邓延慧，王正文，张 弘

(1.江苏省环境科学研究院，江苏 南京 210036；2.东南大学 土木工程学院，江苏 南京 210096； 3.东南大学-蒙纳士大学未来城市联合研究中心，江苏 苏州 215123)

1 引言

由于农村污水处理设施仍不太健全、我国农村生活污水(包括禽畜养殖用水、厨房、洗涤及厕所用水)一般被直接排放到化粪池当中进行处理。对江苏、浙江和上海平原地区农村村落的生活污水的调查表明：其进入污水厂处理的比例为2.7%、27.5%和19.8%；进入化粪池处理的比例分别为75.9%、58.3%和56.8%[1]。可见农村处理生活污水的主要方式仍是化粪池。但是化粪池对污染物的去除效果不佳，直接排放会导致一系列的环境问题，因此对化粪池出水的进一步处理至关重要。

近年来对化粪池出水一般采用人工湿地[2]、氧化塘[3]、生物滞留池[4]等方式处理。刘志平[5]和陈桂顶[6]等分别采用了复合垂直流—水平潜流人工湿地系统和水培蔬菜和人工湿地相结合的的方式处理化粪池污水，出水水质达一级A排放标准。张佳琳等[7]采用无动力厌氧—人工湿地—氧化塘组合系统处理农村污水，出水水质稳定达到一级B标准。Rezaul K. Chowdhury[8]和刘婧文[9]等的研究表明生物滞留池也能显著提高污水出水水质。

然而人工湿地系统容易受季节气候影响，氧化塘对土地面积需求较大，相比而言，生物滞留池占地面积小且受季节变化影响小[10]。因此，本文采用生物滞留池处理化粪池出水，研究其对CODcr、氨氮、总氮、总磷、阴离子表面活性剂(LAS)等的去除效果，以期为农村化粪池出水的进一步处理提供理论依据和技术支撑。

2 材料与方法

2.1 试验装置与方法

试验装置如图1所示。生物滞留池长800 mm、宽300 mm、高700 mm、壁厚约1 cm，材质为有机玻璃板。进水口和出水口在装置的两端，且分别由阀门控制，进水口管端与王字形布水管(支管均开8 mm小口)相连。装置填料分为五层，分别为：布水层：高100 mm、4～8 mm沸石；过滤层：高300 mm，填料为沙子(0.05～2 mm)和细砾(2～3 mm)的混合层；淹没层：高200 mm，沙子(1～2 mm)加砾石(4～8 mm)的混合层；过渡层：高50 mm ，4～8 mm砾石；排水层：高50 mm ，8～16 mm卵石；总填充高度为600 mm。集水区位于填料区右侧，宽150 mm，用以保证生物滞留池淹没区水位高度。污水从生物滞留池体系布水管经过进入填料区，最终由集水区排出[11]。

图1 生物滞留池装置设计

实验装置由蠕动泵(由继电器控制开关)、污水桶、生物滞留池组成。结合相关资料与工程经验[12]，设置0.3 m3/(m2·d)、0.7 m3/(m2·d)、1.0 m3/(m2·d)、1.5 m3/(m2·d)四个水力负荷运行工况。装置分别在四个工况下运行，运行前均需要在相应工况下运行一段时间(出水水质较为稳定后)后采集水样，然后对进出水水质指标进行检测和分析。

2.2 试验水样

实验室模拟化粪池污水配水方案见表1。

表1 实验污水配水方案

表2 试运行期间各项指标平均进出水浓度及去除率

2.3 检测分析方法

试验过程中采集生物滞留池的进出水进行分析检测。具体的分析项目和方法见表3。

表3 分析项目及检测方法

3 结果与讨论

3.1 对CODcr的去除效能

不同水力负荷工况下CODcr的平均进出水浓度及其去除率见图2和图3。

在水力负荷范围为0.3～1.5 m3/(m2·d)时，生物滞留池对CODcr均有较好的去除效果，其去除率达到84%以上(图2、图3)。出水水质在实验中在一定程度上有所波动，但均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准(小于50 mg/L)。当水力负荷逐渐增大时，去除率表现为先上升后下降。当水力负荷为1.0 m3/(m2·d)时，CODcr去除效率最高，达到了93.1%；当水力负荷为0.3 m3/(m2·d)和1.5 m3/(m2·d)时，CODcr去除效率最低，为84%，两者相差近10%。可见生物滞留池对CODcr的去除效果受水力负荷影响较大，在合适的水力负荷下生物滞留池才有最佳处理效果。

图2 不同负荷下CODcr平均进出水浓度变化曲线

图3 不同负荷下CODcr去除率变化曲线

3.2 对氨氮的去除效能

图4 不同负荷下进出水浓度变化曲线

图5 不同负荷下去除率变化曲线

3.3 对总氮的去除效能

不同水力负荷运行下TN的进出水浓度及其去除率见图6和7。

图6 不同负荷下TN平均进出水浓度变化曲线

图7 不同负荷下TN去除率变化曲线

在水力负荷范围为0.3～1.5 m3/(m2·d)时，生物滞留池对TN的去除效果均不佳(图6、图7)。当水力负荷增加时，TN的去除率表现为逐渐下降的趋势。当水力负荷为0.3 m3/(m2·d)时，TN去除效率最高，为11%；当水力负荷为1.5 m3/(m2·d)时，TN去除效率最低，为-1%。最佳平均出水浓度仅为64.5 mg/L。这可能是由于生物滞留池内部的好氧环境更有利于硝化反应的发生，污水从铵态氮向硝态氮转化，而反硝化反应被限制，硝态氮留在水中，导致出水TN浓度仍然较高。

3.4 对总磷的去除效能

不同水力负荷运行下TP的平均进出水浓度及其去除率见图8和图9。

图8 不同负荷下TP平均进出水浓度变化曲线

图9 不同水力负荷下TP的去除率变化曲线

在水力负荷范围为0.3～1.5 m3/(m2·d)时，生物滞留池对总磷的去除效果有较大的差异(图8、图9)。当水力负荷增加时，TP的去除率表现为先下降后上升。当水力负荷低于0.3 m3/(m2·d)时，TP去除效率最高，达到26.4%；当水力负荷为1.0 m3/(m2·d)时，TP去除效率最低，为-37%,两者相差达到63%。可见，生物滞留池对TP的处理效果受水力负荷影响较大，在较低水力负荷下，生物滞留池对TP的处理效果更佳。

3.5 对阴离子表面活性剂(LAS)的去除效能

不同水力负荷工况下LAS的平均进出水浓度及其去除率见图10和图11。

图10 不同负荷下LAS平均进出水浓度变化曲线

由图10和11可知，在水力负荷范围为0.3～1.5 m3/(m2·d)时，生物滞留池对LAS的去除效果显著，去除率均超过93%，且出水水质达到城市污水排放一级A标准(小于0.5 mg/L)。当水力负荷增加时，LAS的去除率总体表现为先上升后下降。当水力负荷为0.3 m3/(m2·d)时，LAS去除效率最低，为93%；当水力负荷为0.7 m3/(m2·d)时，LAS去除效率最高，达到94.8%。

图11 不同水力负荷下LAS去除率的变化曲线

4 结论

因此，经生物滞留池处理后的化粪池出水可被用作农村作物灌溉，这为化粪池出水的处理回用提供了可行的途径。