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在人工湿地系统中，填料为重要组成部分之一，它不仅是人工湿地系统当中的植物，还是微生物正常生长发育的场所，它本身也具备净化污水的功能。

可见，选择适宜的填料是保证人工湿地发挥应有效果的关键。

目前，以碎石填料最为常用，但它的污染物去除效果已经无法满足要求，需要对填料的类型加以更新和改良。

由此就产生了新型模块化填料，有必要通过实验和分析验证模块化填料度对污水的处理效果。

　　1实验材料和方法

　　1.1材料与试剂

　　实验植物采用美人蕉，其植株大小大体相同，高度在56~65cm范围内，重量在40g左右，根系体积相当，同时是健康没有病虫害侵袭的幼苗。

实验用模块化材料将花岗岩作为主要粗骨料，将粉煤灰与水泥作为胶结料。

最优配合比条件下的骨料级配是10~16mm.采用以上原材料制成的试件，其规格为10cm10cm10cm,需在试件上留设两个贯穿孔，孔径2cm.实验所用污水的氨氮实际浓度在11~47mgL-1的范围内变化、TP实际浓度在1.4~4.7mgL-1的范围内变化、COD的实际浓度在270~360mgL-1的范围内变化[1].

　　1.2装置

　　实验装置以小型反应器为主，所有反应器当中都放置6个模块化填料，共分成两层，模块化填料和碎石填料的质量完全相等。

为了对比实验植物对系统造成的影响，建立两个系统，其中一个有实验植物，另外一个没有。

为了对比污水总量对有实验植物的系统的实际处理效果造成的影响，也建立了两个系统，其污水总量分别是45L与65L.其中，污水总量为45L的被记作模块化填料-有实验植物-45L,而污水总量为60L的被记作模块化填料-有实验植物-60L;

有实验植物，但填料为碎石的系统被记作碎石填料-有实验植物-45L.

　　容器体积可以达到100L左右，使用模块化填料的，要在反应器当中放好3层模块化填料；

上数第一层和第二层的贯通孔向上，第三层中的贯通孔朝向两侧，不同层位中的模块化填料按照排列式进行放置；

碎石填料的堆高按照21cm控制，各系统当中的实验植物均为6株。

成型后的实验装置如图1所示。

　　图1中，MS-C-S表示模块化填料-有实验植物-45L系统，MS-U-S表示模块化填料-无实验植物-45L系统，GS-C-S表示碎石填料-有实验植物-45L系统。

　　图1实验装置

　　2实验结果和分析

　　在6d的时间范围内，污水处理效果和填料之间的关系为：

当填料为模块化填料时，氨氮进、出水浓度分别为40.1810.04mgL-1和17.051.90mgL-1,去除率为55.30%6.12%;

当填料为碎石填料时，氨氮进、出水浓度分别为40.1810.04mgL-1和23.194.26mgL-1,去除率为41.52%5.21%.当填料为模块化填料时，总磷进、出水浓度分别为5.231.39mgL-1和0.860.29mgL-1,去除率为83.47%5.53%;

当填料为碎石填料时，总磷进、出水浓度分别为5.231.39mgL-1和3.250.61mgL-1,去除率为28.98%21.32%.当填料为模块化填料时，COD进、出水浓度分别为326.5741.36mgL-1和76.139.94mgL-1,去除率为76.57%2.%;

当填料为碎石填料时，COD进、出水浓度分别为326.5741.36mgL-1和70.455.274mgL-1,去除率为78.18%3.10%.氨氮、总磷和COD浓度随时间的变化如图2所示。

　　图2氨氮、总磷和COD浓度随时间的变化

　　由以上结果可知，模块化填料对污水中氨氮去除效果比碎石填料好。

其原因为模块化填料孔隙率相对较高，可以为硝化与反硝化细菌创造良好条件；

与此同时，模块化填料较为松散，便于系统中的水和气体相互传递，使溶解氧浓度明显增加，增强微生物活性。

对于硝化细菌，其最佳pH为8.0~8.5,通过实验，模块化填料pH为8.3,而碎石填料为7.9.可见，模块化填料可以为细菌创造良好反应条件[2].

　　模块化填料对污水中总磷去除效果比碎石填料好很多，不仅去除效果保持稳定，而且出水浓度可以满足一级标准。

由于从第四天开始总磷溶度开始升高，所以末尾时产生了解吸。

由此可得，填料自身吸附总磷是填料去除污水中总磷的基本机理。

相关研究表明，微碱性环境下，判断填料去除总磷的能力最常用的指标即为钙含量。

本次研究中，填料所处环境均为微碱性，而且模块化填料的pH比碎石填料大。

除此之外，无论是将粉煤灰与水泥作为胶结料，还是采用粉煤灰砖块，都对填料自身吸附总磷有利[3].

　　两种填料都能有效去除污水中COD,整个降解过程表现出先快后慢，其原因为系统中有很多不同的微生物，且数量很多，营养充足，微生物在早期活性最强，随着营养逐渐消耗与溶解氧不断减少，COD去除率降低，到趋于平衡为止。

然而，相比之下模块化填料实际去除率相对较高，其原因为这种填料中设置了贯穿孔，可以为微生物正常生长创造更多空间。

　　实验植物对污染物去除会造成一定程度的影响，特别是在前期，能有效去除有机物和含氮化合物。

其原因为前期实验植物正在生长发育，可大量去除污染物。

但随着植物不断成熟，对污染物实际去除效果逐渐减缓，甚至在后期出现了明显反差。

含氮化合物实际去除效果主要和微生物与填料有关，总磷的去除机理为填料吸附[4].

　　采用模块化填料时，总磷去除效果十分显著，但在处理时会发生解吸。

运行过程中，模块化填料和碎石填料的COD及氨氮实际去除效果无明显差异，这说明对这两种污染物的实际去除效果可以保持在相对稳定的状态[5].

　　由于实际水体当中的污水总量有所不同，所以在实验中加入数量不同的污水来确认系统去除COD、氨氮和TP的实际效果。

当污水总量为45L时，填料高度比污水表面高度低，而当污水总量为60L时，填料被污水完全淹没。

根据实验结果，在增加污水总量以后，系统污水处理效果无明显影响，而且两个系统的实际去除效果基本上保持相同[6].

　　3结论

　　通过以上实验和对实验结果的分析论述，可得出下列几条结论：

（1）人工湿地是处理农村生活污水最有效的方式之一。

从氨氮与总磷处理效果看，模块化填料由于碎石，在人工湿地中采用模块化填料能有效去除污水当中的各类污染物。

（2）模块化填料中设置了贯穿孔，这种特殊结构能提高填料整体孔隙率，为水中各类微生物的生长创造良好条件，有效截留不同的污染物，避免产生堵塞等问题。

　　（3）实验植物实际生长时，会从污水当中吸收大量营养物质，这对氮磷类化合物实际去除是十分有利的。

然而，伴随实验植物不断生长和成熟，它对各类污染物的实际去除效果开始不断减缓。

　　参考文献

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生活污水论文热门推荐10篇之第二篇：

农村生活污水处理现状及智慧管理新模式

我国现阶段农村生活污水收集和处理形势比较严峻，管理难度较大。

本文概述了农村生活污水特征和处理模式，分析了化粪池、人工湿地、稳定塘、膜生物处理、人工快速渗滤及生态组合处理工艺等主要处理技术，并对新材料应用于工艺改良及优化技术组合进行了展望。

最后通过借鉴智慧城市排水系统，提出了基于地理数据库（Geodatabase）技术的农村生活污水智慧管理新模式。

农村生活污水；

智慧管理；

地理数据库；

　　Abstract:

　　Atpresent,thesituationofruraldomesticwastewatercollectionandtreatmentinChinaissevere,andthemanagementisdifficult.Thecharacteristicsandtreatmentmodeofruraldomesticwastewateraresummarized.Themaintreatmenttechnologiessuchasseptictank,artificialwetland,stabilizationpond,membranebiologicaltreatment,artificialrapidinfiltrationandecologicalcombinationtreatmentareanalyzed.Theapplicationofnewmaterialsinprocessofimprovementandoptimizationtechnologycombinationisprospected.Finally,anewintelligentmanagementmodeloftheruraldomesticwastewaterbasedonthetechnologyofGeodatabaseisproposedbyreferringtothedrainagesystemofsmartcity.

　　Keyword:

　　ruraldomesticwastewater;

intelligentmanagement;

Geodatabase;

　　由于农村地形地貌差别大、经济相对落后、村民居住地分散、生活习性不同、环境保护意识薄弱等原因，生活污水大多未经处理直接排放﹒在收集、处理和管理模式上农村生活污水与城镇污水有较大差异，且统筹管理难度大，不宜直接利用城镇污水处理相关经验和设计规范﹒因此，因地制宜探索农村污水处理之道，是解决我国农村当前存在的问题和改善生活环境的有效策略﹒

　　本文通过分析农村生活污水特征、处理模式和技术等方面的研究进展，提出基于地理数据库（Geodatabase）的农村污水智慧管理模式﹒

　　1农村生活污水特征

　　1.1主要污染指标及分类

　　根据不同来源，农村生活污水的成分及特点见表1,其污染程度主要通过化学需氧量、总氮、总磷、氨氮、SS、BOD5等6种指标衡量[1]﹒

　　表1农村生活污水污染参数

　　1.2农村生活污水排放特征

　　由于生活规律和用水习惯不同，不同区域农村生活污水排放特征有一定差异性，但我国大部分农村生活污水具有以下3个共性特征[2]:

1）排放基础设施建设普遍不足，缺乏统一完善的污水收集与处理系统，污水直接排放现象十分普遍，对当地生态环境造成一定污染；

2）排放不规律，日变化系数较大，季节性变化明显；

3）来源广，水域分散，收集管理有难度﹒

　　2农村生活污水处理现状

　　在美国，超过1/3农村人口采用分散污水治理方式[3];

在德国，分流式污水处理模式逐步代替集中式已成为主流[4];

在日本，村落采用排水设施和组合净化槽作为处理污水的主要手段[5]﹒

　　根据村落的具体地形地势、地理位置和住宅分布等实际情况，我国农村采用不同的生活污水收集输送方法，有些以村为单位构建收集系统，有些几户共建，有些甚至单户建设﹒现有的收集处理方式主要可分为3类：

农户分散收集处理、村镇集中收集处理和统一归入市政管网[6]﹒

　　3农村生活污水处理技术

　　3.1化粪池处理工艺

　　我国农村生活污水较早较多地使用三格式化粪池处理工艺[7]﹒通过工艺改进不断提高化粪池对污染物降解效率备受研究者关注﹒武毛妮[8]结合厌氧生物池+人工湿地处理技术对三格式化粪池进行改进，在厌氧生物池中加入厌氧弹性填料和碎石，加强脱氮除磷效果，获得出水COD和SS等指标达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）[9]中一级B标准；

付婉霞等[10]在山区村庄化粪池中添加填料，通过增加不同填料厚度提高污染物去除率，获得SS、COD、色度和氨氮去除率分别为92.9%,60.5%,23.2%和11.9%;

陈洪斌等[11]运用上流式厌氧污泥床反应器处理化粪池黑水，研究水温和水力停留时间对黑水预处理效果的影响，在水力停留时间不小于30h,水温为30℃的条件下，对总化学需氧量和悬浮性化学需氧量的去除率分别达71.9%和91.6%﹒

　　3.2人工湿地处理工艺

　　人工湿地的作用机理是利用土壤基质、水生植物和微生物组成半液体污水处理系统，对水中有机物和氮磷进行有效去除﹒它适用于技术管理水平低、处理规模小的农村，具有运转管理方便、工程基建和运转费用低以及负荷变化适应能力较强等优点[12]﹒吴晓莺等[13]利用模块化填料构建美人蕉潜流人工湿地系统，利用微生物的硝化和反硝化作用去除含氮有机物，利用填料的吸附沉淀和植物微生物的吸收作用去除磷，获得对氨氮去除率达54.2%~69.4%和总磷去除率达77.7%~83.5%的成效，氨氮和COD去除率比未添加美人蕉人工湿地系统分别高出约23%和11%;

翟宇昆等[14]搭建了前段为砾石填料，后段为部分铁碳填料的2段式水平流人工湿地系统，填料所含的铁和碳在水体里形成微电池，其过程产物有效降解污染物，出水TN,TP,NH4+-N和COD平均质量浓度分别为2.75,2.65,1.90和20.33mg/L;

孙亚平等[15]构建了3套垂直流人工湿地系统，分别利用生物炭、活性炭和微生物的改良和强化作用提高湿地系统污染物处理能力，在最佳水力负荷为0.5m3（m2d）-1的条件下，对多种污染物具有较好的去除效果﹒

　　3.3稳定塘处理工艺

　　稳定塘处理工艺的作用机理是塘内植物和微生物利用污染物进行新陈代谢，从而实现对污染物的沉降、拦截、吸收、吸附和分解等作用，以促进污水净化，其基建投资低、地形利用率高和系统耗能低等特点适用于农村生活污水资源化领域[16]﹒张巍等[17]在庆云堡镇生活污水处理工程中运用稳定塘处理工艺，出水水质达到文献[9]中的二级标准；

孙志华等[18]利用厌氧生物膜法和吸附过滤法改进稳定塘工艺，通过增加厌氧层厚度和提高滤层的渗透系数对工艺进行优化，COD去除率达90%,水力停留时间为3d;

肖雨涵等[19]采用多级串并联生态库塘处理污水，利用植物、菌和藻的共生系统对水体进化处理，获得TN,NH4+-N和TP的去除率分别达30.98%~54.96%,54.11%~.17%和27.11%~47.83%﹒

　　3.4生态组合处理工艺

　　把上述技术有机结合并改良，所构建的生态组合处理工艺可实现多种机理的协同作用，获得更高污染物去除率﹒李红芳等[20]在已有的化粪池及沼气池基础上，构建由生物滤池、人工湿地和稳定塘等污水处理单元组成的生态组合处理工艺，利用厌氧、好氧及兼性厌氧微生物，以及多种类植物的有机组合实现生物脱氮、固磷和吸附重金属等作用，获得NH4+-N,TN,TP和COD等指标的平均去除率分别为98%,97%,97%和88%;

孟令鑫等[21]在某河道黑臭水体应急处理工程中采用超磁混凝/接触氧化/稳定塘组合工艺，通过底泥对PO43-的吸附/解吸、有机磷氨化、磷的扩散、水生植物吸收、挥发和沉降等多种机制的作用，获得对COD,NH4+-N,TN和TP等指标去除率分别约为53%,98%,30%和95%;

朱泽民[22]利用生态沟的物理、化学和生物的协同作用实现污水前处理，联合厌氧+潜流人工湿地的组合工艺，出水水质达到文献[9]中的一级B标准﹒3.5新型生活污水处理技术

　　在国内外农村生活污水处理领域，不断涌现新型处理技术﹒膜生物反应器是一种新型污水处理系统，利用膜分离技术传统活性污泥法的重力沉淀池，通过生物膜处理技术和膜分离技术有机结合来提高处理效果[23]﹒裴亮等[24]采用一体化膜生物反应器（IMBR）工艺处理农村生活污水，获得对COD,BOD5,NH3-N和浊度的平均去除率分别为93.1%,95.3%,93.8%和97.9%;

郭浩等[25]利用间歇运行的一体化膜生物反应器（MBR）处理工艺，对COD,NH4+-N和TN的平均去除率分别为68.3%,65.3%和65.8%;

宇等[26]设计了一种由太阳能与风能互补发电驱动农村生活污水生物处理设施的集成系统，其生物反应器为多点进水生物膜反应器，对COD,NH4+-N和TN平均去除率分别达90.6%,94.7%和61.7%﹒

　　新型处理技术中人工快速渗滤系统也备受关注，它由人工土地渗滤系统发展而来，天然土层被渗透性能较好的渗滤介质，使系统的水力负荷提高，具备投资运行费用及动力消耗低，出水水质高和无污泥产生等优点[27]﹒林明等[28]发现以人工快渗技术为核心的一体化设备在实际工程运行中，COD,NH4+-N,TP和SS的平均去除率分别达到85%,90%,80%和95%以上；

陈佼等[29]研究了不同挂膜方式启动下人工快速渗滤系统的运行效果，发现采用优势菌挂膜启动时系统运行速度快且稳定，对COD,NH4+-N和TN去除率分别达90.0%,98.2%和71.0%﹒

　　将上述2种新型技术与其他工艺进行组合，可实现对污染物更高效地去除﹒朱霞等[30]采用上流式厌氧污泥床（UASB）-A2/O-MBR组合工艺系统处理有机餐厨废水，对4种主要污染物COD,NH4+-N,TN和TP的去除率分别达到96.8%,96.4%,70%和80%﹒陈佼等[31]将电极生物膜和硫自养反硝化技术耦合应用于人工快速渗滤系统，发现经电极强化的系统对TN的去除率达73%,污染物的去除率对比传统系统得到较大提升﹒

　　4基于Geodatabase农村生活污水智慧管理新模式

　　目前，在我国大中型城市，基于Geodatabase技术的智慧城市排水系统已经初步形成[32,33],但其在农村生活污水处理处置领域仍少见报道﹒Geodatabase是一种采用标准关系数据库技术来表现地理信息的数据模型，基于Geodatabase技术建立的农村生活污水智慧管理系统见图1﹒

　　图1基于Geodatabase农村生活污水智慧管理新模式

　　基于Geodatabase技术的农村生活污水智慧管理新模式具备以下几个功能：

　　1）通过GIS强大的地理空间定位和查询分析等功能，更好地组建空间数据和地物表达[34],在农村生活污水处理处置领域，可利用Geodatabase进行山地、农田、河流以及农村污水排放相关监测点的分布以及管道布置等﹒

　　2）通过大数据积累和网络平台云计算，实现对农村生活污水信息的收集，得出实时相关特征，提供有效的管理策略﹒

　　3）在基于Geodatabase的农村污水智慧管理系统中加入适应当地需求的组合处理工艺﹒例如利用厌氧池+短程好氧生物滤池的农村生活污水处理工艺将农村污水单纯处理转变为氮磷资源化利用,在处理工艺的进、出水口以及处理过程中的相关节点设置监测点，实时监测污水处理过程，将处理后符合农业灌溉标准的水进行农业灌溉﹒这样，既解决了农村污水处理排放难题，又实现了污水中氮磷资源化利用，体现智慧化[35]﹒

　　5结语

　　1）在农村生活污水收集处理模式选择上，要遵循因地制宜原则，充分考虑农村水资源、地形地貌、经济发展水平和村民生活习性等多方面因素﹒2）在农村生活污水处理技术上，传统工艺需要不断进行改进与升级﹒研发新型材料应用于工艺改良及优化技术组合结构可获得更高污染物去除率；

研发新型处理系统具有广阔发展前景﹒3）在管理模式上，新型农村生活污水管理模式与云计算、大数据和GIS空间管理技术接轨，具有高时效性、可视化和智能化，体现智慧管理﹒

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