污水處理廠尾水人工濕地處理示范工程案例

劉晉

摘 要： 采用多級(jí)濕地+塘串聯(lián)方式，將生態(tài)塘、多級(jí)表流濕地、多級(jí)沉水植物塘進(jìn)行組合，對(duì)污水處理廠低碳氮比尾水進(jìn)行深度凈化，打造具有涵養(yǎng)水源、維護(hù)生物多樣性、穩(wěn)定生態(tài)功能等功能的濕地系統(tǒng)，促進(jìn)區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量改善。

關(guān)鍵詞： 人工濕地;污水處理廠尾水;多級(jí)濕地+塘串聯(lián);生態(tài)功能

【中圖分類號(hào)】X703.1 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A ? ? 【文章編號(hào)】1674-3733（2020）07-0238-02

1 工程概況

1.1 工程建設(shè)背景

無錫市某污水處理廠總設(shè)計(jì)規(guī)模為30萬m3/d，分四期進(jìn)行建設(shè)。該廠在2015年之前出水水質(zhì)執(zhí)行GB18918-2002一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，尾水就近排放至周邊河道。隨著國(guó)家水污染防治行動(dòng)計(jì)劃的頒布，江蘇省、無錫市政府相應(yīng)的水環(huán)境整治政策也陸續(xù)出臺(tái)，對(duì)河道水環(huán)境的要求不斷提高，為減少該污水廠尾水對(duì)入河氮磷污染負(fù)荷，擬將污水廠尾水引入周邊擬建的大型濕地公園進(jìn)行深度處理。濕地公園建設(shè)之前，在污水廠周邊空地選址建設(shè)一處尾水深度處理示范工程，采用人工濕地深度凈化技術(shù)，通過示范工程的建設(shè)與運(yùn)行，為后續(xù)濕地公園的的設(shè)計(jì)與實(shí)施提供完整的設(shè)計(jì)參數(shù)與運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)而促進(jìn)區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量改善、提升水生態(tài)系統(tǒng)完整性。

人工濕地示范工程建設(shè)用地約10780m2，其中濕地水域面積為7665m2，占總建設(shè)用地的71.1%，進(jìn)水源自于污水處理廠尾水。設(shè)計(jì)尾水深度處理規(guī)模2000m3/d。

1.2 進(jìn)出水水質(zhì)

該污水處理廠尾水水質(zhì)執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)（GB18918-2002），2015年全年水質(zhì)指標(biāo)見表1：

由上表可以看出，污水廠尾水有機(jī)物濃度低，出水中B/C比值平均不到0.20，有機(jī)物含量較少，可生化較差。同時(shí)，尾水中碳氮比很低，碳源明顯不足，且多為難生物降解有機(jī)物，不利于反硝化脫氮。

由于尾水排放至周邊河道，TN、NH4-N和TP污染物對(duì)水體水質(zhì)影響較大。污水廠尾水中TP、TN指標(biāo)均高于地表水環(huán)境Ⅴ類水質(zhì)（GB3838-2002）水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，NH4-N維持在地表水環(huán)境Ⅲ～Ⅳ類水質(zhì)。因此，本濕地示范工程主要目標(biāo)是降低尾水中氮磷污染，尤其是硝酸鹽氮和總氮。根據(jù)污染物總量消減要求，設(shè)計(jì)出水目標(biāo)為TN、TP的平均去除率不小于20%。

2 工藝設(shè)計(jì)

本濕地示范主要目標(biāo)是降低尾水中氮磷污染，設(shè)計(jì)出水目標(biāo)是氮磷平均去除率不小于20%。因此，在濕地系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)進(jìn)水水質(zhì)特征做了較為詳細(xì)的分析，結(jié)合國(guó)內(nèi)外濕地研究進(jìn)展，以工藝運(yùn)行高效穩(wěn)定、維護(hù)簡(jiǎn)便、景觀良好為目標(biāo)，提出濕地系統(tǒng)工藝方案，詳見圖1：

該系統(tǒng)采用多級(jí)濕地+塘串聯(lián)方式，將生態(tài)塘、多級(jí)表流濕地、多級(jí)沉水植物塘進(jìn)行組合，分為預(yù)處理區(qū)、主處理區(qū)及水質(zhì)保障區(qū)，各單元的功能區(qū)分但互為補(bǔ)充，抗沖擊能力強(qiáng)，功能分區(qū)合理，同時(shí)可保證冬季時(shí)運(yùn)行效果。各功能區(qū)主要作用如下：

生態(tài)塘：水體底層兼氧區(qū)預(yù)期可發(fā)生有機(jī)物的形態(tài)轉(zhuǎn)化和反硝化脫氮過程，水體表面植物可強(qiáng)化去除水中各種形態(tài)的有機(jī)物、氮、磷等污染物。

表流濕地：依靠其較大的水面面積和豐富的植物群落，能通過植物吸收及基質(zhì)的微生物作用強(qiáng)化去除污染物。同時(shí)表流濕地中強(qiáng)大的水面面積和緩慢的水流速度，促使水體的透明度進(jìn)一步提高，強(qiáng)化了后續(xù)單元的污染物去除功能，如果進(jìn)水碳氮比較低，可通過在表流濕地中增加緩釋碳源，以促進(jìn)后續(xù)單元的反硝化作用。

沉水植物塘：主要起水質(zhì)凈化并穩(wěn)定水質(zhì)的作用。在塘內(nèi)部依靠豐富的沉水植物，不僅能促進(jìn)懸浮物的沉淀，提高水質(zhì)透明度，更重要的是為微生物提供豐富多樣的活動(dòng)場(chǎng)所，促進(jìn)微生物繁殖成長(zhǎng)，依靠豐富多樣的微生物可有效去除COD、TN、TP等污染物，是去除污染物并穩(wěn)定水質(zhì)的功能保障場(chǎng)所。

污染物去除功能分析（以TN為例，為達(dá)到去除率不小于20%設(shè)計(jì)目標(biāo)，濕地系統(tǒng)的TN去除負(fù)荷約為（1.8mg/L～3.0mg/L），每個(gè)單元污染物降解比例分別為：

預(yù)處理區(qū)-生態(tài)塘：10%

主處理單元（三級(jí)表流濕地——沉水植物塘）：70%

水質(zhì)保障區(qū)-沉水植物塘：20%

3 工程設(shè)計(jì)

3.1 總圖布置

本濕地系統(tǒng)總水面面積為7665m2，總設(shè)計(jì)流量為2000 t/d，水力負(fù)荷0.27m3/（m2·d），憑借濕地豐富的植物群落配置和很好的水質(zhì)凈化能力，可實(shí)現(xiàn)TN、TP不小于20%的去除率。

污水廠尾水通過DN200壓力管引至濕地，再通過重力方式逐級(jí)跌水，最終進(jìn)入周邊河道。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形條件，對(duì)示范工程工藝平面進(jìn)行優(yōu)化布置，平面布置圖見圖2。

3.2 各單元設(shè)計(jì)

（1）預(yù)處理區(qū)——生態(tài)塘

生態(tài)塘占地面積為830m2，設(shè)計(jì)停留時(shí)間設(shè)計(jì)為15h，有效水深為1.5m，總有效容積為1250m3。

在塘內(nèi)設(shè)置兩道軟圍擋，通過軟圍擋將生態(tài)塘分割成三道回轉(zhuǎn)型水流廊道，延長(zhǎng)進(jìn)水在塘內(nèi)流程，增加進(jìn)水與周邊岸線及水生植物接觸時(shí)間;同時(shí)，在塘內(nèi)設(shè)置立體生態(tài)浮床，單個(gè)浮床尺寸為3x3m，上部種植挺水植物及浮水植物，下部懸掛組合填料。

生態(tài)塘邊坡采用土質(zhì)邊坡，坡度為1：2，邊坡及池底均要求將原地基壓實(shí)處理，壓實(shí)度達(dá)90%以上。

（2）主處理區(qū)——三級(jí)表流濕地+沉水植物塘（一）

主處理區(qū)分為四個(gè)單元，設(shè)計(jì)總有效面積為4850m2，設(shè)計(jì)停留時(shí)間為，水力負(fù)荷為0.4m3/（m2/d）。各單元面積如下：表流濕地（一）面積為1700m2，表流濕地（二）面積為1190m2，表流濕地（三）面積為660m2，沉水植物塘（一）面積為1300m2。

表流濕地有效水深0.3～0.5m不等，邊坡及底部采用原狀土壓實(shí)（壓實(shí)度達(dá)到90%），再在其上覆30cm種植土。各單元之間為溢流出水，采用粘土壩分隔，并采用塊石壓頂，塊石間采用素混凝土勾縫并找平，使各表面流濕地段水位保持在設(shè)計(jì)水位，且使水流均勻分布在整個(gè)水力斷面上。表流濕地內(nèi)植物以挺水為主，浮水為輔。

沉水植物塘（一）面積1300m2，有效水深1.00～1.60m，總?cè)莘e1200m3。沉水植物塘中植物以沉水為主，挺水、浮水為輔，浮水植物總體配置比例低，控制塘內(nèi)90%以上的開敞水面，以利于水體自然富氧和陽光入射，保障沉水植物的生長(zhǎng)。沉水植物塘邊坡采用土質(zhì)邊坡，坡度為1：3～1：5，邊坡及底部采用原狀土壓實(shí)（壓實(shí)度達(dá)到90%），再在其上覆30cm種植土。

（3）水質(zhì)保障區(qū)——沉水植物塘（二）

沉水植物塘（二）由現(xiàn)狀河道改造而成，河道現(xiàn)狀為斷頭浜，面積為1285m2，有效水深0.60～3.67m。由于現(xiàn)狀河道河底淤積情況較為嚴(yán)重，需先對(duì)其清淤以及邊坡整治。河道清淤前應(yīng)先抽水，按實(shí)際厚度挖除河道邊坡及底部的淤泥及不良土質(zhì)，包括塊石、樹枝及垃圾等，清理至原狀土層，將邊坡及底部平整并夯實(shí)，壓實(shí)度達(dá)到80%以上。

塘內(nèi)2.0m水位以下范圍內(nèi)，根據(jù)不同水深，分別配置浮葉植物、挺水植物以及沉水植物，對(duì)出水水質(zhì)進(jìn)行保障。

3.3 人工濕地植物配置

人工濕地構(gòu)建中，水生植物是不可或缺的有機(jī)組成部分，水生植物發(fā)達(dá)的根系能夠?yàn)槲⑸锾峁└街膱?chǎng)所，對(duì)有機(jī)污染物和氮磷等污染物進(jìn)行分解和合成代謝，同時(shí)其生長(zhǎng)也能有效的吸收水中氮磷污染物。在水生植物的選擇上，應(yīng)優(yōu)先選擇根系發(fā)達(dá)、抗水性強(qiáng)、生長(zhǎng)周期長(zhǎng)、成活率高、造型美觀的本土植物品種，同時(shí)還可兼具一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

水生植物的合理構(gòu)建系統(tǒng)是維持水環(huán)境健康可持續(xù)發(fā)展的必要條件，應(yīng)根據(jù)水域狀況與環(huán)境條件選擇合理的植物布局與搭配是構(gòu)建系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

4 小結(jié)

本示范工程前期工作開展之前，對(duì)無錫市已運(yùn)行的幾個(gè)人工濕地項(xiàng)目運(yùn)行情況作了調(diào)研，設(shè)計(jì)工藝路線選擇時(shí)，從投資省、可復(fù)制性強(qiáng)、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、運(yùn)行維護(hù)便利等幾個(gè)方面做了比選及優(yōu)化，最終選定了工藝路線。該項(xiàng)目作為濕地公園實(shí)施前的一個(gè)示范研究項(xiàng)目，對(duì)后續(xù)濕地公園的設(shè)計(jì)建設(shè)具有指導(dǎo)和借鑒意義，將濕地公園打造成為具有涵養(yǎng)水源、維護(hù)生物多樣性、穩(wěn)定生態(tài)功能等生態(tài)功能區(qū)，進(jìn)而促進(jìn)區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量改善、提升水生態(tài)系統(tǒng)完整性。

參考文獻(xiàn)

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