人工濕地分散式污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行

李 濤， 周 律， 武紅功

（1. 清華大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，北京 100084；2. 北控水務(wù)集團(tuán)有限公司，北京 100124；3. 中國(guó)石油 吐哈油田公司，新疆 吐魯番 838202）

專題報(bào)道

人工濕地分散式污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行

李 濤1，2， 周 律1， 武紅功3

（1. 清華大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，北京 100084；2. 北控水務(wù)集團(tuán)有限公司，北京 100124；3. 中國(guó)石油 吐哈油田公司，新疆 吐魯番 838202）

采用由預(yù)處理單元、水平潛流人工濕地單元、消毒單元和污泥干化單元組成的分散式污水處理系統(tǒng)對(duì)采油區(qū)生活點(diǎn)污水進(jìn)行了處理和資源化利用。核心工藝單元水平潛流人工濕地單元的優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)為：人工濕地寬20 m、長(zhǎng)80 m，采用多段串聯(lián)布置形式。分散式污水處理系統(tǒng)實(shí)際處理水量為92～136 m3/d，在5年的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，COD，BOD5，NH3-N，SS的平均去除率分別為75.9%，77.3%，96.0%，96.1%。處理后出水經(jīng)消毒后的水質(zhì)優(yōu)于GB/T18920—2002《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》標(biāo)準(zhǔn)中綠化用水的水質(zhì)，可作為綠化灌溉用水回用；干化后的柵渣和污泥可作為綠化肥料使用，能實(shí)現(xiàn)污水的資源化利用和處理系統(tǒng)的零排放。

分散式污水處理系統(tǒng)；人工濕地；生活污水；工藝設(shè)計(jì)；運(yùn)行管理

采油區(qū)生活點(diǎn)是采油工作人員臨時(shí)生活和物資補(bǔ)給的重要場(chǎng)所，生活點(diǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)排出大量的生活污水。多數(shù)采油區(qū)生活點(diǎn)缺少完備的污水收集系統(tǒng)和污水處理設(shè)施，未經(jīng)處理的污水直接排放，對(duì)生活點(diǎn)周邊的環(huán)境造成很大的影響。有效地解決采油區(qū)生活點(diǎn)污水處理問(wèn)題是目前這些生活點(diǎn)環(huán)境保護(hù)的迫切需求。對(duì)污水進(jìn)行分散處理可實(shí)現(xiàn)資源的高效利用［1］。分散式污水處理系統(tǒng)一直是污水處理研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)［2-4］。

本工作建造了由預(yù)處理單元、水平潛流人工濕地單元、消毒單元和污泥干化單元組成的分散式污水處理系統(tǒng)，將某采油區(qū)生活點(diǎn)污水進(jìn)行就地處理，以水平潛流人工濕地作為分散式污水處理系統(tǒng)的核心工藝單元，優(yōu)化了人工濕地的設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù)。

1 設(shè)計(jì)污水處理量和水質(zhì)

該污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)污水處理量為100 m3/d，出水水質(zhì)執(zhí)行GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》［5］的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)出水的水質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)出水的水質(zhì)

2 工藝流程和工藝設(shè)計(jì)

2.1 工藝流程

分散式污水處理系統(tǒng)由預(yù)處理單元、水平潛流人工濕地單元、消毒單元、污泥干化單元組成。先將采油區(qū)生活點(diǎn)污水注入調(diào)節(jié)池，經(jīng)過(guò)5 mm格柵后進(jìn)入豎流式沉淀池，以去除污水中的懸浮物；沉淀池出水依次經(jīng)過(guò)一段人工濕地、二段人工濕地、三段人工濕地，分別采用物理法、化學(xué)法和生物法去除污水中的有機(jī)物、NH3-N等；人工濕地出水在消毒池中經(jīng)過(guò)次氯酸鈉消毒后儲(chǔ)存在清水池內(nèi)，作為綠化灌溉用水回用。將格柵的柵渣和沉淀池產(chǎn)生的污泥送入污泥干化濾床，濾液回流至調(diào)節(jié)池，干化后的柵渣和污泥可作為綠化肥料使用。采油區(qū)生活點(diǎn)分散式污水處理的工藝流程見(jiàn)圖1。

2.2 工藝設(shè)計(jì)

人工濕地單元是整個(gè)污水處理系統(tǒng)的核心，人工濕地的工藝設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合污水水質(zhì)特點(diǎn)和水量變化情況，并充分考慮氣候等影響因素，合理設(shè)計(jì)的人工濕地可以確保設(shè)施連續(xù)運(yùn)行數(shù)十年［6］。本部分重點(diǎn)介紹人工濕地單元的設(shè)計(jì)參數(shù)，其他工藝單元的設(shè)計(jì)參數(shù)參考相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范。

2.2.1 人工濕地規(guī)模的確定

2.2.1.1 人工濕地面積的確定

采用有機(jī)物面積負(fù)荷法［7］計(jì)算人工濕地的面積，取BOD5面積負(fù)荷為6 g/（m2·d），則人工濕地面積為1600 m2。

圖1 采油區(qū)生活點(diǎn)分散式污水處理的工藝流程

2.2.1.2 人工濕地寬度、長(zhǎng)度、水頭損失的確定

依據(jù)達(dá)西定律計(jì)算人工濕地的寬度［7-8］。人工濕地中主體填料為粒徑5 ～ 25 mm的礫石。統(tǒng)計(jì)研究顯示，粒徑5～10 mm的潔凈礫石的水力傳導(dǎo)系數(shù)為3.4×104m/d，粒徑10 ～15 mm的潔凈礫石的水力傳導(dǎo)系數(shù)為6.2×104m/d，粒徑15～25 mm的潔凈礫石的水力傳導(dǎo)系數(shù)為1.2×105m/d［8］?？紤]到人工濕地運(yùn)行過(guò)程中填料之間的空隙會(huì)緩慢地發(fā)生堵塞，水力傳導(dǎo)系數(shù)將下降90%～95%，取水力傳導(dǎo)系數(shù)的設(shè)計(jì)值為2000 m/d［8］；根據(jù)實(shí)際地形，取人工濕地進(jìn)水端和出水端液面差（最大允許水頭損失）為0.4 m，冬季進(jìn)水端水位為0.6 m，夏季進(jìn)水端水位為1.1 m。計(jì)算得到人工濕地寬度為20 m，長(zhǎng)度為80 m。

2.2.1.3 人工濕地深度的確定

人工濕地深度的確定取決于濕地超高、進(jìn)水端填料厚度、填料表面沿水流方向的坡度（i1）、濕地底面沿水流方向的坡度（i2）以及濕地的布置形式。一般水平潛流人工濕地的填料厚度為0.3 ～ 0.7 m，為確保冬季系統(tǒng)能正常運(yùn)行，設(shè)計(jì)中增加了填料厚度。冬季進(jìn)水端水位為0.6 m，則進(jìn)水端填料厚度至少為1.4 m（當(dāng)?shù)貎鐾翆由疃葹?.8 m），取1.5 m；濕地超高設(shè)為0.3 m，則濕地進(jìn)水端池體結(jié)構(gòu)凈深1.8 m。取i1和i2分別為0和0.005，可以計(jì)算出沿濕地長(zhǎng)度方向上各點(diǎn)的深度，如沿濕地長(zhǎng)度方向上距離進(jìn)水端40 m處斷面的池體結(jié)構(gòu)凈深為2.0 m。

2.2.1.4 人工濕地布置形式的確定

考慮到人工濕地內(nèi)水頭損失的影響以及場(chǎng)地的限制，人工濕地分為兩個(gè)相等的部分串聯(lián)布置，每部分的平面尺寸均為20 m×40 m。第一部分人工濕地進(jìn)一步劃分為兩個(gè)部分，平面尺寸分別為20 m×5 m和20 m×35 m。三部分人工濕地從小到大分別稱為一段人工濕地、二段人工濕地和三段人工濕地。二段人工濕地的出水端通過(guò)管道連接到三段人工濕地的進(jìn)水端。為了避免短流現(xiàn)象和創(chuàng)造良好的推流條件，進(jìn)一步將各段人工濕地劃分為兩組并列運(yùn)行的濕地。

一段人工濕地主要用于攔截SS等，若發(fā)生堵塞，僅需要更換濕地的填料即可；二段人工濕地和三段人工濕地主要用于去除有機(jī)物、NH3-N、致病菌等。這種形式的設(shè)計(jì)與文獻(xiàn)［9-10］報(bào)道的結(jié)果一致。

2.2.2 人工濕地植物的選擇及種植

根據(jù)耐污能力強(qiáng)、根系發(fā)達(dá)、適合當(dāng)?shù)丨h(huán)境、抗凍抗害能力較強(qiáng)、容易管理的原則［11］，選用當(dāng)?shù)刈畛Ｒ?jiàn)的蘆葦作為人工濕地的植物。

蘆葦?shù)姆N植密度為每平方米15 ～ 20 棵，在人工濕地經(jīng)過(guò)閉水實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行移植栽培。栽培初期要保持濕地內(nèi)水位位于濕地表面之上5 cm左右［7］，待蘆葦成活后，逐漸將水位降低到正常設(shè)計(jì)運(yùn)行的水位。

2.2.3 人工濕地的進(jìn)出水裝置

人工濕地的進(jìn)水裝置采用帶閥門(mén)的穿孔布水管，布水管管徑160 mm、孔徑10 mm，兩列。進(jìn)水布水管設(shè)置在填料層中間，孔口朝下，避免老化現(xiàn)象及堵塞的發(fā)生。

人工濕地的出水裝置包括穿孔收集管、連接豎管和出水匯集管。穿孔收集管管徑160 mm、孔徑10 mm，兩列，孔口朝下；連接豎管管徑160 mm，連接穿孔收集管和出水匯集管，避免人工濕地內(nèi)污水短流，并輸送污水至出水匯集管；出水匯集管分為兩組，上下布置，管徑均為160 mm，均與連接豎管連接，依靠各自的閥門(mén)控制其開(kāi)啟與關(guān)閉，控制濕地內(nèi)污水水位：夏季下部出水匯集管關(guān)閉，人工濕地內(nèi)水位升高，出水由上部出水匯集管流出；冬季下部出水匯集管開(kāi)啟，人工濕地內(nèi)水位下降，出水由下部出水匯集管流出。污水處理系統(tǒng)構(gòu)筑物的容積和數(shù)量見(jiàn)表2。

表2 污水處理系統(tǒng)構(gòu)筑物的容積和數(shù)量

3 污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行效果

本污水處理系統(tǒng)于2009年竣工，實(shí)際處理水量為92～136 m3/d，連續(xù)運(yùn)行至今。截止2014年12月，各項(xiàng)污染物的去除效果良好，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。出水經(jīng)消毒后的水質(zhì)優(yōu)于GB/T18920—2002《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》［12］標(biāo)準(zhǔn)中綠化用水的水質(zhì)。干化后的柵渣和污泥可作為綠化肥料使用，能實(shí)現(xiàn)污水的資源化利用和處理系統(tǒng)的零排放。

人工濕地的主要污染物去除效果見(jiàn)表3。由表3可見(jiàn)，污水處理系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中COD去除率為30.6%～84.0%，平均去除率為75.9%；BOD5去除率為42.0%～82.6%，平均去除率為77.3%；NH3-N去除率為93.2%～98.7%，平均去除率為96.0%；SS去除率為61.9%～97.7%，平均去除率為96.1%。各主要指標(biāo)的去除效果遠(yuǎn)優(yōu)于設(shè)計(jì)值。

污水處理系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，電費(fèi)以每度電0.5元計(jì)，人工費(fèi)用以每月1000元計(jì)，次氯酸鈉以每噸500元計(jì)，藥劑投加量按10 mg/L計(jì)，則污水處理系統(tǒng)的噸水直接運(yùn)行費(fèi)用約為0.4 元。

表3 人工濕地的主要污染物去除效果

4 污水處理系統(tǒng)的維護(hù)管理

根據(jù)工程所在地的氣候條件，人工濕地污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)除了需要進(jìn)行日常工藝操作、設(shè)備檢查、植物管理、污泥清理、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、故障處理等事項(xiàng)外，還應(yīng)該特別考慮西北地區(qū)風(fēng)沙較大、氣溫變化大等情況，采取合理的運(yùn)行、維護(hù)措施。

為了防止風(fēng)沙沉積對(duì)污水水質(zhì)、機(jī)械設(shè)備（如潛水泵）、敞口構(gòu)筑物造成影響，當(dāng)遇到風(fēng)沙較大的天氣時(shí)，除人工濕地外，要及時(shí)遮蓋處理系統(tǒng)的其他構(gòu)筑物，過(guò)后再及時(shí)清理構(gòu)筑物內(nèi)沉積的塵沙。

考慮到當(dāng)?shù)丶竟?jié)變化明顯，冬季低溫和夏季高溫比較極端，為了使污水處理系統(tǒng)能在冬季低溫下正常運(yùn)行，需要降低人工濕地內(nèi)的運(yùn)行水位［13］。每年12月到來(lái)年3月，將人工濕地出口處的冬季出水閥門(mén)打開(kāi)，使人工濕地內(nèi)的運(yùn)行水位由濕地表面下的0.3 m降至0.8 m（凍土深度）。其他月份，將人工濕地出口處的冬季出水閥門(mén)關(guān)閉，使人工濕地內(nèi)的運(yùn)行水位恢復(fù)到濕地表面下0.3 m。

5 結(jié)論

a）分散式污水處理系統(tǒng)由預(yù)處理單元、水平潛流人工濕地單元、消毒單元和污泥干化單元組成。其中，核心工藝單元水平潛流人工濕地單元的優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)為：人工濕地寬20 m、長(zhǎng)80 m，采用多段串聯(lián)布置形式。

b）分散式污水處理系統(tǒng)處理水量為92～136 m3/d，在5年的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，COD，BOD5，NH3-N，SS的平均去除率分別為75.9%，77.3%，96.0%，96.1%。出水經(jīng)消毒后的水質(zhì)優(yōu)于GB/ T18920—2002《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》標(biāo)準(zhǔn)中綠化用水的水質(zhì)。

c）分散式污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)需要特別考慮西北地區(qū)風(fēng)沙較大、冬季低溫和夏季高溫比較極端等情況。每年12月到來(lái)年3月，人工濕地內(nèi)的運(yùn)行水位在濕地表面下0.8 m；其他月份，人工濕地內(nèi)的運(yùn)行水位在濕地表面下0.3 m。

d）分散式污水處理系統(tǒng)的出水可作為綠化灌溉用水回用，干化后的柵渣和污泥可作為綠化肥料使用，能實(shí)現(xiàn)污水的資源化利用和處理系統(tǒng)的零排放。

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（編輯 祖國(guó)紅）

《危險(xiǎn)化學(xué)品目錄（2015版）》即將實(shí)施

2015年3月9日，國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局、中華人民共和國(guó)工業(yè)和產(chǎn)業(yè)化部、公安部、環(huán)境保護(hù)部、交通運(yùn)輸部、農(nóng)業(yè)部、國(guó)家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì)、國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、國(guó)家鐵路局、中國(guó)民用航空局等10部委聯(lián)合發(fā)布了2015年5號(hào)公告，正式公布了《危險(xiǎn)化學(xué)品目錄（2015版）》（以下簡(jiǎn)稱“目錄2015”）。同時(shí)聲明，“目錄2015”于2015年5月1日起正式實(shí)施，《危險(xiǎn)化學(xué)品名錄（2002版）》（以下簡(jiǎn)稱“名錄2002”）、《劇毒化學(xué)品目錄（2002年版）》同時(shí)廢止。

“目錄2015”對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品的定義、確定原則及劇毒化學(xué)品的定義、判定界限和各欄目的含義及其他事項(xiàng)進(jìn)行了明確說(shuō)明。

“目錄2015”與“名錄2002”的不同：

1、名稱有變化

2002版為“名錄”，而2015年版名稱為“目錄”。

2、分類標(biāo)準(zhǔn)不同

目錄2015年版是依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB13690-2009《化學(xué)品分類和危險(xiǎn)性公示通則》，按物理危險(xiǎn)、健康危害和環(huán)境危害三個(gè)危險(xiǎn)和危害特性類別進(jìn)行確定，分類依據(jù)GB30000系列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。按照GHS制度中的“積木塊”原則，把危險(xiǎn)化學(xué)品分類為物理危險(xiǎn)、健康危害和環(huán)境危害三大類，總共28種類，81類別。該系列標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)于聯(lián)合國(guó)《全球化學(xué)品統(tǒng)一分類和標(biāo)簽制度》，即GHS。

而名錄2002主要依據(jù)GB6944-1986《危險(xiǎn)貨物分類和品名編號(hào)》確定危險(xiǎn)性分類，將危險(xiǎn)化學(xué)品分為爆炸品、壓縮氣體和液化氣體、易燃液體、易燃固體、自燃物品和遇濕易燃物品、氧化劑和有機(jī)過(guò)氧化物、有毒品、腐蝕品等7類別和17 項(xiàng)別，不包括放射性物質(zhì)。

3、結(jié)構(gòu)和內(nèi)容的變化

（1）增加了“序號(hào)”、“CAS號(hào)”和“備注”，刪除了“UN號(hào)”。

目錄2015將名錄2002和《劇毒化學(xué)品目錄（2002年版）》合二為一，目錄2015采取了在“備注”中注明“劇毒”的方式將劇毒物質(zhì)進(jìn)行標(biāo)識(shí)。

（2）目錄2015共涉及品種序號(hào)2828個(gè)，品名2998個(gè)；名錄2002共涉及3814個(gè)。與名錄2002相比，目錄2015減少了836個(gè)品名，其中1942個(gè)品名和名錄2002相同，尚有1056個(gè)品名名錄2002中沒(méi)有。

從數(shù)量上來(lái)看，目錄2015明顯減少，主要?jiǎng)h除了危險(xiǎn)性較低或國(guó)內(nèi)不常見(jiàn)的化學(xué)品及爭(zhēng)議較大的物質(zhì)。因目錄2015擴(kuò)大了危險(xiǎn)化學(xué)品的含義，采用了聯(lián)合國(guó)GHS化學(xué)品危害的評(píng)估方法和標(biāo)準(zhǔn)，把化學(xué)品的健康和環(huán)境危害納入分類，于是大量原來(lái)未列入名錄2002的化學(xué)品將被歸類為危險(xiǎn)化學(xué)品。因此，較名錄2002，新版涉及的危險(xiǎn)化學(xué)品數(shù)量實(shí)際是增加的。

（3）相比《劇毒化學(xué)品目錄（2002年版）》，目錄2015版劇毒化學(xué)品由335種減少到148種，其中138種為原有，另有10種為新增。

《危險(xiǎn)化學(xué)品目錄》是《危險(xiǎn)化學(xué)品管理?xiàng)l例》（國(guó)務(wù)院591號(hào)令）的重要組成部分，自2002年公布《危險(xiǎn)化學(xué)品名錄》，時(shí)隔13年公布新版《危險(xiǎn)化學(xué)品目錄（2015版）》對(duì)加強(qiáng)化學(xué)品管理、適應(yīng)新形勢(shì)下的環(huán)境保護(hù)、方便貿(mào)易等具有積極意義，同時(shí)對(duì)化學(xué)品生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)企業(yè)將產(chǎn)生一定影響。

（以上由馬英供稿）

Design and Operation of Decentralized Wastewater Treatment System with Constructed Wetlands

Li Tao1，2，Zhou Lü1，Wu Honggong3
（1. School of Environment，Tsinghua University，Beijing 100084，China；2. Beijing Enterprises Water Group Limited，Beijing 100124，China；3. CNPC Tuha Oilf i eld Company，Turpan Xinjiang 838202，China）

A decentralized wastewater treatment system，composed of pretreatment unit，horizontal subsurface fl ow constructed wetlands unit，disinfection unit and sludge drying unit，was used to treat and recycle the domestic sewage in a resident site of oilf i eld. As the key treatment unit，several design parameters of the horizontal subsurface fl ow constructed wetlands were optimized and the optimum design parameters are as follows：20 m of width，80 m of length，and with multi-step series arrangement. According to the data statistics of 5 years operation，the actual quantity of sewage treatment is 92-136 m3/d，and the average removal rates of COD，BOD5，NH3-N and SS are 75.9%，77.3%，96.0% and 96.1%，respectively. The quality of the disinfected eff l uent is better than the requirement of GB/ T18920-2002 for greening water from urban sewage reuse，so it can be reused as irrigation water for virescence；The dried screenings and sludge can be used as green fertilizer. Therefore，the resource utilization of the domestic sewage and zero emission of the treatment system are achieved.

decentralized wastewater treatment system；constructed wetlands；domestic sewage；process design；operation managment

X703.1

A

1006 - 1878（2015）03 - 0221 - 05

2015 - 02 - 09；

2015 - 03 - 27。

李濤（1983—），男，山西省晉城市人，碩士，助理研究員，電話 010 - 62773079，電郵 litao@bewg.net.cn。聯(lián)系人：周律，電話 010 - 62773079，電郵 zhou2001@263.net.cn。