人工濕地處理中小城鎮(zhèn)污水的應(yīng)用研究

韓雯雯，滕少香

(中國城市建設(shè)研究院有限公司 山東分院，山東 濟(jì)南 250101)

人工濕地處理中小城鎮(zhèn)污水的應(yīng)用研究

韓雯雯，滕少香

(中國城市建設(shè)研究院有限公司 山東分院，山東 濟(jì)南 250101)

近些年，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較快，同時(shí)帶動(dòng)了城鎮(zhèn)化的進(jìn)程，城鎮(zhèn)人口不斷增加，而城鎮(zhèn)的環(huán)?；A(chǔ)設(shè)施并沒有達(dá)到人民群眾的需求，大量污水未能及時(shí)得到解決，城鎮(zhèn)環(huán)境受到嚴(yán)重的威脅。本文系統(tǒng)的分析了中小城鎮(zhèn)污水排放的特點(diǎn)，并對(duì)具有投資低、能耗低的人工濕地處理技術(shù)在中小城鎮(zhèn)污水處理的應(yīng)用進(jìn)行了闡述，并結(jié)合實(shí)例進(jìn)行了分析研究。

人工濕地；城鎮(zhèn)污水；應(yīng)用

水是人類重要的資源，保護(hù)好水環(huán)境是保障我國經(jīng)濟(jì)健康、快速、有序發(fā)展的基礎(chǔ)。而近些年來，我國城鎮(zhèn)化程度不斷加大，城鎮(zhèn)人口不斷增多，同時(shí)給城鎮(zhèn)的環(huán)?；A(chǔ)設(shè)施也帶來了重大的壓力，水環(huán)境也不斷惡化。目前，我國城市污水處理技術(shù)主要采用傳統(tǒng)的二級(jí)活性污泥法，該工藝投資高、能耗大，而且運(yùn)行管理要求高。而中心城鎮(zhèn)資金能力有限，技術(shù)力量薄弱，并不適合采用傳統(tǒng)的二級(jí)活性污泥法。因此，需要尋找和研發(fā)更為經(jīng)濟(jì)、簡便、節(jié)能和高效的污水處理技術(shù)。人工濕地是模擬自然濕地的人工生態(tài)系統(tǒng)，是依據(jù)自然生態(tài)濕地系統(tǒng)的功能建造的，具備生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性，而且能夠充分利用自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)同作用來實(shí)現(xiàn)污水的凈化作用。相比其它污水處理技術(shù)，人工濕地污水處理系統(tǒng)投資較低、能耗低，具有良好的脫氮除磷效果。但是，相對(duì)國外，我國開展人工濕地的研究較晚，普遍存在占地面積大、處理負(fù)荷低、冬季運(yùn)行效果差等現(xiàn)象。因此，開展適合我國中小城鎮(zhèn)發(fā)展特點(diǎn)的人工濕地處理系統(tǒng)有著廣闊的應(yīng)用前景。

1 人工濕地的原理

人工濕地對(duì)污水的凈化是填料、水生植物和微生物共同作用的結(jié)果。人工濕地成熟后，填料表面和植物根系中生長了大量的微生物，廢水流經(jīng)時(shí)，懸浮物被填料及根系阻擋截留，有機(jī)質(zhì)通過生物膜的吸附及同化、異化作用而得以去除。濕地床層中因植物根系對(duì)氧的傳遞釋放，使其周圍的微環(huán)境中依次呈現(xiàn)出好氧、缺氧和厭氧狀態(tài)，保證了廢水中的氮、磷不僅能被植物及微生物作為營養(yǎng)成分直接吸收，還可以通過硝化、反硝化作用及微生物對(duì)磷的過量積累作用從廢水中去除，最后通過濕地填料的定期更換或收割使污染物質(zhì)最終從系統(tǒng)中去除[1]。

1.1 有機(jī)物的去除

人工濕地中溶解氧的濃度并不高，其存在的微生物主要以兼性細(xì)菌和厭氧細(xì)菌為主，它們也是有機(jī)物降解的主力軍。但是人工濕地的表層水體還存在著大氣的復(fù)氧作用，也會(huì)對(duì)有機(jī)物的降解產(chǎn)生一定的作用，而且在濕地中存在著大量的水生植物，其根系還會(huì)進(jìn)行氧氣的傳遞，也使得濕地環(huán)境中存在著局部的好氧環(huán)境，提高了有機(jī)物的降解程度?？傮w來說人工濕地對(duì)有機(jī)物的降解是一個(gè)綜合的、復(fù)雜的過程[2]。

1.2 氮的去除

人工濕地中進(jìn)水的氮主要是有機(jī)氮和氨氮，在濕地的處理系統(tǒng)中主要有三種形式對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)化分解。第一，氨氮被濕地植物和微生物經(jīng)同化作用吸收，轉(zhuǎn)化為生物有機(jī)體的一部分，然后利用定期對(duì)植物進(jìn)行收割將氮進(jìn)行去除；第二，氨氮經(jīng)過硝化、反硝化的作用轉(zhuǎn)變?yōu)榈獨(dú)?，達(dá)到脫氮的目的；第三，氨氮在pH值較高的條件下將會(huì)從水中溢出向大氣揮發(fā)，實(shí)現(xiàn)氮的去除。在這三種脫氮的途徑中，大部分都是由微生物硝化、反硝化作用將其進(jìn)行分解去除，而植物的吸收及氨氮揮發(fā)溢出只占一小部分[3]。

1.3 磷的去除

人工濕地生態(tài)系統(tǒng)的不同對(duì)磷的去除存在較大的差異。濕地中磷的存在形式主要有有機(jī)磷化合物、不溶性磷酸鹽和可溶性磷酸鹽，其中有機(jī)磷化合物主要存在于微生物和植物的體內(nèi)，而濕地中磷主要以不溶性磷酸鹽的形式存在。人工濕地中主要通過植物吸收、微生物吸收以及物理化學(xué)共同作用來完成。廢水中的無機(jī)磷在植物吸收及同化作用下，轉(zhuǎn)變?yōu)橹参镏械挠袡C(jī)磷成分，例如ATP、DNA、RNA等，然后將植物進(jìn)行收割將磷去除。物理化學(xué)作用是指廢水中可溶性的無機(jī)磷鹽可與土壤中的Al3+、Fe3+和Ca2+等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成沉淀，進(jìn)而得以將磷去除。

2 人工濕地的類型

2.1 地表流人工濕地

地表流人工濕地的特點(diǎn)是污水在濕地床表面形成漫流，污水中有機(jī)物的去除主要依靠填料表面、植物在水下的根和植物桿上形成的生物膜(圖1)。該濕地類型的流態(tài)與天然濕地較為接近，有利于污水的自然復(fù)氧。其缺點(diǎn)是不能充分利用填料層中豐富根系的凈化作用，而且夏季易滋生蚊蠅，北方冬季容易結(jié)冰，影響污水的凈化效果[4]。

圖1 地表流人工濕地

2.2 潛流人工濕地

潛流人工濕地是指污水在濕地床表面下滲流，能夠充分利用填料表面以及植物根系附著生物膜以及填料層的其他凈化作用。一般由兩級(jí)以上濕地進(jìn)行串聯(lián)、并聯(lián)組成，其形式有水平流和垂直流兩種。該技術(shù)衛(wèi)生條件好，可以更好的保證水溫，收氣候影響較小，是目前應(yīng)用最為廣泛的人工濕地處理系統(tǒng)[5]。

2.2.1 水平潛流人工濕地

水平流人工濕地污水從進(jìn)水口一端沿水平方向進(jìn)入濕地系統(tǒng)，依次通過砂石、介質(zhì)、植物根系等，污水凈化后由出口一端流出(圖2)。

圖2 水平潛流人工濕地

2.2.2 垂直潛流人工濕地

垂直潛流人工濕地系統(tǒng)中污水縱向流至填料床底，依次通過不同的介質(zhì)，進(jìn)而達(dá)到凈化的目的。該系統(tǒng)中具有完整的布水系統(tǒng)和集水系統(tǒng)，且完全建在地下，而地上建有綠植已配合景觀規(guī)劃(圖3)。

圖3 垂直潛流人工濕地

3 工程實(shí)例

西安市某縣城生態(tài)污水廠，采用了預(yù)處理與人工濕地結(jié)合的處理工藝來處理城鎮(zhèn)生活污水。該污水處理廠于2010年6月正式運(yùn)行，服務(wù)人口8.5萬人左右，設(shè)計(jì)規(guī)模為1.1萬t/d，占地面積95畝。該組合工藝相比傳統(tǒng)的活性污泥法效率更高，而且運(yùn)行費(fèi)用更低。

3.1 工藝流程

圖4 污水處理廠工藝流程圖

格柵，通過管網(wǎng)收集到居民生活污水進(jìn)入到污水處理系統(tǒng)，首先進(jìn)入格柵池，將大量懸浮物和漂浮物通過格柵去除，格柵設(shè)計(jì)為2個(gè)采用不銹鋼材質(zhì)。

厭氧水解池，污水經(jīng)過格柵處理后進(jìn)入?yún)捬跛獬?，利用厭氧微生物的水解和產(chǎn)酸作用，提升污水的可生化性。設(shè)計(jì)厭氧水解池為2個(gè)處理單元，內(nèi)部尺寸為：長×寬×高= 20 m×20 m×4. 9 m，結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土。

接觸氧化池，厭氧水解池的出水在進(jìn)入接觸氧化池，在接觸氧化池中溶解氧充足，污水充分和填料附著的生物膜接觸，使水中有機(jī)物得到吸附和降解，達(dá)到進(jìn)一步凈化的目的。接觸氧化池設(shè)計(jì)為8個(gè)處理單元，內(nèi)部尺寸為：長×寬×高= 30 m×20 m×4.9 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

沉淀池，接觸氧化池的出水進(jìn)入沉淀池，在重力作用下使得泥水分離。沉淀池設(shè)計(jì)4個(gè)處理單元，內(nèi)部尺寸：長×寬×高=20 m×10.5 m×4. 5 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

人工濕地，居民生活污水經(jīng)過預(yù)處理后進(jìn)入到人工濕地系統(tǒng)，在土壤滲透、植物吸收、水生生物的綜合生態(tài)效應(yīng)下，實(shí)現(xiàn)污水的凈化和生態(tài)環(huán)境的改善。人工濕地由垂直潛流濕地串聯(lián)組成，每組8個(gè)處理單元并聯(lián)。濕地床深1.4 m，約占4. 8萬m2，配有蘆葦香蒲、菖蒲、水蔥等植物。

3.2 運(yùn)行效果

為了保證污水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，安排工作人員定期對(duì)預(yù)處理單元和人工濕地進(jìn)行清理和維護(hù)，厭氧水解池和接觸氧化池定時(shí)進(jìn)行清理，約半年一次。定期對(duì)人工濕地內(nèi)雜草、病蟲害以及植物殘?bào)w進(jìn)行清理，此外，還需對(duì)人工濕地內(nèi)的植物進(jìn)行收割和補(bǔ)種。出水COD在27～68 mg/L，達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。該工藝中氨氮處理效果不穩(wěn)定，出水在3～25 mg/L，波動(dòng)較大，這是由于濕地系統(tǒng)中植物生長較為緩慢，植物和微生物的還處于適應(yīng)階段，進(jìn)而影響污水處理效果。該工程極大的改善了當(dāng)?shù)氐乃h(huán)境狀況，提升了自然生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，有著良好的環(huán)境效益。而且整個(gè)工藝投資較低，運(yùn)行費(fèi)用在0.2～0.4元/t，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 結(jié)語

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，中小城鎮(zhèn)生活污水問題越來越顯著，未經(jīng)處理的生活污水直接排放將嚴(yán)重影響人民群眾的生活質(zhì)量。在大城市中生活污水處理技術(shù)已逐漸成熟，但由于中心城鎮(zhèn)自身經(jīng)濟(jì)、技術(shù)力量薄弱，而且水量分布不均。在大城市中慣用的污水處理工藝并不適用。而人工濕地處理工藝，具有經(jīng)濟(jì)、簡便、節(jié)能、投資低等特點(diǎn)，在中小城鎮(zhèn)污水處理方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

[1] 劉應(yīng)學(xué).人工濕地處理生活污水研究[J].環(huán)境科技,2015,6(3):52-57.

[2] 許嘉炯,馬 軍.人工濕地技術(shù)在給水工程中的應(yīng)用[J].給水排水,2012,38(5): 44-47．

[3] 吳英海,楊旭楠,韓 蕊,等.復(fù)合人工濕地對(duì)氮的深度處理效果及影響因素[J].濕地科學(xué),2014,1(3):35-42.

[4] 盧 建,楊 揚(yáng),尹振娟,等.生物法-人工濕地組合工藝處理小城鎮(zhèn)混合污水研究[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2010,43(6):1262-1266.

[5] 王 炯.人工濕地系統(tǒng)研究應(yīng)用[J].經(jīng)濟(jì)與節(jié)能,2012,43(3):56-62.

(本文文獻(xiàn)格式：韓雯雯，滕少香.人工濕地處理中小城鎮(zhèn)污水的應(yīng)用研究[J].山東化工,2017,46(13):174-175,178.)

Research on the Application of Constructed Wetland in Small Town Sewage Treatment

HanWenwen,TengShaoxiang

(Shandong Branch,China Urban Constryction Design & Research Instutute,Jinan 250101,China)

In recent years,China's rapid economic development,and promoted the process of urbanization,the increasing urban population,the urban environmental protection infrastructure does not meet the needs of the people,a large number of sewage has not been resolved in a timely manner,the urban environment is threatened seriously. This paper systematically analyzes the characteristics of small town sewage,and has the advantages of low investment,low energy consumption of the artificial wetland treatment technology applied in sewage treatment in small towns are discussed,and combined with case analysis research.

constructed wetland;urban sewage;application

2017-04-26

韓雯雯(1984—)，女，環(huán)境工程專業(yè)碩士，從事環(huán)境工程、市政給排水方向研發(fā)與設(shè)計(jì)工作。

X703

B

1008-021X(2017)13-0174-02