PKA人工濕地技術(shù)在河道深度處理中的應(yīng)用

鄒合萍 陸效軍

摘要 采用PKA人工濕地技術(shù)，對(duì)浙江省某污染河道進(jìn)行深度處理，通過(guò)濕地下游布水、上游排水至河道，強(qiáng)制性增強(qiáng)了河道的流動(dòng)性。介紹了濕地設(shè)計(jì)參數(shù)，同時(shí)對(duì)工程造價(jià)、運(yùn)營(yíng)管理及運(yùn)行成本進(jìn)行分析。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，該技術(shù)具有出水水質(zhì)穩(wěn)定、運(yùn)行管理簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，出水各指標(biāo)均達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)COD、NH3-N、TP去除率分別為75.0%、672%、83.1%。

關(guān)鍵詞 PKA人工濕地;深度處理;循環(huán)處理

中圖分類號(hào) TU992文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2019）19-0096-03doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.19.028

Abstract PKA constructed wetland technology was applied in advanced treatment of a polluted river water in Zhejiang Province. The flow of water in the river was forcibly enhanced by distributing water downstream of the wetland and draining it upstream to the river.The wetland design parameters were introduced， and the project cost， operation management and operation cost were analyzed.The actual operation results showed that wetland technology had the advantages of stable effluent quality， simple operation and management， etc.The efluent met the class Ⅳ criteria specified in the Environmental Quality Standards for Surface Water（GB 3838-2002），and the removal rate of COD， NH3N and TP were 75.0%， 67.2% and 83.1% respectively.

Key words PKA constructed wetland;Advanced treatment;Circular treatment

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化的加速進(jìn)行和各污水處理設(shè)施建設(shè)的不到位，河道的黑臭、水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。國(guó)務(wù)院頒發(fā)的《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》、住建部頒發(fā)的《城市黑臭水體整治工作指南》以及水利部頒發(fā)的《關(guān)于加快推進(jìn)水生態(tài)文明建設(shè)工作的意見(jiàn)》等相關(guān)文件都明確了河道水體整治的必要性，并提出了到2030年城市建成區(qū)黑臭水體總體得到消除的控制性目標(biāo)，以達(dá)到提升人居環(huán)境質(zhì)量，有效改善城市生態(tài)環(huán)境的目的。

人工濕地工藝具有投資少、運(yùn)行管理簡(jiǎn)單、處理效果和景觀效果好等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外已被廣泛應(yīng)用于各種污水的處理，比如農(nóng)村生活污水治理、工業(yè)廢水治理、河道生態(tài)治理等[1-5]。國(guó)內(nèi)對(duì)于人工濕地應(yīng)用于河道水質(zhì)提升也有一些研究，如潘震等[6]采用復(fù)合垂直流人工濕地技術(shù)處理黑臭河道水體，COD去除率達(dá)50%左右，總氮和總磷去除率均達(dá)到50%以上。聶志丹等[7]研究表明，垂直潛流人工濕地對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的處理有明顯效果，尤其氨氮、總氮和總磷污染物的去除效果較佳。國(guó)內(nèi)對(duì)于人工濕地應(yīng)用于污水處理廠尾水提升、農(nóng)村生活污水的研究，主要是針對(duì)介質(zhì)比選、氮磷污染物去除效果、植物比選、污水凈化機(jī)制等方面[8-11]，而對(duì)應(yīng)用于河道水質(zhì)提升的研究則較少。

筆者以水質(zhì)不穩(wěn)定的浙江省某河道為研究對(duì)象，以PKA人工濕地技術(shù)為主體，對(duì)PKA人工濕地技術(shù)的凈化原理、設(shè)計(jì)參數(shù)以及對(duì)河道深度處理后水質(zhì)提升的效果及成本分析等進(jìn)行探討。

1 PKA人工濕地技術(shù)

PKA人工濕地技術(shù)是從德國(guó)引進(jìn)、浙江達(dá)人環(huán)保科技股份有限公司根據(jù)國(guó)內(nèi)實(shí)際情況自主研發(fā)改良的一種污水處理技術(shù)，該技術(shù)充分利用物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)同作用，通過(guò)過(guò)濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸附和微生物分解作用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的高效凈化。PKA人工濕地主要由介質(zhì)、植物和附著在介質(zhì)上的微生物組成，是濕地發(fā)揮凈化污水作用的關(guān)鍵組成[12-13]。PKA人工濕地介質(zhì)是由5層不同介質(zhì)按特定比例組合而成，介質(zhì)層由上至下分為好氧區(qū)、兼氧區(qū)、厭氧區(qū)，為好氧微生物、厭氧微生物提供生長(zhǎng)和工作環(huán)境。PKA人工濕地是垂直潛流型濕地，污水自沉淀池經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的靜置、厭氧反應(yīng)后，通過(guò)提升泵提升至濕地。污水中的污染物在PKA人工濕地的5層特殊介質(zhì)混合層中被降解而去除。

該項(xiàng)目采用的PKA潛流濕地為浙江達(dá)人環(huán)保科技股份有限公司專利技術(shù)：“介質(zhì)復(fù)合型人工濕地的景觀水生態(tài)凈化處理系統(tǒng)及其方法”（專利號(hào)：ZL200710041961.7），該技術(shù)已多次成功運(yùn)用于農(nóng)村生活污水治理項(xiàng)目中。

2 實(shí)例應(yīng)用

2.1 研究區(qū)域概況

該項(xiàng)目所處位置為浙江省某河道，該河道周邊為農(nóng)村居民、工業(yè)工廠、養(yǎng)殖廠以及海洋生物園。該河道治理前，由于周邊大量工業(yè)廢水溢流進(jìn)入河中，流動(dòng)性差，且農(nóng)村居民生活污水未經(jīng)處理直排至大干河，導(dǎo)致河道受到嚴(yán)重污染，致使河道水質(zhì)渾濁，底泥上浮，水體呈黃綠色、乳白色，河水散發(fā)出難聞的異味。尤其到了夏天，河水臭氣熏天，蚊蠅孳生，嚴(yán)重影響了附近居民的生活環(huán)境。該河道全長(zhǎng)1 200 m，寬度5～6 m，總水量約10 000 m3。

為了整治河道現(xiàn)狀，采取了以下措施：①截?cái)嗪拥牢廴驹矗床鸪嫌勿B(yǎng)豬場(chǎng)，實(shí)施園區(qū)內(nèi)雨污水主管網(wǎng)改造工程，督促園區(qū)內(nèi)企業(yè)完成企業(yè)內(nèi)部管網(wǎng)改造工程。②污水處理達(dá)標(biāo)后再排放。實(shí)施河道周邊農(nóng)村居民生活污水截污納管，實(shí)施海洋生物園污水處理廠提升改造工程，污水處理達(dá)標(biāo)后再排放。③美化、凈化河道。對(duì)河道兩側(cè)進(jìn)行綠化改造，實(shí)施河道水體生態(tài)修復(fù)工程，如生態(tài)浮島、曝氣。由于該河道流動(dòng)性差，污染嚴(yán)重，雖然采取了截污納管、生態(tài)浮島、增氧曝氣技術(shù)等措施，但水體水質(zhì)仍然處于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）劣Ⅴ類水，水質(zhì)不穩(wěn)定，而且水體的透明度仍有待提高（低于20 cm）。為了提升該河道的水質(zhì)至Ⅴ類水體，提高水體的透明度，擬采用PKA人工濕地技術(shù)對(duì)河道水體進(jìn)行深度處理，以達(dá)到目標(biāo)要求。

2.2 河道水環(huán)境治理

2.2.1 濕地工程的構(gòu)建。

該項(xiàng)目中的濕地總建設(shè)面積為1 500 m2，河道水量約10 000 m3，故循環(huán)周期約為10 d/次，大大地提高河道整體的流動(dòng)性，具體的濕地平面布置示意圖如圖1所示。循環(huán)水泵放置于河道下游，將河道水提升至附近的集水井，隨后經(jīng)提升泵通過(guò)布水管道以垂直潛流方式進(jìn)行均勻布水，經(jīng)過(guò)濕地介質(zhì)和介質(zhì)上的微生物多重降解、吸附、凈化等作用，最后經(jīng)集水管從排水口排入河道上游。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和景觀效果的考慮，半埋式濕地最為方便?；娱_(kāi)挖后，進(jìn)行素土夯實(shí)并細(xì)砂填平，底部及基坑四周鋪設(shè)PE防滲膜，防止待處理河水往地下滲漏。濕地基坑四周構(gòu)建構(gòu)造柱和圈梁，并實(shí)心厚磚混凝土粉刷，保證濕地的穩(wěn)固性。建設(shè)在河道中間段河邊，便于濕地的供水和排水，主要用于河道水體的深度處理、水質(zhì)提升，并增加水體的流動(dòng)性。

2.2.2 介質(zhì)攤鋪。

濕地介質(zhì)層為5層介質(zhì)層，每一層介質(zhì)層的介質(zhì)粒徑配合比、組成成分、厚度與待處理的污水濃度有關(guān)系。介質(zhì)不僅過(guò)濾固體物、固定由細(xì)菌引起的薄膜，而且通過(guò)表面的吸附和氧化作用提高對(duì)污染物的去除。從濕地系統(tǒng)處理能力和使用年限來(lái)考慮，選擇最優(yōu)化合理的介質(zhì)粒徑配合比，以確保合理的水傳導(dǎo)性，緩解濕地基質(zhì)堵塞現(xiàn)象[14]，則是介質(zhì)攤鋪的關(guān)鍵。

濕地構(gòu)建經(jīng)過(guò)放線挖槽坑、處理基坑墊層、攤鋪防滲膜、接管注水后才開(kāi)始介質(zhì)攤鋪，分層回填?；靥顣r(shí)按300 mm一層進(jìn)行分層回填夯實(shí)，宜用人工夯實(shí)，小心施工，不得局部猛力沖擊設(shè)備。介質(zhì)選用環(huán)保型不同粒徑的砂礫，無(wú)二次污染。

2.2.3 植物選擇。

濕地植物選擇去污能力強(qiáng)、根系發(fā)達(dá)、耐寒、四季常綠、便于管理的水生植物，包括菖蒲、美人蕉、西伯利亞鳶尾、傘葉花，種植密度8～12株/m2。同種植物沿著布水管道均勻種植，其中以易打理、長(zhǎng)勢(shì)良好的美人蕉、西伯利亞鳶尾為主。

2.2.4 運(yùn)行方式。

循環(huán)水泵配備過(guò)濾網(wǎng)，以防止懸浮物、樹(shù)枝等雜物堵塞，影響正常運(yùn)行。循環(huán)水泵從河道下游將河水通過(guò)沿河道鋪設(shè)的DN250 PE進(jìn)水管道提升至集水井，經(jīng)過(guò)若干小時(shí)的靜置后，由2臺(tái)提升泵同時(shí)布水。提升泵選型為流量Q=100 m3/h，H=36 m，功率15 kW，每天運(yùn)行時(shí)間為5 h。為了濕地均勻穩(wěn)定布水，水泵的啟動(dòng)和關(guān)停通過(guò)水位浮球和水泵控制器聯(lián)合控制。下游的河水經(jīng)濕地凈化后，通過(guò)鋪設(shè)在上游的DN300出水管自流排出。以此循環(huán)，河道內(nèi)的水體循環(huán)流動(dòng)起來(lái)。

2.3 運(yùn)行效果及成本

初始運(yùn)行前，需對(duì)濕地介質(zhì)進(jìn)行沖刷沖洗。運(yùn)行1個(gè)月后，在河道水體pH為6～9，COD、NH3-N、TP平均濃度分別為60.23、4.21、1.30 mg/L的情況下，濕地出水水質(zhì)為pH 6～9，COD、NH3-N、TP平均濃度分別為1505、1.38、0.22 mg/L，污染物去除率分別為75.0%、672%、83.1%。經(jīng)過(guò)濕地多次對(duì)河道水體的循環(huán)處理，河道水體各指標(biāo)也達(dá)到了GB 3838—2002 Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)要求，優(yōu)于設(shè)計(jì)的Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)要求。

由于除水泵外無(wú)其他機(jī)械設(shè)備，故運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，只需定期清除雜草、枯死植株即可，對(duì)于生長(zhǎng)茂盛或成熟后的植物要按時(shí)收割，以防枝葉遮擋其他植物的光照和濕地介質(zhì)的晾曬。PKA人工濕地?zé)o泥土、表面不積水、無(wú)臭味，且外觀看像生態(tài)家園，與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

投資和運(yùn)營(yíng)成本與水質(zhì)水量、選取的組合工藝、排水標(biāo)準(zhǔn)以及地域等因素息息相關(guān)[15]。該項(xiàng)目中PKA人工濕地建設(shè)費(fèi)造價(jià)131.2萬(wàn)元，其中配件1.2萬(wàn)元，比其他組合工藝深度處理的投資成本低[16]。運(yùn)行成本主要包括電費(fèi)、人工費(fèi)，平均水處理成本為0.14元/m3。河道水體水質(zhì)穩(wěn)定后，可考慮延長(zhǎng)循環(huán)周期，縮減運(yùn)行成本。

3 結(jié)論

傳統(tǒng)的生態(tài)浮島、增氧曝氣等技術(shù)對(duì)于污染較嚴(yán)重、流動(dòng)性差、開(kāi)放式流域的河道水體來(lái)講，不能從根本上改善水體水質(zhì);PKA人工濕地技術(shù)作為一種生態(tài)處理技術(shù)，設(shè)計(jì)從下游布水、上游排水至河道的理念，強(qiáng)制性增強(qiáng)了河道水體的流動(dòng)性，能有效地將污染嚴(yán)重的河道水質(zhì)提升至Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)要求。該項(xiàng)目采用PKA人工濕地技術(shù)，設(shè)計(jì)總循環(huán)處理水量10 000 m3，日處理量1 000 m3/d，循環(huán)周期10 d/次，濕地出水水質(zhì)略優(yōu)于Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)COD、NH3-N、TP去除率分別為75.0%、67.2%、83.1%。

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