高效人工濕地技術(shù)在污水廠尾水處理中的應(yīng)用

鄭曉堅(jiān)ZHENG Xiao-jian

（永寧縣水務(wù)局，永寧 750100）

0 引言

近些年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，由于對(duì)環(huán)保問(wèn)題缺乏足夠的重視，帶來(lái)了嚴(yán)重的水污染問(wèn)題，對(duì)于水環(huán)境生態(tài)的破壞，雖然全國(guó)各地修建污水處理廠凈化各種生活污水和工業(yè)廢水，經(jīng)過(guò)處理后的排放尾水深度凈化程度不夠，仍會(huì)對(duì)水生態(tài)環(huán)境造成一定的影響[1]，對(duì)于我國(guó)北方城市而言，如何改善水生態(tài)環(huán)境是當(dāng)前必須要面臨和克服的難題。人工濕地技術(shù)是一種有效的水生態(tài)修復(fù)技術(shù)，通過(guò)模擬自然濕地將污水與微生物混合進(jìn)行物理、化學(xué)、生物過(guò)程，去除污水中的污染物，達(dá)到改善水質(zhì)的作用[2，3]。在城市化進(jìn)程快速推進(jìn)的今天，人工濕地技術(shù)越來(lái)越受到廣泛的關(guān)注與認(rèn)可。

1 工程概況

永寧縣永二干溝人工濕地改造擴(kuò)建工程由永二干溝人工濕地（章子湖）改造工程和永二干溝人工濕地（經(jīng)緯創(chuàng)業(yè)園）擴(kuò)建工程組成。

永二干溝人工濕地（章子湖）改造工程，是對(duì)已建成的人工濕地工程進(jìn)行改造，濕地總占地面積6.09hm2，其中，潛流濕地占地面積4.09hm2，有效面積3.78hm2，表流濕地占地面積0.4hm2，設(shè)計(jì)處理規(guī)模20000m3/d；永二干溝人工濕地（經(jīng)緯創(chuàng)業(yè)園）擴(kuò)建工程，濕地總占地面積11hm2，其中，潛流濕地占地面積8.633hm2，有效面積8.11hm2，表流濕地占地面積0.4hm2，設(shè)計(jì)處理規(guī)模40000m3/d。

該工程所處地層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性高適合建設(shè)人工濕地項(xiàng)目，該人工濕地主要是對(duì)永寧縣第二污水處理廠尾水進(jìn)行深度處理，經(jīng)過(guò)處理后排入永二干溝，補(bǔ)充河道生態(tài)基流，用作下游生態(tài)灌溉，大大改善永二干溝河道水生態(tài)環(huán)境。

永寧縣永二干溝人工濕地改造擴(kuò)建工程組成部分之一永二干溝人工濕地（章子湖）改造工程是對(duì)現(xiàn)有人工濕地進(jìn)行維修改造，主要建設(shè)內(nèi)容：潛流濕地更換積水渠、配水渠管道、閥門閥件，潛流濕地和表流濕地水生植物種植等；永寧縣永二干溝人工濕地改造擴(kuò)建工程組成部分之二永二干溝人工濕地（經(jīng)緯創(chuàng)業(yè)園）擴(kuò)建工程為新建工程，為了更全面分析人工濕地，現(xiàn)就結(jié)合永二干溝人工濕地（經(jīng)緯創(chuàng)業(yè)園）擴(kuò)建工程潛流濕地建設(shè)、表流濕地建設(shè)、水生植物選取、生態(tài)環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益等方面展開論證。

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)水質(zhì)

永二干溝人工濕地（章子湖）改造工程和永二干溝人工濕地（經(jīng)緯創(chuàng)業(yè)園）擴(kuò)建工程均處理永寧縣第二污水處理廠尾水，污水處理廠出水標(biāo)準(zhǔn)為一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)，人工濕地的進(jìn)水為污水處理廠尾水。工程設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)見表1。

表1 永二干溝人工濕地改造擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)表

2.2 設(shè)計(jì)出水水質(zhì)

永二干溝人工濕地（章子湖）改造工程和永二干溝人工濕地（經(jīng)緯創(chuàng)業(yè)園）擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)出水水質(zhì)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中IV 類水體水質(zhì)。工程設(shè)計(jì)出水水質(zhì)見表2。

表2 永二干溝人工濕地改造擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)出水水質(zhì)表

2.3 處理工藝

工程采用“潛流人工濕地+表流人工濕地”組合處理工藝。

2.4 工藝流程

永寧縣永二干溝人工濕地改造擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)處理規(guī)模為處理永寧縣第二污水處理廠尾水共計(jì)6.0 萬(wàn)m3/d，污水處理工藝采用“潛流濕地+表流濕地”處理工藝方案。

人工濕地污水深度凈化處理系統(tǒng)生產(chǎn)建筑物、構(gòu)筑物包括：復(fù)合潛流濕地、表流濕地、管理房、工具房、在線監(jiān)測(cè)房、出水控制井、閥門井等。

人工濕地系統(tǒng)污水處理流程為：永寧縣第二污水處理廠尾水→取水井→提升泵站→輸水管線→潛流濕地→表流濕地→永二干溝。

本項(xiàng)目人工濕地污水深度凈化系統(tǒng)工程具體工藝流程如圖1 所示。

圖1 工藝流程圖

永寧縣第二污水廠出水經(jīng)過(guò)截流進(jìn)入取水井，經(jīng)過(guò)提升泵站提升，通過(guò)輸水管線輸送至潛流濕地，其中永二干溝人工濕地（章子湖）改造工程設(shè)計(jì)進(jìn)水量20000m3/d，經(jīng)過(guò)潛流濕地處理后，進(jìn)入表流濕地進(jìn)行處理，經(jīng)表流濕地處理后排入永二干溝；永二干溝人工濕地（經(jīng)緯創(chuàng)業(yè)園）擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)進(jìn)水量40000m3/d，經(jīng)潛流濕地處理后，進(jìn)入表流濕地進(jìn)行處理，經(jīng)表流濕地處理后排入永二干溝。

2.5 潛流人工濕地

永二干溝人工濕地（經(jīng)緯創(chuàng)業(yè)園）擴(kuò)建工程，分為5 個(gè)潛流濕地區(qū)域，共113 個(gè)單元（潛流濕地剖面結(jié)構(gòu)如圖2）。潛流濕地單元外墻和單元隔墻均為200mm 厚的混凝土墻，單元墻體高度1.4m，粗砂、填料及種植土層總厚度1.2m，池體底部做地基平整與夯實(shí)處理。

圖2 潛流濕地剖面結(jié)構(gòu)圖

潛流濕地單元由防滲膜、級(jí)配水系統(tǒng)及導(dǎo)膜管、填料層、濕地植物構(gòu)成。自下而上填料分布為：粘土、防水土工膜、粗砂、D80-D120 礫石、D30-D80 礫石、D10-D30 礫石、D5-D10 礫石、粗砂級(jí)配填裝、種植土。

潛流人工濕地工程設(shè)計(jì)使用壽命為20 年。潛流濕地單元內(nèi)所有配水支管管道均采用U-PVC 給水管管材，耐壓等級(jí)為P≥0.6MPa，每根19m，垂直下方各45 度角對(duì)稱開孔，孔徑φ10-φ20，間距300-500mm 不等。

進(jìn)入潛流濕地單元的配水支管管徑為DN80，管材為U-PVC 管，支管上分別設(shè)DN80 蝶閥，出水管徑為DN100PE 管，設(shè)置DN100 蝶閥。在集水區(qū)底部敷設(shè)導(dǎo)膜管，主要用于定期排污，管徑為DN200，設(shè)置DN200 蝶閥。

2.5.1 水生植物 水生植物是人工濕地的重要組成部分。濕地水生植物主要包括挺水植物、沉水植物和浮水植物。不同植物種群配置對(duì)人工濕地凈化能力的影響不同，不同的植物類型對(duì)不同的污染物質(zhì)具有一定的針對(duì)性。一般人工濕地不只是配置單一的某一種植物，而是配置比較多的植物，不同植物的搭配及在床體的位置對(duì)污染物的去除能力存在差異。

濕地水生植物的選擇原則如下：①能適應(yīng)當(dāng)?shù)厣L(zhǎng)的植物或天然濕地原存的優(yōu)勢(shì)品種。②根據(jù)處理對(duì)象即污水特性選擇適宜植物，如多年生的蘆葦、菖蒲、香蒲、鳶尾等，去除BOD5、N、P 效率較高。這些植物根系發(fā)達(dá)，是微生物棲息生長(zhǎng)的良好介質(zhì)，在根區(qū)能形成巨大的生物量，具有強(qiáng)大的凈化能力。③多種植物混植或串聯(lián)種植，能夠發(fā)揮各自優(yōu)點(diǎn)，提高系統(tǒng)的總體污水凈化能力。④采用綜合利用價(jià)值高的植物，提高經(jīng)濟(jì)效益。

本項(xiàng)目根據(jù)銀川市實(shí)際情況，選擇蘆葦、香蒲、菖蒲3種植物作為潛流人工濕地的優(yōu)勢(shì)建群種，同時(shí)考慮其他寧夏回族自治區(qū)特有水生植物的搭配。本項(xiàng)目潛流人工濕地設(shè)計(jì)建植水生植物的種植密度、面積和數(shù)量，見表3。

表3 潛流濕地植物種類和面積統(tǒng)計(jì)表

種植密度可根據(jù)實(shí)際情況在16 株/m2-25 株/m2之間做適當(dāng)調(diào)整，株距為2cm-2.5cm。本項(xiàng)目考慮到永寧縣海拔和氣候等因素，為保證建植植物的成活率和施工過(guò)程中的折損情況，種植密度按照25 株/m2設(shè)計(jì)。水生植物每年冬季進(jìn)行收割。

2.5.2 填料選擇原則 ①填料基質(zhì)的選擇原則。應(yīng)根據(jù)基質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度、比表面積、穩(wěn)定性、孔隙度等選擇，并且滿足以下條件：1）具有一定的機(jī)械強(qiáng)度；2）具有一定的生物、化學(xué)及熱力學(xué)穩(wěn)定性；3）應(yīng)對(duì)微生物無(wú)害，無(wú)抑制生物生存作用；4）從維修角度講，應(yīng)具備可再生性；5）對(duì)磷和重金屬離子含量較高的污水，宜采用卵石、花崗巖等填料；6）由于填料用量較大，盡量“因地制宜，就地取材”。②常規(guī)選用。1）河卵石為最佳填料，質(zhì)地堅(jiān)硬，抗機(jī)械撞擊性能強(qiáng)，表面光滑，生物膜宜著床，也宜排除死亡生物膜，不易堵塞。2）石英石、長(zhǎng)石也可，機(jī)械強(qiáng)度及耐腐蝕條件較好，對(duì)污水中弱酸、弱堿、氯離子均有耐腐蝕能力，有條件的可以球磨，使其表面光滑一些。3）人造鑄石、陶粒等也可用做填料，但造價(jià)較高。當(dāng)?shù)睾勇咽a(chǎn)量較大，可就地取材，因此填料選用河卵石和礫石。

2.6 表流人工濕地

2.6.1 單元功能 潛流濕地處理后的污水進(jìn)一步通過(guò)表流濕地植物根系吸收去除污染物，穩(wěn)定潛流濕地出水水質(zhì)的作用，同時(shí)形成水面景觀，增加生物多樣性，經(jīng)表流濕地處理后的水體，排入永二干溝。

2.6.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 該區(qū)域種植水生植物需要增加生物多樣性及觀賞性，選擇品種主要為淺水區(qū)種植蘆葦、菖蒲、香蒲等挺水植物。植物種植的種類和數(shù)量見表4。水生植物在每年冬季進(jìn)行收割。

表4 表流濕地植物種植種類及數(shù)量

3 應(yīng)用效益分析

3.1 生態(tài)環(huán)境效益

本項(xiàng)目年深度凈化污水2190 萬(wàn)噸，將通過(guò)生態(tài)凈化處理有效降低永二干溝污染物總量，改善水環(huán)境；各種污染物均能得以進(jìn)一步有效削減，實(shí)現(xiàn)年削減COD 達(dá)438噸、BOD5達(dá)87.6 噸、NH3-N 達(dá)76.68 噸，TP 達(dá)4.38 噸。處理后出水水質(zhì)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。由于出水水質(zhì)穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)，可以作為區(qū)域生態(tài)廊道和濕地公園的補(bǔ)充水源，以及市政道路綠化等景觀用水，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的污水資源化。因此，該工程的環(huán)境效益明顯。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

本項(xiàng)目的實(shí)施，重點(diǎn)針對(duì)永寧縣污水處理和水環(huán)境治理，將進(jìn)一步改善城市生態(tài)環(huán)境，為發(fā)展綠色GDP 和提高城市發(fā)展活力提供有力支持，更有利于投資環(huán)境的改善，增加招商引資的吸引力。為全面提高城市居民節(jié)約用水意識(shí)，水資源綜合利用意識(shí)提供了榜樣，以及在促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展等諸多方面產(chǎn)生難以計(jì)量效益。

3.3 社會(huì)效益

提高公共健康水平、促進(jìn)社會(huì)穩(wěn)定。本項(xiàng)目的效益主要是在于本項(xiàng)目的實(shí)施使項(xiàng)目周圍區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量從根本上得以改善，從而顯著改善區(qū)域人居環(huán)境、現(xiàn)有的衛(wèi)生條件，提高居民的健康水平和生活質(zhì)量，從而促進(jìn)社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展。本項(xiàng)目的實(shí)施，可以有效推動(dòng)人工濕地技術(shù)在高原寒冷缺氧條件下對(duì)城鎮(zhèn)生活污水、工業(yè)有機(jī)污水生態(tài)凈化處理的推廣應(yīng)用，并對(duì)高原寒冷地區(qū)流域、河道、雨水處理與凈化、污染水體的生物修復(fù)與生態(tài)恢復(fù)、生物多樣性營(yíng)建與恢復(fù)、生態(tài)景觀建設(shè)等起到良好的示范作用。同時(shí)，為當(dāng)?shù)厝嗣裉峁┝己玫纳?、娛?lè)、工作、學(xué)習(xí)及休閑環(huán)境。

主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表5。

表5 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表

4 結(jié)束語(yǔ)

本文圍繞永寧縣永二干溝人工濕地改造擴(kuò)建工程展開研究，本項(xiàng)目采用北方型的“潛流人工濕地+表流人工濕地”生態(tài)型污水處理工藝作為工程建設(shè)優(yōu)選工藝方案，技術(shù)成熟可靠。前部潛流人工濕地以凈化污水中污染物為主，后部表面流人工濕地以阻攔絮狀污泥提高濕地公園觀賞性為主。經(jīng)過(guò)本工程實(shí)踐表現(xiàn)，采用高效人工濕地技術(shù)可以有效降低污水處理廠排放尾水的污染物濃度，大大提高污染物削減量，并能創(chuàng)造較大的生態(tài)環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。