１前言

　　在中國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中人糞尿是作為有機(jī)肥料被分散施用到土壤中去的，以供應(yīng)農(nóng)作物生長所需要的營養(yǎng)和減輕土壤退化，再以糧食和蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品形式被人類食用,這種循環(huán)利用方式被稱為有機(jī)農(nóng)業(yè)模式。但是，在城市化地區(qū),由于城市居民人糞尿產(chǎn)生量大和交通運(yùn)輸壓力以及運(yùn)輸方式落后等原因致使城鎮(zhèn)居民人糞尿有機(jī)肥源不能還田，特別是人糞尿中氮磷營養(yǎng)物質(zhì)含量高,對于農(nóng)業(yè)利用來說,應(yīng)是最好的有機(jī)肥源。可是，在城市化地區(qū)卻而成為城市地表水體富營養(yǎng)化的重要的污染源,需要引入城市污水處理廠進(jìn)行脫氮除磷處理,這樣做既浪費(fèi)資金，又浪費(fèi)能源和資源。僅人尿就可以替代目前人類食品和動物飼料生產(chǎn)所用化肥量的20-25％。因此，人糞尿中營養(yǎng)的循環(huán)利用對于減輕城市水環(huán)境污染和建立未來生態(tài)循環(huán)社會都具有重要的意義。然而，大體積的尿要還田就必須涉及到有關(guān)這些大數(shù)量尿的收集和輸送問題。因此，人尿中營養(yǎng)的濃縮和體積的減小以及通過酸化貯存人尿都有研究報道(Lind et al,2001; Hellström et al,1999)，但此法仍未得到應(yīng)用。

　　本項研究的目標(biāo)是：（1）對人糞尿采用化糞池和垂直流人工濕地組合系統(tǒng)進(jìn)行處理，使人糞尿達(dá)到去毒、殺菌、增氧、衛(wèi)生和無害化；（2）利用該組合系統(tǒng)處理出水中的營養(yǎng)水培蔬菜，同時利用水培蔬菜的攝取作用進(jìn)一步處理化糞池出水；（3）在垂直流人工濕地中種植觀賞植物和其他商品花卉，增加人工濕地的經(jīng)濟(jì)效益和審美價值；（4）在城市化地區(qū)建立一個分散的污水生態(tài)處理與利用示范裝置。

　　２　材料與方法

　　2.1 　試驗流程

2.2 試驗設(shè)計 人工土快濾床：長×寬×高為1m×1m×1.3m，池底為20cm 的礫石墊層，在墊層上填人工土90cm，池表噴灑布水。水培蔬菜池：長×寬×高為4m×1m×0.4m,分4 格,設(shè)2 個處理。處理1 為通菜(秋季),西紅柿(春季)。處理2 為生菜(秋季),櫻桃番茄(春季)。并玻璃溫室無土栽培和田間種植通菜、生菜、西紅柿和櫻桃番茄作對照。垂直流人工濕地(床)：長×寬×高為1.86m×1.68m×1.2m，共2 個，池底為10cm厚礫石墊層，床1 填人工土1.0m 厚，其上種植美人蕉；床2 填砂土混合物1.0m 厚，再在其上種植玫瑰、劍蘭等鮮花植物。

　　2.3 供試污水 供試污水取自華南農(nóng)大5 號樓公廁化糞池出水,其水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果為：COD120 - 400 mg/l,BOD5 為60-150mg/l,TN 為10-50 mg/l，TP 為1.5-12mg/l。其性質(zhì)與城市污水相類似。

　　2.4 運(yùn)行管理 人工土快濾床自1996 年9 月開始運(yùn)行至11 月底止。每3d 運(yùn)行2h，日處理水量為0.6m3,水力負(fù)荷為20cm/d.。水培蔬菜池每3d 補(bǔ)充一次處理出水，其水力停留時間為約5.4d。垂直流人工濕地(床)自2000 年10 月初運(yùn)行，每日運(yùn)行2 次，每次運(yùn)行1h。垂直流人工濕地（柱）2001 年3 月8 日開始運(yùn)行，采用連續(xù)配水8h,濕干比為1:5 方式運(yùn)行。

　　3 結(jié)果與分析

　　3.1 人工土快濾處理和水培蔬菜利用系統(tǒng)對COD 和BOD5 的去除效果

　　在試驗期間，對不同生長期的化糞池、快濾床和水培蔬菜池的處理出水水質(zhì)進(jìn)行了監(jiān)測。三級化糞池出水中COD 濃度為120-180mg/l,經(jīng)人工快濾床處理后COD 濃度為60-80mg/l,其對COD 的平均去除率小于60%,原因是運(yùn)行間隔時間長,滲濾速率快,水力負(fù)荷和污染負(fù)荷過小。經(jīng)水培通菜和生菜處理利用后排出水中COD 濃度小于45mg/l,達(dá)到了二級生化處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)。但處理系統(tǒng)對COD 的去除率僅為71.4％,可能與秋末氣溫較低,蔬菜生長較慢有關(guān)。在試驗期間，對該處理利用系統(tǒng)的進(jìn)出水中BOD5 濃度進(jìn)行了監(jiān)測。原污水BOD5 濃度約為60mg/l，經(jīng)人工快濾床處理后出水BOD5 濃度約為10mg/l，達(dá)到了二級生化處理排放標(biāo)準(zhǔn)，也完全符合農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。再經(jīng)水培通菜和生菜處理利用后出水中BOD5于 2mg/l,達(dá)到了地面水環(huán)境質(zhì)量Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)。整個處理利用系統(tǒng)對BOD5 的去除率為97.5％。

　　3.2 人工土快濾處理和水培蔬菜利用系統(tǒng)對SS 的去除效果化糞池出水中SS 濃度較高，平均達(dá)250 mg/l，在無任何前處理裝置的情況下，糞水直接進(jìn)入人工土快濾床，經(jīng)人工快濾床處理后濾出水中SS 含量仍較高，平均值為66mg/l,其對SS 的去除率僅為73.6%。主要原因是滲濾速率較快，以致其處理出水中SS 濃度較高，但再經(jīng)水培通菜和生菜根系的絮凝作用后，其排出水中SS 含量小于10mg/l，達(dá)到了二級生化處理排放標(biāo)準(zhǔn)，整個處理利用系統(tǒng)對SS 去除率達(dá)到96.9%。

　　3.3 人工土快濾處理和水培蔬菜利用系統(tǒng)對TN 和TP 的去除效果

　　在試驗期間，供試污水中TN 的平均濃度僅為10mg/l，經(jīng)人工快濾床處理后濾出水中TN 的濃度變化較大，人工快濾床對TN 的去除率僅為49％，為后續(xù)水培蔬菜提供了較為豐富的氮素營養(yǎng)。蔬菜吸收NH4+-N 和NO3—N，通過移去植物體可除去植物固定的氮。經(jīng)水培通菜和生菜后，其出水中TN 于1.5mg/l，達(dá)到了地面水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。整個處理利用系統(tǒng)對TN 的去除率為86.3％，基本上達(dá)到了三級處理的目的。在試驗期間，供試污水中TP 的含量變化范圍為1.5-2.0mg/l。人工快濾床對污水中TP 的平均去除率為78.7%，其處理后出水中TP 平均濃度為0.37mg/l，達(dá)到了二級生化處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)。再經(jīng)水培通菜和生菜利用后出水中TP 的濃度略大于0.20mg/l，基本120上達(dá)到了地面水環(huán)境質(zhì)量Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。整個處理利用系統(tǒng)對TP 的去除率為87.4%。

　　3. 4 對水培蔬菜品質(zhì)的影響

　　在進(jìn)行處理出水水培生菜試驗的同時，分別在溫室無土栽培和田間種植生菜作對照。采收后，分別對生菜作品質(zhì)分析。其中，粗蛋白以干物質(zhì)計算。由于硝酸鹽含量是蔬菜質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。因此，在無土蔬菜栽培中如何降低硝酸鹽含量是無害化重要內(nèi)容。試驗結(jié)果表明，在不添加營養(yǎng)液的條件下，處理出水試驗水培蔬菜中硝酸鹽含量最低，田間土壤栽培次之，溫室無土栽培（營養(yǎng)液水培）最高；而維生素C、粗蛋白和可溶性總糖在3 種栽培情況下的差別不大；從產(chǎn)量來看，處理出水水培蔬菜單株鮮重介于無土栽培和土壤栽培之間。

　　3.5 垂直流人工濕地系統(tǒng)對細(xì)菌總數(shù)和大腸桿菌的去除效果

　　垂直流人工濕地系統(tǒng)包括2 個試驗床和8 根試驗柱，分別經(jīng)過了近9 個月和3 個月的運(yùn)行試驗，最近對其處理出水中的細(xì)菌總數(shù)和大腸桿菌分別進(jìn)行了檢測。結(jié)果表明，以砂為主料混合基質(zhì)的垂直流人工濕地(床)系統(tǒng)對細(xì)菌總數(shù)和大腸桿菌的去除率分別為大約為70％和80％，低于以煤灰渣為主料混合基質(zhì)的去除效果，后者對細(xì)菌總數(shù)和大腸桿菌的去除率分別達(dá)到80-90％和85-99％以上。特別是低水力負(fù)荷的煤灰渣柱對細(xì)菌總數(shù)和大腸桿菌的去除率分別為93.6％和99.9％，完全可以達(dá)到景觀娛樂用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。因此，垂直流人工濕地系統(tǒng)是生活污水的生態(tài)衛(wèi)生處理系統(tǒng)。

　　3.6 垂直流人工濕地（床）系統(tǒng)的處理效果

　　垂直流人工濕地床1 和床2 是去年10 月1 日開始灌水運(yùn)行的。至目前為止，一共運(yùn)行了200 天，床1 和床2 總的處理水量分別為159.5m3 和140.6m3，折合成水力負(fù)荷分別為21.6 cm/d 和20.0cm/d。其運(yùn)行監(jiān)測結(jié)果表明，垂直流床對BOD5 和NH4+-N 的去除率隨著運(yùn)行時間的延長而增加,但COD 和TP 表明不明顯。COD 和TP 的去除率與進(jìn)水濃度有關(guān),COD 進(jìn)水濃度高,其去除率就高；而進(jìn)水TP 濃度越高，其去除率反而越低。另外,從床1 和床2 的處理效果比較來看,床1 對COD、NH4+-N 和TP 的去除率優(yōu)于床2,而床2對BOD5的去除率優(yōu)于床1,這與床1 填料中添加了草炭有關(guān)。

　　4 結(jié)論

　　4.1 化糞池出水經(jīng)人工快濾床或垂直流人工濕地系統(tǒng)處理后其處理出水中的COD、BOD5的濃度達(dá)到了農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；其對糞水中細(xì)菌總數(shù)和大腸桿菌的去除率分別為70％和80％；同時提高了糞水中的溶解氧，從而為直接利用處理出水水培蔬菜提供了可能。

　　4.2 利用處理出水作為水培蔬菜營養(yǎng)液,在不添加營養(yǎng)液和不曝氣條件下,成功地水培生產(chǎn)出西紅柿、通菜和生菜等蔬菜,并且處理出水試驗水培蔬菜中的硝酸鹽含量最低，
大田栽培次之，營養(yǎng)液水培最高。

　　4.3 利用處理出水水培蔬菜不但進(jìn)一步提高了糞水中COD、BOD5、SS、TN 和TP 的去除率，使其處理出水水質(zhì)達(dá)到了三級處理水平，而且還利用了水肥資源發(fā)展了蔬菜無土
栽培生產(chǎn)。

　　4.4 在垂直流人工濕地上不但可以種植水生植物，而且還可以種植觀賞植物，既增加了處理系統(tǒng)對氮磷的去除率，又提高了處理系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益和審美價值，實現(xiàn)了污水
生態(tài)處理利用系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展。