利用天然河浜及溝塘濕地深度凈化污水處理廠尾水的研究

周艷文

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，對(duì)水環(huán)境質(zhì)量改善的需求也愈來(lái)愈迫切，以脫氮除磷為主要目標(biāo)的污水處理廠深度處理和升級(jí)改造勢(shì)在必行。推廣應(yīng)用污水處理廠除磷脫氮工藝的最大障礙是經(jīng)濟(jì)成本問(wèn)題。因此，在條件適宜地區(qū)采用低成本的自然生態(tài)凈化措施來(lái)取得除磷脫氮效果仍是合適的選擇之一。該文研究提出了利用天然溝渠濕地進(jìn)行污水處理廠出水深度凈化與景觀利用的技術(shù)集成方案，以期為類似工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理提供參考。

關(guān)鍵詞：污水處理廠尾水；溝塘濕地；深度處理

中圖分類號(hào) X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2015）23-68-03

Study on Tail Water Purification by Combined Natural River Stream and Ditch-pond Wetland from Municipal Sewage Treatment Plant

Zhou Yanwen

（Nanjing Institute of Environmental Sciences，Nanjing 210000，China）

Abstract：With increasing development of our economic society，the requirement of improvement of water environmental quality is becoming more and more urgent. The deeply treatment and upgrading of water treatment plant which is mainly targeted with removing of nitrogen and phosphorus must be enforced. Therefore，in some areas with suitable environment，it is still a very appropriate choice to take low-cost deeply ecology cleaning measures for removing of nitrogen and phosphorus. In this paper，it is proposed to apply the combined technology to clean deeply the water by natural river stream and ditch-pond wetland，so as to provide reference for similar engineering design and operating management.

Key words：Tail water from waste water treatment plant；Ditch-pond wetland；Deeply treatment

1 前言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，城市污水處理廠如雨后春筍般不斷涌現(xiàn)出來(lái)，城市污水的達(dá)標(biāo)率也在不斷提高，但城市受納水域的水質(zhì)卻依然不見(jiàn)好轉(zhuǎn)，反而有進(jìn)一步惡化的趨勢(shì)。究其原因，一方面是面源污染的結(jié)果，另一方面是城市污水處理廠的出水存在水質(zhì)問(wèn)題。目前，我國(guó)絕大多數(shù)污水處理廠采用的是二級(jí)生物處理工藝[1]，執(zhí)行的是GB18918-2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。自2007年5月太湖流域發(fā)生藍(lán)藻暴發(fā)重大水污染事件以及引發(fā)無(wú)錫供水危機(jī)之后，環(huán)太湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠開(kāi)始嚴(yán)格執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，并推動(dòng)了全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠一級(jí)A提標(biāo)改造和擴(kuò)建、新建工作[2]。但是，即使污水處理廠排放的尾水達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，尾水中的污染物濃度仍明顯高于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，且超過(guò)當(dāng)?shù)厥芗{水體水環(huán)境容量。

充分利用現(xiàn)有的太湖流域廣泛分布的廢棄河浜、溝塘坑洼濕地，將其構(gòu)建成豐富、多層、穩(wěn)定、高效的人工濕地生態(tài)系統(tǒng)，用來(lái)對(duì)污水處理廠的尾水進(jìn)行深度凈化，同時(shí)根據(jù)地形因地制宜，進(jìn)行適當(dāng)?shù)母牧己图夹g(shù)集成，探索適用于污水處理廠尾水治理的溝塘濕地模式。太湖流域某污水處理廠尾水排放溝塘濕地治理工程經(jīng)過(guò)近5a的運(yùn)行，發(fā)揮了較好的減污作用，生態(tài)環(huán)境效應(yīng)明顯。筆者以此為例探討尾水污染溝塘濕地治理的模式，旨在為該模式提供借鑒。

2 河浜溝塘濕地處理模式簡(jiǎn)介

2.1 河浜溝塘濕地處理系統(tǒng) 太湖流域?qū)儆谄皆泳W(wǎng)地區(qū)，水系眾多，將尾水引入改造過(guò)的河浜溝塘濕地，利用生態(tài)生物組合技術(shù)去除尾水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。由于這種尾水深度處理充分利用了當(dāng)?shù)氐牡匦螚l件，往往能夠減少投資、運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用。溝塘濕地不僅具有水質(zhì)凈化與生態(tài)維護(hù)功能，而且具有良好的景觀效果。

2.2 構(gòu)建生態(tài)溝塘濕地的常用工藝 總的來(lái)說(shuō)包括3種方法，一是植物凈化法，包括人工濕地、草帶、草溝、人工浮島等；二是土壤處理法，如慢滲、快滲、漫地流、地下滲濾；三是接觸氧化法，如礫間接觸氧化法、生物繩等?？梢愿鶕?jù)具體的溝塘濕地的功能、斷面等具體條件來(lái)選擇單項(xiàng)技術(shù)或幾種技術(shù)組合，同時(shí)輔以曝氣等強(qiáng)化措施進(jìn)一步提高處理效率。

3 溝塘濕地處理系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目針對(duì)某污水處理廠20 000t/d尾水，擬利用污水處理廠旁側(cè)的天然河道及溝塘濕地進(jìn)行生物—生態(tài)處理，處理后的尾水回用于周邊林地澆灌用水，多余部分排入河道。

該污水廠外有2條條村級(jí)河浜，其中一條河浜為斷頭狀態(tài)，這2條村級(jí)河浜在污水處理廠的河段不作為主要的排澇和泄洪通道，也沒(méi)作通航的要求。兩側(cè)是自然狀況的護(hù)坡，地形較為平緩。2條河道相距約200m，河道斷面呈鍋底狀，最大水深為1.5～2.5m，河口寬度約為15～25m；2條河道之間現(xiàn)有2條明渠貫通，明渠長(zhǎng)200m，斷面為梯形，上寬1.5m，底寬0.3m，深2m，現(xiàn)狀水深0.8m。

注：①、②污水處理廠尾水、受納水體為2009年11月27～30日連續(xù)3d取樣平均值。

3.1總體設(shè)計(jì)思路 針對(duì)污水處理廠的尾水的排放特征，利用原有2條河道，采用工程措施和生態(tài)修復(fù)綜合技術(shù)對(duì)其污染進(jìn)行控制與治理。采用推流設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)水系循環(huán)，在水系貫通的前提下，在局部區(qū)域加強(qiáng)生物強(qiáng)化措施，在全范圍的進(jìn)行生態(tài)修復(fù)措施，增強(qiáng)水體自凈能力，提高尾水的水質(zhì)。

3.2 處理工藝流程 綜合考慮本項(xiàng)目，整個(gè)水系通過(guò)推流系統(tǒng)進(jìn)行活水循環(huán)系統(tǒng)，同時(shí)在水面開(kāi)闊的區(qū)域作為集中控制區(qū)，加強(qiáng)工程措施，在開(kāi)挖的明渠里加強(qiáng)生物強(qiáng)化措施的方法，即在重要節(jié)點(diǎn)加強(qiáng)工程措施來(lái)集中污染治理，達(dá)到削減污染的目的，對(duì)于集中治理下游段河岸周邊的面源污染，在重點(diǎn)流入?yún)^(qū)域，設(shè)置生態(tài)緩沖帶，并建立攔截體系，對(duì)農(nóng)業(yè)面源等進(jìn)行緩沖和截留。在水面開(kāi)闊處，流速變慢，通過(guò)生態(tài)恢復(fù)的辦法構(gòu)建生態(tài)塘，通過(guò)種植挺水-浮水-沉水植物，構(gòu)建生物性多的豐富的生態(tài)系統(tǒng)來(lái)增強(qiáng)自凈能力。

3.3 具體工藝設(shè)計(jì)

3.3.1 活水循環(huán)系統(tǒng) 將污水處理廠尾水就近導(dǎo)入該循環(huán)生態(tài)河道系統(tǒng)，利用現(xiàn)有河道、明渠等水利通道形成一個(gè)循環(huán)流通的水系，通過(guò)推流系統(tǒng)使得水體循環(huán)起來(lái)，在輸送河道中，采取一定的工程措施和生態(tài)修復(fù)措施來(lái)加強(qiáng)水體自凈能力，進(jìn)一步處理尾水，提高尾水水質(zhì)。本項(xiàng)目水系貫通設(shè)計(jì)水量為20 000t/d、850t/h。在對(duì)河網(wǎng)貫通處理時(shí)，堅(jiān)持生態(tài)河道開(kāi)放性的理念，打通節(jié)點(diǎn)，結(jié)合河道整治，貫通水系，恢復(fù)區(qū)域內(nèi)河道引排功能，暢通河道水系，從而有效控制高低水位，使河道達(dá)到“水系通、水體活、水質(zhì)好”的要求。

3.3.2 接觸氧化段 生物繩是新型的接觸氧化材料，接觸比表面積大，有很高的生物量，凈化效率高。凈化功能主要通過(guò)水體連續(xù)不斷的循環(huán)接觸氧化實(shí)現(xiàn)，生物繩和河道推流增氧系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，更有助于掛膜。采用生物接觸氧化處理工藝在溝渠內(nèi)（約210m）分段布設(shè)生物繩，曝氣設(shè)備采用沉水曝氣機(jī)。該設(shè)備管理安裝簡(jiǎn)便、噪聲小，充氧效率好。在曝氣的條件下，借助生物繩表面附著的微生物降解有機(jī)物，增強(qiáng)河道的自凈能力。在治理范圍內(nèi)分段布設(shè)生物繩，在沿水流方向上，每間隔15m布置30m長(zhǎng)的生物繩，一共有4段，總長(zhǎng)度為120m。水面寬度為4m，在垂直水流方向上有每間隔0.2m布置1根，水平方向上布置11根，深度上布置8根，橫截面積為2.0m×1.4m。

3.3.3 改良型表面流人工濕地 從污水流入河浜開(kāi)始，首先進(jìn)入第一密植區(qū)，種植耐污性較強(qiáng)的茭草、香蒲、千屈菜等可大量吸收降解后的氮、磷等物質(zhì)，經(jīng)植物體的代謝機(jī)制轉(zhuǎn)化為濕地旺盛的初級(jí)生產(chǎn)力，造就了生物多樣性的重要基礎(chǔ)。然后進(jìn)入相對(duì)廣闊的水面，配合淺水域的微棲地，有效增加日光的穿透率，并加深補(bǔ)償點(diǎn)的深度，營(yíng)造出底棲生物適存的最佳環(huán)境。護(hù)岸植物種植可分為2個(gè)部分：在護(hù)岸表面噴播固土能力強(qiáng)的草本植物，局部點(diǎn)綴扎根能力強(qiáng)的灌木，增強(qiáng)抗沖刷、水土保持能力，提高堤岸穩(wěn)定性。選用植物：脫殼狗牙根+矮生百慕大+多年生黑麥草+波斯菊。水面近岸處構(gòu)建挺水-浮水-沉水植物帶，有條件的河段可盡量將沉水植物種植延伸至河道中心。近岸水生植物帶的構(gòu)建一方面可以通過(guò)植物吸收水體中的氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，另一方面為微生物的生長(zhǎng)提供了有力條件。選用挺水植物如蘆葦、菖蒲、再力花、水蔥、黃花鳶尾等。

3.3.4 生態(tài)浮島 主要浮島植物為旱傘草、黃花鳶尾、水生美人蕉、千屈菜、菖蒲等。

3.3.5 沉水植被的恢復(fù) 主要是在水面較開(kāi)闊、流速相對(duì)較慢的區(qū)域，恢復(fù)沉水植被。可以分別移栽冬綠型和春綠型的菹草和伊樂(lè)藻、夏綠型的馬來(lái)眼子菜、黑藻、金魚藻，以及常綠型的輪葉黑藻等，進(jìn)行密植繁育。

4 溝塘濕地的生態(tài)效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)

由于溝塘濕地是一個(gè)相對(duì)開(kāi)放的系統(tǒng)，評(píng)估這個(gè)溝塘濕地系統(tǒng)對(duì)污水的處理效率有一定的困難，一是本身尾水進(jìn)入到整個(gè)系統(tǒng)就存在一個(gè)稀釋作用；二是整個(gè)溝塘濕地是一個(gè)開(kāi)放水體，還接納雨水等地表徑流，因此單純的用進(jìn)出水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)表征污水處理效率是不合理的。

而這種天然河道和溝渠濕地的生態(tài)效應(yīng)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是作為水生動(dòng)植物的重要棲息地，是生物多樣性的一個(gè)重要的殘存源，溝渠堤岸繁茂的植被不僅為陸上的昆蟲和鳥(niǎo)類提供了棲息地，根系還可為魚類產(chǎn)卵、繁衍生活提供了場(chǎng)所，形成一個(gè)生物共生完整的溝渠生態(tài)系統(tǒng)。二是生態(tài)調(diào)控效應(yīng)，對(duì)建立和維護(hù)區(qū)域生態(tài)平衡有積極作用。三是生態(tài)廊道作用，作為農(nóng)田中動(dòng)物的遷移廊道，影響著動(dòng)物的種類和數(shù)量，網(wǎng)絡(luò)狀的溝渠擴(kuò)大了溝渠的水利連通性，將水分和養(yǎng)分分散儲(chǔ)存起來(lái)。總之，通過(guò)構(gòu)建天然河道和溝渠濕地的生態(tài)系統(tǒng)提高了凈化功能，廊道功能及其抗干擾能力，有助于增加生物多樣性和維護(hù)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展。

5 溝塘濕地的管理維護(hù)

5.1 水生植物的管理維護(hù) 濕地植物是否能更成功的生長(zhǎng)，取決于濕地內(nèi)水位深度的管理與控制。雖然濕地植物可以暫時(shí)忍受環(huán)境的改變，但卻無(wú)法在超過(guò)其耐受度太多或太長(zhǎng)時(shí)間的條件下生長(zhǎng)。在冬季的時(shí)候，水位高度可以提高一些，以增加水流滯留時(shí)間并避免植物凍死。而交替流量或是降低水位則有助于水中有機(jī)質(zhì)的氧化，并促進(jìn)濕地內(nèi)植物的萌發(fā)。在緩沖帶上的植物需視情況收割、增加肥料。高頻率的收割有助于植被擴(kuò)張與根系生長(zhǎng)，需要定期的植被檢查，并移除外來(lái)的侵略物種。濕地植物收割的次數(shù)，與水體的質(zhì)量、植物本身的生長(zhǎng)狀態(tài)有關(guān)。收割水生植物主要的目的，是讓植物保持較高的新陳代謝，達(dá)到去除水中營(yíng)養(yǎng)鹽的功效。例如，透過(guò)經(jīng)常性收割水芹菜（約3～4周一次）可有效達(dá)到去除水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。收割后的水生植物，通常經(jīng)過(guò)干燥、填埋，水生植物殘?bào)w可以很快堆肥。不過(guò)如果植物不夠干燥，那么所富含的水分將會(huì)降低堆肥的效果，并且產(chǎn)生滲濾液。對(duì)于水生植物進(jìn)行持續(xù)地收割，將有助于水生植物生態(tài)系統(tǒng)的生長(zhǎng)。

5.2 浮島的維護(hù) 為移除人工浮島中不受歡迎及侵入的物種，應(yīng)間隔一段時(shí)間就要進(jìn)行除草，以保持可接受與設(shè)計(jì)良好的景觀。在植物管理上，人工浮島設(shè)立后，1～3a內(nèi)種植的植物就會(huì)十分的茂盛，成熟的植物群落自然就會(huì)形成。同時(shí)，除了人工種植的植物生長(zhǎng)以外，浮島上也會(huì)有外來(lái)入侵的植物物種。植物的生長(zhǎng)過(guò)剩，常使重量超過(guò)浮島的負(fù)荷，尤其是外來(lái)的禾本科植物，會(huì)造成浮島的沉沒(méi)或因重量不均造成翻覆，所以定期的收割及去除，可以控制浮島的荷重、提高吸收營(yíng)養(yǎng)鹽的效能、提供鳥(niǎo)類及昆蟲最佳的生存空間以及景觀的創(chuàng)造。為了解在不同單元、固定繩索、錨與水生植物間的連結(jié)部分維持在良好狀態(tài)，以便于整修損壞的部分，構(gòu)造物管理項(xiàng)目有定時(shí)監(jiān)管、故障報(bào)修、其他突發(fā)事件的排除。在構(gòu)造物的管理方面，定期的巡視與緊急時(shí)如風(fēng)雨過(guò)后的檢查都是維護(hù)浮島的基本工作，浮島外觀的完整性、固定浮島的組件功能等，都是巡查的要點(diǎn)。一旦發(fā)現(xiàn)磨損、故障、破裂及流失等，必須在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行修復(fù)或更新，尤其是在暴風(fēng)雨過(guò)后，都應(yīng)該進(jìn)行更詳細(xì)的檢查，以確認(rèn)浮島的結(jié)構(gòu)安全與固定功能的正常。

6 結(jié)語(yǔ)

對(duì)有尾水深度處理和污水處理設(shè)施升級(jí)改造要求但占地面積嚴(yán)重不足的污水處理廠，充分利用地形條件，把河道附近廢棄的河浜、水塘等因地制宜的充分利用起來(lái)。對(duì)整個(gè)河浜溝塘濕地生態(tài)系統(tǒng)的管理維護(hù)工作要充分重視起來(lái)，生態(tài)護(hù)坡、濕地塘及浮床等濕地植物的收割和維護(hù)也需要定期進(jìn)行，以保證工程長(zhǎng)效、穩(wěn)定、可持續(xù)性的運(yùn)行。

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