關(guān)于人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù)分析

劉繼凱　陳玉濤

(1.山東省南四湖東平湖環(huán)境管理委員會(huì)辦公室，山東　272000；2.泰安市岱岳區(qū)環(huán)境保護(hù)局，山東　271000)

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關(guān)于人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù)分析

劉繼凱1陳玉濤2

(1.山東省南四湖東平湖環(huán)境管理委員會(huì)辦公室，山東272000；2.泰安市岱岳區(qū)環(huán)境保護(hù)局，山東271000)

【摘要】濕地是陸地的潮濕地帶和水體，人工濕地以其獨(dú)有的污水凈化功能，日益受到各界的關(guān)注。本文對人工濕地的相關(guān)概念和特點(diǎn)進(jìn)行了分析，并對人工濕地系統(tǒng)水質(zhì)凈化技術(shù)進(jìn)行了分析，人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù)在污水深度處理中具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】人工濕地；污水凈化；工藝設(shè)計(jì)

1人工濕地的組成及其分類

1.1人工濕地的組成

人工濕地生態(tài)系統(tǒng)主要包括濕地土壤、人工基質(zhì)、水體、濕地生物等幾個(gè)部分構(gòu)成[1]。

(1)濕地土壤。濕地土壤是人工濕地生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)載體，其類型和結(jié)構(gòu)將會(huì)對濕地植物的類型、數(shù)量以及質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，并由食物鏈對濕地的動(dòng)物產(chǎn)生影響，從而影響到整個(gè)濕地的生態(tài)系統(tǒng)。同時(shí)，濕地土壤還會(huì)直接影響到濕地微生物的類群和數(shù)量。

(2)人工基質(zhì)。人工基質(zhì)的加入能夠使?jié)竦氐奈鬯畠艋阅艿玫竭M(jìn)一步提升。當(dāng)前，國內(nèi)人工濕地系統(tǒng)主要采用細(xì)砂、粗砂、碎石以及灰渣等材料作為人工基質(zhì)。人工基質(zhì)能夠?qū)ξ鬯械牟糠诸w粒物形成較好的過濾和吸附作用，同時(shí)還能通過與污水中顆粒物的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)一步提高濕地土壤的過濾和凈化性能。

(3)水體。水體是人工濕地的重要組成部分，同時(shí)也是濕地凈化的主要對象。當(dāng)前，國外已經(jīng)將人工濕地的凈化對象由水體向生活污水、工業(yè)污水等方面逐步擴(kuò)展，隨著研究的進(jìn)一步加深，相信凈化對象水體范圍還將進(jìn)一步擴(kuò)大。

(4)濕地生物。濕地生物主要包括植物、動(dòng)物和微生物。其中，濕地植物發(fā)揮著維持濕地生態(tài)平衡，凈化污水的功能。蘆葦、蓮藕、水葫蘆等植物是當(dāng)前較為適宜種植的濕地植物，但是由于受到季節(jié)變化以及水體等因素的影響，還需要種植一定數(shù)量的其它植物。濕地的大量植物群類為鳥類和兩棲動(dòng)物提供了良好的棲息地。這些動(dòng)物不但能夠很好的維護(hù)濕地的生態(tài)平衡，同時(shí)還能使?jié)竦氐木坝^效果進(jìn)一步提高。而濕地的微生物主要包括一些真菌和細(xì)菌，在凈化污水方面發(fā)揮著非常重要的作用。

1.2人工濕地的分類

人工濕地處理系統(tǒng)根據(jù)水體的具體流動(dòng)方式可以分為自由水面人工濕地處理系統(tǒng)、水平潛流濕地人工處理系統(tǒng)和垂直潛流型人工濕地處理系統(tǒng)三類。

(1)自由水面人工濕地處理系統(tǒng)。該類型濕地處理系統(tǒng)類似與自然濕地，其土床被水體全面包裹，水體深度通常在4m以下，該類型人工濕地全年或者一年中的大部分時(shí)間均存在表面水。濕地植物和土壤中的微生物能夠?qū)⑽鬯械拇蟛糠钟袡C(jī)物分解掉，并且濕地植物還能攔截大部分污水中的顆粒物。該類人工濕地的建造相對簡單而且成本較低，但是容易受到季節(jié)變化的影響，對水體的凈化效果也會(huì)隨著季節(jié)變化而變化。

(2)水平潛流濕地人工處理系統(tǒng)。該類型濕地處理系統(tǒng)的水面維持在基質(zhì)床的表面之下，此類濕地通常以礦石和粗砂作為機(jī)制，基質(zhì)中存在大量的空隙，從而使污水能夠通過這些空隙快速滲漏到整個(gè)基質(zhì)床。污水中的污染物主要由土壤中的微生物、植物以及人工介質(zhì)中的顆粒吸附和分解，具有較好的凈化效果，且受季節(jié)影響不大，但是運(yùn)行管理難度相對較大。

(3)垂直潛流型人工濕地處理系統(tǒng)。該類型濕地處理系統(tǒng)的污水從濕地表面沿垂直方向流經(jīng)濕地填料床的下部，當(dāng)床體不飽和時(shí)，系統(tǒng)可以充分利用填料對污染物進(jìn)行降解消化，其污水凈化能力在三類濕地中最強(qiáng)，但是建造程度高、管理復(fù)雜，而且對污水中的有機(jī)物的凈化效果不夠理想。

2人工濕地污水凈化工藝流程及特點(diǎn)

2.1工藝流程

人工濕地污水凈化系統(tǒng)主要包括收集和預(yù)處理系統(tǒng)、配水和集水系統(tǒng)、植物池三個(gè)部分[2]。

(1)收集和預(yù)處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由污水集水管網(wǎng)、污水集水池、格柵以及沉淀池等構(gòu)成。如果凈化對象是被污染的河水，則可以取消污水集水管網(wǎng)和污水集水池。

(2)配水和集水系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由配水井、配水槽、配水管網(wǎng)、布水管、集水管以及集水池等幾個(gè)部分構(gòu)成。

(3)植物池。根據(jù)具體的水質(zhì)凈化要求，可以設(shè)計(jì)為一級(jí)植物池或者多級(jí)植物池，污水需要在植物池中經(jīng)過多次的正逆向反復(fù)過濾。通常在植物池中種植美人蕉、水蔥、蘆竹等植物。

2.2工藝特點(diǎn)

相對于傳統(tǒng)污水凈化技術(shù)來說，人工濕地污水凈化技術(shù)主要具有以下顯著特點(diǎn)：①可以根據(jù)實(shí)際污水處理需求對處理規(guī)模進(jìn)行自由調(diào)整，污水水源能夠就地收集、就地處理和就地利用；②取材方便、施工簡單，對構(gòu)筑物、設(shè)備的處理相對較少，成本也相對較低；③由于植物池中種植了大量的濕地植物，能夠發(fā)揮較好的美化環(huán)境的效果；④運(yùn)行管理較為簡單，人工工作量相對傳統(tǒng)污水凈化工藝大幅減少，通常情況下，在相同凈化規(guī)模下，人工濕地污水凈化工藝能夠比傳統(tǒng)工藝減少80%的人員投入；⑤由于人工濕地污水凈化工藝無需曝氣、投加藥劑以及回流污泥，也不會(huì)剩余污泥生產(chǎn)，因此，可以大幅度降低系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，處理成本通常低于0.05元/m3；⑥污水凈化效果好，出水水質(zhì)能夠因?yàn)橹参锍靥盍系牟煌_(dá)到GB3838-2002《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的Ⅱ類到Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過凈化之后的水能夠直接作為飲用水的水源以及景觀用水，同時(shí)也可以作為生活和工業(yè)用水。

3人工濕地污水凈化工藝設(shè)計(jì)

3.1工藝設(shè)計(jì)原則

通常情況下，人工濕地污水凈化工藝的設(shè)計(jì)需要遵循以下幾點(diǎn)原則：①根據(jù)進(jìn)水水源的實(shí)際污染程度以及污水中固體懸浮顆粒的含量確定污水在沉淀池內(nèi)的沉淀時(shí)間，從而確保污水的預(yù)處理效果，污水預(yù)處理設(shè)施主要包括污水集水池、提升設(shè)備、格柵以及沉淀池；②植物池中特殊土壤的滲流系數(shù)應(yīng)該大于10～7m/s；③植物池的底面以及四周最好采用隔水材料制作防水層，從而使污水在凈化之后能夠更好的回收利用；④為了確保每支配水管能夠均勻進(jìn)水，最好在植物池之前設(shè)置一級(jí)或者二級(jí)配水槽，然后再利用配水管到達(dá)布水管，布水管的設(shè)置間距應(yīng)該控制在2m以下，且每支布水管的長度應(yīng)該控制在6m以下。

3.2工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)

(1)預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。如果污水中的污染物以及固體懸浮顆粒的含量較高，則需要設(shè)置格柵和沉淀池對污水進(jìn)行預(yù)處理。通常，格柵的間隙設(shè)置為20mm，沉淀池表面負(fù)荷設(shè)置為1.5～3.0m3/(m2·h)，停留時(shí)間設(shè)置為1.5～2h左右。

(2)沉淀系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。首先，針對布水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意以下問題：污水經(jīng)過配水槽流入到配水管，然后經(jīng)過布水管上的布水孔流入植物池，流經(jīng)濕地的水量受到布水管數(shù)量以及布水孔間隙和大小的直接影響，通常需要將布水孔的出水流速控制在0.2～0.6m/s之間，如果流速過低，可能會(huì)導(dǎo)致污染物堵塞布水孔，流速過高，則會(huì)影響過濾效果。

其次，針對植物池基質(zhì)的設(shè)計(jì)，需要注意以下問題：填料在安裝之后濕地孔隙率應(yīng)在0.3以上，填料應(yīng)該預(yù)先清洗，并分層填筑壓實(shí)。植物池填料層需要沿水流方向鋪設(shè)粒徑從小到大的填料，每層鋪設(shè)需要嚴(yán)格控制碎石的孔隙率。濾料根據(jù)實(shí)際過濾需求制定合理配比的砂、礫石。另外，為了避免布水對濾料層的沖蝕，可以在布水系統(tǒng)噴流范圍內(nèi)局部鋪設(shè)50mm左右的覆蓋層。

4結(jié)語

相對于傳統(tǒng)污水凈化方法，人工濕地污水凈化系統(tǒng)具有成本低、凈化效果好且能夠長期使用、維護(hù)工作簡單等特點(diǎn)。但容易受到氣候條件等因素的影響，而且占地面積較大，容易滋生蚊蠅。而隨著環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，相信人工濕地污水凈化技術(shù)具有良好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]項(xiàng)學(xué)敏.人工濕地對城市生活污水的深度凈化效果研究)：冬季和夏季對比[J].環(huán)境科學(xué)，2009(3)：713-719.

[2]崔理華.兩種復(fù)合人工濕地系統(tǒng)對東莞運(yùn)河污水的凈化效果[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2009(5)：1688-1692.

Analysis on Artificial Wetland Water Purification Technology

LIU Jikai1CHEN Yutao2

(1.Nansi Lake and Dongping Lake Environmental Management Committee Office of Shandong，Shandong 272000；2.Daiyue District Environmental Protection Bureau of Tai′an City，Shandong 271000)

Abstract：The wetland is the humid area of land and water，artificial wetland sewage purification function，with its unique increasingly attention from all walks of life. Papers on the related concepts of artificial wetland and characteristics are analyzed，and water quality purification of artificial wetland system was analyzed，and the artificial wetland water purification technology in sewage treatment has a very broad application prospects.

Keywords：artificial wetland；sewage purification；process design

中圖分類號(hào)：X21

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-288X(2016)02-0077-02

作者簡介：劉繼凱，學(xué)士，工程師，研究方向?yàn)槟纤暮饔蛩h(huán)境質(zhì)量監(jiān)管和人工濕地水質(zhì)凈化工程監(jiān)管；陳玉濤，學(xué)士，助理工程師，研究方向?yàn)樗廴痉乐?/p>

引用文獻(xiàn)格式：劉繼凱等.關(guān)于人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù)分析[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2016，41(2)：77-78.