近年来，在农村经济快速发展的同时，农村环境污染问题日渐突出。尤其是未经处理的生活污水的肆意排放，严重污染了农村的水生态环境，威胁农村居民的健康生活。因此，研究新的适合农村生活污水特点的处理工艺，提升农村生活污水的处理效果，对农村水环境的改善具有重要的现实意义。

　　1、农村生活污水基本特征及常见的处理工艺

　　1.1 基本特征

　　据调查和研究显示，不同于工业废水，农村生活污水的排放和水质水量呈现出特有的特征，具体如下：

　　1)来源较为简单，排放量随时间变化波动明显。农村生活污水主要是农民在日常生活产生的污水，如，厨房污水、洗涤污水、厕所污水和其他混合污水，来源较为简单。同时，由于经济发展水平和生活习惯的差异，农村生活污水排放的时间段较为分散，具有极强的时间分布特征，在早、中、晚3个时间段达到高峰，而在其他时间段极小。

　　2)每日产量较小，排放范围广且分散。我国农村分布方式呈现小规模聚居、大范围分散的特点，且农村居民的人均用水量低于城市居民，故具有来源分布广泛、排放点分散以及污水排放量较小的特点。此外，不同时间排放的农村生活污水水质差异也较大。

　　1.2 常见处理工艺

　　根据我国农村生活污水特点，常见的处理工艺有好氧生物处理和生态处理两种皿。其中，好氧生物处理工艺主要是以活性污泥法和生物膜法为原理，主要有A2/O工艺、生物转盘、曝气生物滤池、膜生物反应器等。生态处理工艺的污染物去除机理为土壤、植物及微生物等，主要有稳定塘、人工湿地和土地渗滤系统。

　　1.3 运行维护管理模式

　　根据资料统计及实地调研显示，目前我国农村生活污水主要有属地管理和第三方运维。其中，第三方运维模式具有技术专业性强、市场化程度较高、运维管理制度建设全面等优点。然而，由于农村生活污水处理设施的分散度极高，且数量庞大，运维公司为确保盈利，无法做到专业运维人员高频率地对每个站点进行运维，从而在一定程度上影响了农村生活污水处理站点的处理效果。

　　2、农村生活污水处理效果提升工艺设计

　　2.1 强化除污工艺设计原理

　　在众多农村生活污水处理工艺中，人工湿地的植物系统能有效地将污水中磷进行固定，且兼顾了除磷能力与运维便捷两个因素，故有较强的除磷优势。然而，如果水力负荷过高，传统的人工湿地除磷效果会有明显的下降，且单纯通过扩大湿地面积来提升除磷效果的可行度较低。生物滤池以土壤自净原理为依据，广泛运用于农村生活污水处理中，且具有缓冲容量大，耐冲击负荷能力强，氨氮、COD污染去除效果良好，不产生二次污染等特点，但其除磷效果会逐步下降。

　　本文根据导致人工湿地污染物去除效率较低的原因，同时基于人工湿地及生物滤池特点进行改进设计，提出一种新型混合流人工湿地-生物过滤复合污水处理工艺(MFWB)，以提高农村生活污水的处理效果。工艺具体改进设计如下：

　　1)采用更高效的功能性填料。为了提升单位湿地面积的污染物去除效率，生物滤池工艺中采用污染物去除效率更高的填料，如，沸石等。

　　2)增设曝气系统和循环布水系统。该工艺将增设曝气系统，将人工湿地划分为界限清晰的厌氧单元及好氧单元，以进一步提高污水去除效果。同时，将出水以高比例回流垂直布水至填料表层，增加污水中污染物与填料、微生物、植物根系的接触时间，提高填料利用率。通过垂直流和水平流结合以及多次循环，使循环污水中氮分别在两个单元多次发生硝化及反硝化作用，以提高去除率。

　　3)填料模块化布置。该工艺将设置更多的填料层，同时将填料层表层划分出植物模块和强化除磷填料模块，在后期需要进行植物收割的部分将植物所在的填料同时移除，确保其长期稳定的除磷效果。值得注意的是，植物模块和强化除磷填料模块交错布置，各自分别承担着不同污染物的去除功能。

　　2.2 MFWB设计结构

　　根据以上设计原理，本文设计的新型MFWBI艺的结构主要包括5个部分，具体结构示意图见图1。

　　由图1可知，新型MFWB工艺结构的5个部分二分别为循环储水池、功能填料层(好氧填料层与厌氧填料层)、湿地植物、布水系统和曝气系统。其中，功能填料层为本次新型MFWBI艺的关键结构，除污反应主要发生在其中。具体的除污作用为，好氧填料层下层填料为粒径3mm〜5mm的沸石，起吸附和处理污水中氨氮等作用，上层为交错分布有强化及植物除磷填料模块，主要作用为对污水进行除磷等;厌氧填料层为湿地原有的填料层，主要填料为粒径3cm〜5cm的碎石。布水管布置于填料顶部，由穿孔布水管进行均匀布水。曝气管布置于好氧填料层底部，确保好氧填料层充足的氧气。循环储水池布置在湿地的出水方向。

　　2.3 MFWB工艺运行方式

　　由图1可知，本文设计的新型MFWBI艺强化处理农村生活污水的主要步骤为：厌氧处理→好氧处理→厌氧处理。具体运行方式为：进水口-厌氧填料层→循环池→回流泵→人工湿地顶层(均匀布水)→好氧填料层→厌氧填料层→循环多次处理→循环池出口。

　　3、新型MFWBI艺处理农村生活污水试验

　　为了验证MFWB工艺的应用效果，本文选择山西晋南某村生活污水处理站点作为试验改造站点，参考《农村生活污水处理设施水污染物排放标准》(DB33/937-2015)，探讨其污染物去除效果分析。

　　3.1 CODcr去除效果分析

　　站点CODcr平均进水质量浓度为184mg/L，在改造前去除率仅为12.6%，几乎没有去除效果。但进行新型MFWBI艺改造后，采用CODcr快速测定试剂盒(HACH)测得，CODcr总的出水质量浓度为29mg/L，总平均去除率为84.2%，站点对于CODcr的去除效果提升明显，且总去除率较为稳定，一直稳定在80%以上，出水符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级A标准。站点CODcr进、出水质量浓度如图2所示。

　　3.2 TP去除效果分析

　　站点TP平均进水质量浓度为7.75mg/L，在改造前去除率为14.2%，去除效果较差。但进行新型MFWBI艺改造后，采用过硫酸钾消解-钮铸抗分光光度法测得，TP总的出水质量浓度为2.9mg/L，总平均去除率为62.2%，站点对于TP的去除效果提升明显。值得注意的是，不同于新型MFWBI艺对CODcr的去除，由于进水浓度过高，有效处理面积过小，而MFWBI艺对磷的去除能力是较为固定的，出水仅达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》二级标准。站点进、出水TP质量浓度如图3所示。

　　3.3 NH3-N去除效果分析

　　站点NH3-N平均进水质量浓度为68.76mg/L，在改造前去除率为15.6%，去除效果较差。但进行新型MFWB工艺改造后，采用纳氏试剂分光光度法测得，总的出水质量浓度为16.57mg/L，总平均去除率为75.9%，站点对于TP的去除效果提升明显。同时，不同于原有的对农村生活污水中NH3-N的去除工艺，可能是由于出水的大量多次回流，使硝化细菌有充足的时间发生硝化作用，改造后的MFWBI艺受温度和进水浓度的影响较小，对于较高的NH3-N浓度仍保持良好的处理效率，且最终的去除率一直保持较为稳定的状态，出水能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》二级标准。站点进、出水NHsN质量浓度如图4所示。

　　3.4 TN去除效果分析

　　站点TN平均进水质量浓度为69.57mg/L，在改造前去除率为19.6%，去除效果较差。但进行新型MFWB工艺改造后，采用碱性过硫酸钾消解-紫外分光光度法测得，总的出水质量浓度为33.12mg/L，总平均去除率为52.4%，站点对于TP的去除效果提升明显。同时，不同于新型MFWBI艺对农村生活污水中CODcr、TP、NH3-N等的去除，改造后的MFWB工艺对TN去除率低于其他三项指标，也不能保持较为稳定的去除率，出水未能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级标准。究其原因可能是，由于污水在回流后并未完全进入厌氧区，导致反硝化反应进行不充足，且TP进水浓度存在极大的波动等原因。站点进、出水TN质量浓度如图5所示。

　　4、结论

　　本文采用MFWB工艺对污染物去除效率较低的人工湿地进行改造，新型MFWBI艺强化处理农村生活污水的主要步骤为：厌氧处理→好氧处理→厌氧处理。总体而言，改造后，CODcr、TP、NH3-N、TN的去除率均得到了大幅度的提升，且出水一直保持在稳定的较低浓度，能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》二级标准。可见，本文改造具有良好效果，建议在相似工艺的处理站点进行推广。