城鎮(zhèn)污水處理廠人工濕地提標(biāo)處理運(yùn)行效果分析與探討

蔣嵐嵐 ，華 偉 ，劉 晉 ，陳 豪 ，楊薇蘭

（1.無錫市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 無錫 214072；2.無錫市排水公司，江蘇 無錫 214026）

0 引言

人工濕地作為一種污水自然處理技術(shù)，采用生物-生態(tài)方法，克服了化學(xué)方法凈化污水易造成二次污染、物理方法凈化污水治標(biāo)不治本的缺點(diǎn)，能發(fā)揮其投資費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用及運(yùn)行耗能低和污水處理效果好的優(yōu)勢，其應(yīng)用越來越廣泛[1,2]。但是，采用人工濕地處理城鎮(zhèn)污水處理廠尾水用于提標(biāo)的應(yīng)用目前見諸報(bào)道的不多，設(shè)計(jì)建造的工程經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)均較少。

無錫市城北污水處理廠是太湖流域較早采用人工濕地處理尾水的污水處理示范工程，已穩(wěn)定運(yùn)行了近4年。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，分析了污水處理廠人工濕地的運(yùn)行效果，并介紹了人工濕地系統(tǒng)在運(yùn)行中出現(xiàn)的問題及相應(yīng)的改造措施，以期為人工濕地的設(shè)計(jì)運(yùn)行提供參考。

1 人工濕地設(shè)計(jì)簡介

1.1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

進(jìn)水為污水處理廠的二級處理尾水，水質(zhì)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級標(biāo)準(zhǔn)中的B標(biāo)準(zhǔn)，出水為一級標(biāo)準(zhǔn)中的A標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)見表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)（單位：mg/L）

1.2 工藝流程

由于該濕地工程在廠內(nèi)實(shí)施，因此利用廠區(qū)綠化預(yù)留地約6 900 m2構(gòu)建人工濕地示范區(qū)。其中，水域面積4 545 m2，景觀綠化面積2 355 m2，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為2 000 m3/d。整個(gè)人工濕地示范工程利用現(xiàn)有地形進(jìn)行設(shè)計(jì)構(gòu)造，根據(jù)水質(zhì)凈化要求將整個(gè)系統(tǒng)劃分為4個(gè)功能單元：曝氣生物強(qiáng)化氧化單元、表流濕地單元、潛流濕地單元、生物穩(wěn)定塘單元。處理工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

污水處理廠二級處理尾水自二沉池引管至進(jìn)水觀測臺以觀測進(jìn)水水質(zhì)；隨后自流進(jìn)入曝氣生物強(qiáng)化氧化單元完成BOD的降解和氨氮的硝化；出水通過布水渠使水體形成均勻的水平流依次進(jìn)入三級表面流濕地單元實(shí)現(xiàn)SS的去除、硝化反硝化，并為后續(xù)單元補(bǔ)充碳源；出水由疊石形成的溢流堰依次進(jìn)入二級垂直流潛流濕地單元完成反硝化脫氮及除磷；最后進(jìn)入生物穩(wěn)定塘單元進(jìn)一步凈化水質(zhì)并從感官上檢驗(yàn)出水水質(zhì)效果。

1.3 人工濕地處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)[3]

人工濕地處理系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

表2 人工濕地處理系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)

2 運(yùn)行效果分析

目前，該廠人工濕地工程已運(yùn)行近4年，選取該廠2008年7月～2009年1月穩(wěn)定運(yùn)行的進(jìn)出水檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，見圖2～圖6。

圖2 CODcr處理效果

圖3 NH3-N處理效果

圖4 TN處理效果

圖5 TP處理效果

圖6 SS處理效果

2.1 CODcr的去除

由圖2可知，污水處理廠二沉池出水（人工濕地進(jìn)水）經(jīng)過人工濕地處理系統(tǒng)后，盡管進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)較大，但是組合人工濕地處理系統(tǒng)的出水水質(zhì)較穩(wěn)定，其出水CODcr均低于50 mg/L，而且大部分是在40 mg/L以下。其出水CODcr達(dá)標(biāo)率為100%，平均去除率為27.8%。

2.2 氮的去除

由圖3、圖4可以看出，人工濕地處理系統(tǒng)出水剔除個(gè)別異常數(shù)據(jù)后NH3-N變化范圍為0.17～0.69 mg/L，平均值為0.31 mg/L，遠(yuǎn)低于5 mg/L的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）中一級A標(biāo)準(zhǔn)限值；TN濃度明顯下降且波動(dòng)明顯變小，最大值為14.12 mg/L，最小值僅為4.1 mg/L，平均為10.49 mg/L。說明該組合人工濕地系統(tǒng)有利于硝化與反硝化活性細(xì)菌、反硝化的生長，從而大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的脫氮能力，實(shí)現(xiàn)了氮的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)[4]。

2.3 磷的去除

由圖5可知，經(jīng)過人工濕地系統(tǒng)處理后出水TP的變化范圍為0.08～0.48mg/L，平均為0.28mg/L，較進(jìn)水水質(zhì)相比，人工濕地系統(tǒng)對TP的去除效果明顯，平均去除率為29.4%。

2.4 SS的去除

由圖6可以看出，組合人工濕地系統(tǒng)對SS的平均去除率為41.8%，出水SS平均值為7.4mg/L，達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中的一級A標(biāo)準(zhǔn)。但由出水?dāng)?shù)據(jù)看，由于出水穩(wěn)定塘受降雨、飄塵、藻類及氣候等影響，SS出水穩(wěn)定性低于上述COD、NH3-H、TN和TP，局部時(shí)段會(huì)出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。

3 人工濕地系統(tǒng)問題分析與探討

城北污水廠組合人工濕地系統(tǒng)于2008年初投入使用后，隨著處理量的逐步加大，運(yùn)行中也相繼出現(xiàn)過一些問題。通過對相關(guān)問題進(jìn)行分析，提出了相應(yīng)的改造措施，并在此基礎(chǔ)上對組合人工濕地的設(shè)計(jì)提出建議。

（1）人工濕地作為一種深度處理工藝，有運(yùn)行維護(hù)成本低、污染小等優(yōu)點(diǎn)，但其占地較大（該工程噸水占地面積約2.27 m2/m3/d），因此采用時(shí)應(yīng)能結(jié)合污水廠區(qū)及周圍的空地，或者結(jié)合公園、廣場等進(jìn)行建設(shè)，將水處理與景觀設(shè)計(jì)融為一體[3]。

（2）人工濕地植物的選擇與搭配：一般來說，選擇濕地植物要注意以下個(gè)原則：a.凈化能力強(qiáng)；b.具有抗逆性；c.易管理；d.綜合利用價(jià)值高；e.美化景觀。濕地植物的應(yīng)用絕非簡單的“栽種水草”，而是根據(jù)功能需要，依據(jù)環(huán)境條件和群落特性按一定的比例在空間分布、時(shí)間分布方面重新設(shè)計(jì)，濕地內(nèi)植物的選種除考慮其凈化效果及季節(jié)性之外，還應(yīng)考慮其繁殖速度，如金魚藻及黑藻等，其過度繁殖對水體感官效果影響較大，在示范工程運(yùn)行了一段時(shí)間后水面上均是這兩種植物腐爛后的莖葉，后將采用的金魚藻及黑藻均進(jìn)行了更換。

（3）由于濕地對污染物的去除主要依賴植物根系和根系周圍的各種微生物，因此其處理效率與植物的生長相關(guān)。但從運(yùn)行數(shù)據(jù)看，盡管11月～1月為冬季，蘆葦?shù)戎参锴o葉逐漸枯萎，植物對污染物的降解能力減弱，但是各項(xiàng)污染物的平均去除率較夏秋兩季未見明顯下降，見圖7。

分析其主要原因，一方面由于廠內(nèi)對腐爛的植物莖葉及時(shí)收割清理，出水水質(zhì)沒有受到明顯影響；另一方面由于該時(shí)段內(nèi)進(jìn)水污染物濃度相對較低，出水濃度相對也隨之降低，去除率不降反升，說明濕地的處理效果受進(jìn)水水質(zhì)的影響較大，濕地的處理負(fù)荷不宜過大。

圖7 去除率分析圖

4 結(jié)論及建議

無錫市城北污水處理廠尾水人工濕地示范工程于2008年5月開始運(yùn)行。根據(jù)運(yùn)行情況，結(jié)合設(shè)計(jì)體會(huì)，筆者認(rèn)為可得出如下結(jié)論及建議：

（1）通過對傳統(tǒng)的人工濕地技術(shù)、氧化塘技術(shù)以及人工曝氣技術(shù)進(jìn)行集成和創(chuàng)新，對組合基質(zhì)的優(yōu)選和多種濕地植物的選配，構(gòu)建出污水處理廠二級出水新型組合人工濕地處理系統(tǒng)。采用曝氣生物強(qiáng)化氧化+三級表流濕地+二級潛流濕地+生物穩(wěn)定塘復(fù)合型人工濕地工藝處理城鎮(zhèn)污水處理廠尾水，系統(tǒng)對CODCr、NH3-N和SS有良好的去除效果。從運(yùn)行結(jié)果來看，出水水質(zhì)良好，穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）中一級A標(biāo)準(zhǔn)，多項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)于地表水Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）在表流濕地及潛流濕地前端增設(shè)生物強(qiáng)化氧化單元，單元池內(nèi)設(shè)置曝氣生物浮床，浮床集成微曝氣增氧系統(tǒng)、漂浮植物和微生物填料，能夠提高表層自然復(fù)氧能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)硝化效果，就氨氮指標(biāo)而言，其出水已達(dá)到國家地表水III類標(biāo)準(zhǔn)，有的時(shí)段甚至達(dá)到地表水II類標(biāo)準(zhǔn)。

（3）濕地的構(gòu)建有別于常規(guī)的景觀水體，濕地內(nèi)植物選種、管渠的配水均勻性、進(jìn)水負(fù)荷等對處理效果有較大影響，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加以研究和注意。

[1]張建，張波，靖玉明，等.南水北調(diào)東線南四湖新薛河入湖口人工濕地工程設(shè)計(jì)[J].中國給水排水，2008，24(2):49-51.

[2]王淑軍，劉佩樓，徐世鵬，等.臨沂市武河濕地的設(shè)計(jì)及其水質(zhì)凈化效果分析[J].中國給水排水，2011，27(22):61-64.

[3]蔣嵐嵐，劉晉，吳偉，等.城北污水處理廠尾水人工濕地處理示范工程設(shè)計(jì)[J].中國給水排水，2009，25(10):26-29.

[4]楊長明，馬銳，山城幸，等.組合人工濕地對城鎮(zhèn)污水處理廠尾水中有機(jī)物的去除特征研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2010，30(9):1804-1810.