农村环境依山傍水，人们习惯于就近直接排放未经过处理的污水进入土壤或河流。而农村污水未经过处理就直接排放，这不仅是对土壤和水源的严重污染，更是导致直接使用天然饮用水的农村居民各种慢性疾病的产生，并增加了传染性疾病的传播速度及爆发概率。考虑到农村污水的现状，本实验将跌水接触氧化-人工湿地相结合的方式处理农村污水。
1 跌水复氧实验装置的复氧效果优化
1.1 实验装置
跌水复氧实验装置包括蓄水池、跌水接触氧化装置、沉淀池。在跌水接触氧化装置部分分别设计三种不同跌水方式 Run A、Run B、Run C。Run A的跌水板左右交错放置，Run B 跌水板由两边跌落板与中间跌落板交错，Run C 呈传统阶梯式排列，跌水装置如图 1 所示。跌水板外檐呈锯齿状，在一定进水流量范围内，水流呈水幕式跌落。
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图 1 跌水复氧装置简图
1.2 跌水复氧效果比较
本实验选择通过对水中溶解氧含量的测定来衡量跌水装置的跌水效果。
实验开始前，在水中投入一定量的亚硫酸钠，并以氯化钴作为催化剂，目的是消去水中的溶解氧。根据实验装置分别选择跌水流量为 2、4、8、12、 16 mL/s，在改变进水跌水流量的同时，不断改变相应装置的跌水高度。根据跌水装置实际情况，对跌水高度分别为 20、40、60、80、100、120 cm 时的溶解氧进行测量并分析相应的充氧效果。
图 2 Run A 不同跌水流量的充氧效果
由图可知，在整个过程中，三种跌水方式的溶解氧都随着跌水流量的增加而增大。相比较 Run A、 Run B 装置的中空设计，作为传统跌坎式跌落方式的 Run C 装置跌水复氧效果较差。
对于 Run A 与 Run B，二者构造形式相似，但 Run B 的跌落方式是每隔一层跌落，两侧的入水流汇集至与 Run A 跌水板等大的跌落板上。从图 3、图 4 中可以看出，当跌水流量足够大时，两种跌水方式均能得到较好的跌水效果。但跌水流量较小时 Run B 的跌水效果并不理想，考虑到农村污水的排放有昼夜变化大的特点，Run B 不适宜应用。相反，对于 Run A，这种适应能力较好、且溶解氧在一定范围内表现的较为平稳、可接受跌水流量范围较广的，更适宜应用到农村污水的实际工程中去。
图 3 Run B 不同跌水流量的充氧效果
图 4 Run C 不同跌水流量的充氧效果
2.1 实验装置
该组合装置的创新之处在于将生物处理与生态处理相组合的设计理念，并且采取一种新型跌水接触氧化的方式对水体进行充氧，为后续生化反应提供氧气。污水经过接触氧池与人工湿地的一系列降解，实现了对 COD、氨氮的去除。
本实验选择Run A 与人工湿地装置组合处理模拟农村污水。Run A 为有机玻璃制做，具体尺寸为L×B×H=1500mm×400mm×400mm，装置总容积 240L。
人工湿地装置单元选择二个湿地池串联。两个湿地处理池选用相同结构与布置， 平面尺寸为L×B×H=2m×0.5m×0.75m，池底坡度为 0.5%。组合装置示意简图如图 5 所示。
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2.2 实验用水
装置运行期间均采用实验室配置的模拟农村生活污水。试验采用葡萄糖作为原水中的有机物，通过控制葡萄糖的用量保证进水 COD 维持在固定的范围内。模拟村镇生活污水配制方法为：葡萄糖(0.12~0.14 mg·L-1)，蛋白胨(0.14~0.16 mg·L-1)， NH4Cl(0.06~0.09 mg·L-1)，NaCl(0.09~0.1 mg·L-1)， NaHCO3(0.13~0.16 mg·L-1)，KH2PO4(0.01~0.012mg·L-1)。此外，原水中会加入少量微量元素(Zn、Ca、Mg)溶液(1 mL·L-1)。
2.3 不同水力停留时间下对有机物的降解
对于跌水接触氧化-人工湿地组合装置来说，水力停留时间并不是越长越好，而是存在一个处理效果较好的范围[2]。通过改变进水流量，分析在不同水力停留时间，跌水接触氧化-人工湿地组合装置对于有机物及氨氮的去除效果。控制模拟污水进水阶段溶解氧为 0.19~0.22 mg·L-1，通过调节进水流量来控制组合装置的水力停留时间。即在进水流量为 400 L/d 的基础上，分别减少至 Q=300 L/d、Q=200L/d、Q=100 L/d 和 Q=80 L/d，相应的水力停留时间由 3 h 的基础上，分别增加至 4 h、6 h、10 h、14 h。装置稳定运行的条件下，根据不同的水力停留时间，每种工况稳定运行 10 d，每天定时取样并测定进、出水的 COD、氨氮，考察装置对上述污染物的去除效果。具体运行参数如表 1 所示。
试验结果表明，水力停留时间为 6 h、10 h 和14 h 时，组合装置对有机物的去除效果均较好，平均去除率在 80%左右，且出水 COD 值低于 60 mg·L-1，出水达到一级 B 标准依据《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
2.4 COD 处理效果分析
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图 6 不同水力停留时间条件下对COD 的去除率
其中，当水力停留时间为 10 h 时，组合装置对COD 的处理效果较好，但当水力停留时间由 10 h继续增至 14 h 时，COD 的去除率只有小幅增加。从经济效益考虑在 10 h 左右，具有较好的经济和处理效果的综合价值。
2.5 氨氮处理效果分析
根据图 7 可以看出，当水力停留时间由 3 h 增至 10 h 时，氨氮的平均去除率明显增加，氨氮的平均去除率由 60.3%提高至 84.42%，增幅较大。当继续延长水力停留时间至 14 h 时，组合装置对氨氮的去除率变化不大，氨氮去除率仅为 86.4%，从经济效益考虑在 10 h 左右，具有较好的经济和处理效果的综合价值。
图 7 不同水力停留时间条件下对氨氮的去除率
3 结 论
(1)跌水板左右交错放置的 Run A 跌水装置更适合治理农村污水昼夜排放变化大的特点。
(2)跌水接触氧化与人工湿地相结合的工艺是将生物处理与生态处理相组合的设计理念，对治理农村污水有很好的促进作用。
(3)Run A 与人工湿地相结合处理模拟农村污水时，在 10 h 时，COD 和氨氮的去除率都达到很好的效果，出水达到一级 B 标准。(来源：沈阳建筑大学 市政与环境工程学院)