、Cu、As、Cd含量均未超过限量，符合国家标准( GB 2762—2012 )，食用放心。
4结论
采用水培蔬菜、潜流湿地及其组合系统4个工艺对生物接触氧化生物处理后的农村生活污水进行净化。 水培蔬菜、潜流湿地、水培蔬菜潜流湿地系统的适宜水力负荷分别为0.2、0.3、0.3m3/(m2 )，各系统不仅能达到氮磷的最大化利用，同时出水可达到A级标准。 但潜流湿地水培结合蔬菜栽培处理农村污水尾水时，部分空心菜会出现烂根，因此该技术不适用于农村污水尾水的处理。
在水培蔬菜系、潜流湿地系中，CODCr、TN、TP在前1/4段下降较多，后一段基本呈线性下降； 水培潜流湿地组合系统中，前一级水培系统对CODCr、TN、TP去除的贡献率分别为40.7%、58.1%、53.7%、总去除率为39.1%、61.1%、55%。 水培蔬菜系统与水培蔬菜潜流湿地组合技术，空心菜中重金属含量低于国家标准，采集的空心菜可安全食用。
综上所述，采用水培蔬菜和水培蔬菜潜流湿地相结合的系统净化农村生活污水尾水。 出水不仅符合污水一级a(GB18918—2002 )排放标准，同时可通过蔬菜吸收有效利用氮磷资源，将污水处理与农业生产有机结合，在农村地区具有广泛的应用价值。
原标题：净水技术|水培蔬菜与潜流湿地相结合技术净化农村生活污水尾水
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