人工濕地保護水源地的探討

宋晨 李巖

水源地-大多為水庫是人類賴以生存的根本，同時在城市發(fā)展中具有重要的地位。雖然，人們運用現(xiàn)有技術(shù)通過引水等方式暫時緩解了水源的緊張，很多水源地也被作為備用水源而不被人們重視，但是真正的淡水資源匱乏沒有得到根本的緩解。很多人缺少水源保護的意識，浪費、污染現(xiàn)象隨處可見，尤其是水源地周邊地理環(huán)境的優(yōu)勢，風景秀麗，越來越多的開發(fā)在其周圍展開，很多水源地面臨著污染甚至已經(jīng)受到了不同程度的污染。在很多現(xiàn)實問題難以解決的情況下，只有將水源地武裝起來才能避免被污染破壞。

人工濕地污水處理技術(shù)是一種水體生物生態(tài)綜合治理技術(shù)，其原理是利用自然生態(tài)系統(tǒng)中物理、生物和生物化學(xué)的三重作用共同來實現(xiàn)對污水的處理。人工濕地技術(shù)在的廣泛應(yīng)用表明，它是一種處理效果穩(wěn)定、投資低、運行成本低、易管理的污水處理技術(shù)。

20世紀70年代，西德首次建造人工濕地，由此開始了對人工濕地的研究和應(yīng)用。該水處理技術(shù)在我國起步較晚，研究開始于1987年在天津建成的第一個實驗蘆葦濕地，目前該技術(shù)在我國仍處于起步階段。人工濕地技術(shù)已被廣泛應(yīng)用，涉及領(lǐng)域包括處理生活污水、工業(yè)廢水、礦山及石油開采廢水等[1]，已發(fā)展成為進行湖泊水庫等大型水體水質(zhì)改善的一個有效方法。

點源污染是水體污染的重要原因之一。而生活污水和工業(yè)廢水是最主要的點源排放。水源地附近的開發(fā)雖然考慮到了這些問題，將周邊生活和工業(yè)污水截流不進入水源地處理排放，卻忽視了初期雨水的污染問題。由于人類的活動，造成了地面存在著污染物，這些污染物質(zhì)隨著雨水進入水源地，對水源地造成了污染。初期雨水不同于一般污水，其污染物含量相對較低，且流量比較大，運用常規(guī)技術(shù)處理具有一定的難度。本論文將討論人工濕地技術(shù)在這方面的應(yīng)用。同時考慮到降雨的不確定性和收集等方面的問題，本論文中采用和雨水水質(zhì)類似的污水處理廠二級出水作為實驗對象。

本研究根據(jù)上述方面的考慮，基于唐皓等人的研究 [2]，改進了傳統(tǒng)人工濕地實驗設(shè)備的結(jié)構(gòu)和運行方式，研究該裝置在我國北方（大連）對城市污水的深度凈化效果，為初期雨水的處理起到指導(dǎo)作用，進而達到保護水源地的目的。

一、水源地保護流程

二、實驗內(nèi)容及方法

2.1實驗設(shè)計及流程

為了反映在北方戶外的運行效果，本實驗設(shè)計的實驗裝置安放于戶外，常年運行于戶外自然條件下，以得到真實的運行效果。整個裝置包括三級串聯(lián)人工濕地單元，第一單元采用上向流、潛流方式，其他單元采用下向流、表面流的方式，各級單元由管路連結(jié)，污水經(jīng)泵提升后進入第一單元，然后靠重力流方式進入后續(xù)單元。同時設(shè)計對照反應(yīng)器，與第一單元進行對照，考察植物在處理過程中的作用，其體積為第一單元的十分之一。

具體設(shè)計參數(shù)：

（1）各級實驗裝置均為長1.0m、寬0.7m，一級單元布水區(qū)在底部設(shè)置，而二、三級單元底部為集水區(qū)，各級底部鋪放鋼網(wǎng)，防止填料泄露。第一級單元深為1.5m，其他單元均為1.2m；第一級單元有效水深為1.3m，其他單元均為1m。為了在實驗裝置下部形成厭氧區(qū)域，各級裝置的深度均大于一般濕地，該厭氧區(qū)域相當于前處理系統(tǒng)的穩(wěn)定塘或厭氧塘，進而節(jié)省濕地系統(tǒng)的占地面積；

（2為了避免土壤系統(tǒng)表面短流現(xiàn)象，同時增加填料表面積以利于微生物代謝活動，本實驗采用輕質(zhì)陶粒濾料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的土壤或砂石作基質(zhì)。下層由粒徑為7-8mm的大粒徑陶粒填裝，填裝高度一級單元為80cm，其他單元為60cm；上層由粒徑為2.5-3.5mm的小粒徑陶粒填裝，填裝高度一級單元為40cm，其他單元為30cm。平均孔隙率為46.1%。植物采用蘆葦，為大連地區(qū)常見的；

本實驗裝置對傳統(tǒng)濕地實驗裝置作了結(jié)構(gòu)上的改進：在進水和出水端設(shè)置了不同高度的進水口和出水口，可以通過改變進、出水的方式和水的流動方式來改變濕地的類型，以適應(yīng)不同類型的原水水質(zhì)，進而達到較好的處理效果，以便節(jié)省投資。最后，建立無植物的對照單元，用以考察植物的作用。

2.2實驗的操作管理

分兩階段進行實驗：5月中旬至7月下旬為第一階段，作為初運行階段，該階段溫度較低，采用停留時間較長，設(shè)計流量260L/d，表面負荷372mm/d，各級停留時間均為3d，總停留時間9 d，對照單元設(shè)計流量26L/d，停留時間約3d；從7月下旬開始為第二階段，該階段氣溫較高且設(shè)備內(nèi)部環(huán)境較穩(wěn)定，采用停留時間較短，設(shè)計流量380L/d，表面負荷543mm/d，各級停留時間均為2d，總停留時間6 d，對照單元設(shè)計流量38L/d，停留時間約2d。

2.3原水水質(zhì)

本實驗進水采用水質(zhì)類似雨水的大連某污水處理廠的二級出水，主要水質(zhì)指標如下：

CODcr：30-60mg/l，TN：20-60mg/l，NH3-N：10-30mg/l，NO2-N：0.5-5mg/l，TP：1-5mg/l。

三、實驗結(jié)果

經(jīng)過實驗分析結(jié)論如下【3】：

（1）三級串聯(lián)人工濕地系統(tǒng)能夠較好的處理低濃度的污水，其出水可以達到中水回用的標準。同時該裝置能夠脫氮除磷效果，可有效防治“水體富營養(yǎng)化”。

（2）人工濕地系統(tǒng)設(shè)計中的重要參數(shù)之一是停留時間，選擇適當?shù)耐Ａ魰r間可以達到預(yù)期的凈化效果。

（3）因為TN的去除以生物反應(yīng)為主，因此TN的去除需要的停留時間較長；而TP以吸附去除為主， 故TP的去除需要的停留時間較短，停留時間長會造成解吸附現(xiàn)象，也會造成厭氧釋磷現(xiàn)象，從而影響效果。

（4）植物是人工濕地中重要的組成部分之一，在很大很大程度上影響處理效果。因此選擇植物很重要。

四、結(jié)論

實驗結(jié)果表明，人工濕地技術(shù)作為處理污水處理廠二級出水深度處理技術(shù)是可行的。雖然實驗沒有用初期雨水作為實驗對象，但是人工濕地技術(shù)用作初期雨水的處理單元在理論上是可行的。這就為水源地的保護提供了新的思路，為進一步的研究打下了基礎(chǔ)。

參考文獻

[1]籍國東，孫鐵珩等.人工潛流濕地處理稠油采出水的實驗研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2001，

21（5）：619-621.

[2]唐皓，項學(xué)敏.周集體.表面流人工濕地設(shè)計的改進及污水凈化效果的研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2005，24（增刊）：125-129.

[3]宋晨，項學(xué)敏.周集體.人工濕地對北方城市污水深度處理效果的研究[J].環(huán)境污染與防治，2007，29（6）：433-436，442.

（作者單位：大連大化工程設(shè)計有限公司；大連市城市交通設(shè)計研究院）