人工濕地城市污水處理廠尾水處理探索與實(shí)踐
——以某工程為例

文／韓玉雷 淮安城市開發(fā)建設(shè)有限公司 江蘇淮安 223001

引言：

人工濕地自應(yīng)用到污水廠尾水處理以來，已成為一種比較完善成熟的城市污水尾水處理技術(shù)，在90 年代引入中國，并在多個(gè)地區(qū)得到成功應(yīng)用。人工濕地主要由填料、植物以及附著在填料表面的微生物三部分構(gòu)成。通過一系列的化學(xué)和物理反應(yīng)，人工濕地可以實(shí)現(xiàn)對(duì)污水尾水的分解和降解。

文章[1]采用了“水平潛流+表面流”的復(fù)合人工濕地的辦法，對(duì)污水廠尾水進(jìn)行處理，取得了很好的效果。文章[2]分析了人工濕地的原理和對(duì)污水廠尾水處理的優(yōu)勢(shì)。文章[3]由于城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)尾水仍然有豐富的氮磷等元素。作者根據(jù)現(xiàn)有的除污方式，探討了混凝沉淀法、吸附法、膜分離法、臭氧氧化法、高錳酸鉀氧化法、Fenton 氧化法、曝氣生物濾池、生物活性炭、膜生物反應(yīng)器、穩(wěn)定塘、人工濕地的技術(shù)研究與應(yīng)用。文章[4]介紹了采用曝氣生物濾池與人工濕地的組合工藝處理污水廠尾水，根據(jù)單項(xiàng)試驗(yàn)優(yōu)化各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，設(shè)計(jì)出了組合工藝的最優(yōu)運(yùn)行條件。文章[5]介紹了采用人工濕地工藝處理造紙污水二級(jí)生化處理廠出水(尾水)。

從上述的文獻(xiàn)中可以很明顯的看出，人工濕地是對(duì)污水廠尾水處理的一個(gè)很好的解決方案。本工程采用水平潛流。填料選擇石灰石、沸石以及礫石搭配方案。主要栽培的植物有美人蕉、菖蒲、蘆葦?shù)戎参锏慕M合。污水處理廠尾水濕地工程擬采用“生態(tài)塘+水平潛流人工濕地”工藝。各級(jí)處理單元依次相連，對(duì)水體中的污染物進(jìn)行逐級(jí)凈化去除，最終達(dá)到水質(zhì)改善的目標(biāo)。

1.工程初步設(shè)計(jì)

1.1 項(xiàng)目具體規(guī)模

人工濕地主體面積約為15000 m2，（其中生態(tài)塘約3000 m2，人工濕地約10000 m2，其余為設(shè)計(jì)道路及濕地綠化），處理規(guī)模1 萬m3/d；進(jìn)水管網(wǎng)約500m，出水管網(wǎng)約700m。

1.2 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

污水廠工程擬開展30%中水回用工程，本項(xiàng)目中水主要回用于污水廠內(nèi)部及城南經(jīng)濟(jì)新區(qū)道路灑水、綠化以及景觀用水等。

本項(xiàng)目人工濕地設(shè)計(jì)的進(jìn)、出水的水質(zhì)如表1 所示。

表1 人工濕地設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)一覽表

1.3 工藝流程

結(jié)合本項(xiàng)目的實(shí)際情況和各種工藝的技術(shù)特點(diǎn)，污水處理廠尾水濕地工程擬采用“生態(tài)塘+水平潛流人工濕地”工藝。各級(jí)處理單元依次相連，對(duì)水體中的污染物進(jìn)行逐級(jí)凈化去除，最終達(dá)到水質(zhì)改善的目標(biāo)。生態(tài)塘與水平潛流模式組成的人工濕地是其主要的功能單元。工藝中不同處理單元的功效如下表2 所示。

表2 人工濕地不同處理單元功能

2.污水處理廠尾水處理工程建設(shè)

2.1 工藝選擇

按照人工濕地中水在濕地流動(dòng)方式的特點(diǎn)，人工濕地一般可以分為表面流人工濕地、水平流人工濕地、垂直流人工濕地、多元組合人工濕地四大類。其主要特點(diǎn)如表3 所示。考慮到垂直潛流人工濕地構(gòu)造與管理較為復(fù)雜，易堵塞，建設(shè)費(fèi)用高，因此本次工程推薦主體工藝采用水平潛流人工濕地。

表3 人工濕地的主要特征

2.2 進(jìn)、出水管道的材質(zhì)選擇

不同材質(zhì)的管道，其制作工藝，受力結(jié)構(gòu)，敷設(shè)安裝和維護(hù)管理不盡相同，現(xiàn)就目前國內(nèi)常用管材比較如下：

2.2.1 球墨鑄鐵管

具有承受內(nèi)壓高和受外荷載大的特點(diǎn)，具有較強(qiáng)的耐腐蝕性、嚴(yán)密性強(qiáng)，使用壽命長。

2.2.2 鋼管

具有承受內(nèi)壓高和受外荷載大的特點(diǎn)，韌性好、耐沖擊，對(duì)復(fù)雜地形地基有很強(qiáng)的適應(yīng)性，缺點(diǎn)是鋼管的腐蝕相對(duì)容易，對(duì)其要求較高，后期維護(hù)也比較麻煩，工程的使用壽命也比水泥管、球墨鑄鐵管短，造價(jià)也相對(duì)要高很多。

2.2.3 預(yù)應(yīng)力鋼筋砼管

水力條件較好，防腐蝕性能好，最突出的優(yōu)勢(shì)是價(jià)格便宜。由于制作工藝限制，管道承受內(nèi)壓較低，抗外荷載能力較差，且破損率高達(dá)15%，因此在管道工程中的選用，將受到一定的限制。

2.2.4 玻璃鋼夾砂管

具有內(nèi)壓力高，內(nèi)壁光滑，摩阻系數(shù)小，節(jié)能，不需防腐措施，管長接頭少等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是施工安裝技術(shù)要求較高，施工程序較多。

2.2.5 塑料管

是傳統(tǒng)鐵管、鋼管的升級(jí)替換產(chǎn)品。PE 管具有重量輕、強(qiáng)度高：在正常使用條件下可承受不大于1.0Mpa 的工作壓力。使用壽命長、流量大。

綜合以上管材的生產(chǎn)工藝、技術(shù)性能、結(jié)構(gòu)組成及施工、維護(hù)管理和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)及資金狀況等因素，同時(shí)考慮當(dāng)?shù)剡x擇管材的習(xí)慣，本工程二期人工濕地進(jìn)水管采用實(shí)壁 PE 管。

2.3 污水廠尾水預(yù)處理

在人工濕地前設(shè)置的處理工藝，如格柵、沉砂、初沉、均質(zhì)、水解酸化、穩(wěn)定塘、厭氧、好氧等。當(dāng)濕地進(jìn)水的水量波動(dòng)大、泥沙含量多或懸浮物 濃度高（如潛流濕地進(jìn)水懸浮物濃度高于20mg/L）時(shí)，宜設(shè)生態(tài)滯留塘、生態(tài)礫石床、沉砂池、沉淀池或過濾池等，本次項(xiàng)目進(jìn)水懸浮物濃度低于10mg/L，濃度較低，預(yù)處理階段可不設(shè)置以上設(shè)施。

2.3.1 調(diào)節(jié)池

污水廠尾水水質(zhì)具有很明顯的波動(dòng)性，這種波動(dòng)對(duì)后續(xù)人工生態(tài)濕地功能具有一定的影響。同樣對(duì)于物化處理設(shè)施，水質(zhì)波動(dòng)越大，過程參數(shù)難以控制，處理效果越不穩(wěn)定；反之，波動(dòng)越小，效果就越穩(wěn)定。在這種情況下，應(yīng)在尾水后設(shè)置調(diào)節(jié)池，用于進(jìn)行水質(zhì)的均化和水量的調(diào)節(jié)，以保證尾水處理的正常進(jìn)行。

2.3.2 氣浮

氣浮是一種固液或液液分離工藝，主要用來處理廢水中靠沉降難以去除的乳化油或相對(duì)密度接近水的微小懸浮物和膠體。

2.3.3 沉淀池

沉淀池是應(yīng)用沉淀作用去除水中懸浮物SS 的一種構(gòu)筑物。沉淀池在廢水處理中廣為使用。

2.3.4 生態(tài)塘

生態(tài)塘主要依靠水域自然生態(tài)系統(tǒng)凈化污水。一般可通過動(dòng)植物的合理組合，對(duì)污水產(chǎn)生凈化效果。

綜上所述將生態(tài)塘布置于人工濕地起點(diǎn)，水生植物的換季及動(dòng)物的排泄物，可以補(bǔ)充水體碳源，提升后續(xù)主體工藝的處理效果，由于動(dòng)植物組合的多樣化，可隨當(dāng)?shù)靥厣蛟烊斯竦鼐坝^效果，大大提高了人工濕地的美觀度，生態(tài)塘也具有水質(zhì)、水量調(diào)整功能，滿足預(yù)處理需求，經(jīng)過土地調(diào)節(jié)池、氣浮、沉淀池、生態(tài)塘等進(jìn)行對(duì)比，本項(xiàng)目采用生態(tài)塘方案。

2.4 水生植物的選擇

在工程項(xiàng)目應(yīng)用中，對(duì)于人工濕地來講，選擇挺水植物是最佳的植物類型;對(duì)于潛流人工濕地，其水面位于填料以下的工藝特征使其在水生植物選擇時(shí)僅能選擇挺水植物，因此國內(nèi)相關(guān)規(guī)范/指南中對(duì)于潛流人工濕地以推薦挺水植物為主。

根據(jù)本次進(jìn)水濃度，本次搭配組合主體選取美人蕉+菖蒲+蘆葦。

3.項(xiàng)目生態(tài)效益和社會(huì)效益

3.1 項(xiàng)目生態(tài)效益

作為一種污水生態(tài)處理技術(shù)，人工濕地在植物-基質(zhì)-微生物的協(xié)同作用下對(duì)高郵市珠光污水處理廠尾水有深度凈化的效果，從而減少了下游的入河污染物排放量，降低了下游河道富營養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)。濕地建成后，污水廠尾水COD削減量可達(dá)到36.5t/a、BOD 削減量14.6t/a、TN 削減量10.95t/a、氨氮削減量7.3t/a，TP 削減量0.73t/a。除了常規(guī)的COD、BOD、NH3-N、TP 等污染物之外，人工濕地系統(tǒng)對(duì)其他有毒有害的污染物同樣具有良好的降解功能，比如重金屬、農(nóng)藥、部分持久性有機(jī)污染物及微量污染物等。人工濕地種植的水生植物，包括蘆葦、再力花、花葉蘆竹、旱傘草、美人蕉等也能有效地吸收有毒物質(zhì)，從而為下游河道提供源源不斷的優(yōu)質(zhì)水源，改善區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量水平。

利用人工濕地中存在的大量水生植物，可以很多的給各種魚蝦等提供食物，而這些魚蝦又是鳥類的食物，如此循環(huán)，起到了物種保護(hù)和生態(tài)多樣性的重要作用。

人工濕地也可以作為地下水層的補(bǔ)水站，從濕地流入到蓄水層的水可成為淺層地下水系統(tǒng)的一部分，淺層地下水可以作為周圍水系統(tǒng)的補(bǔ)水裝置，或最終流入深層地下水系統(tǒng)。

3.2 項(xiàng)目社會(huì)效益

某市的人工濕地城市污水尾水處理系統(tǒng)，走循環(huán)經(jīng)濟(jì)路線，提高人民生活質(zhì)量，增強(qiáng)區(qū)域再生水循環(huán)利用功能，功在當(dāng)代，造福子孫后代的戰(zhàn)略性工程。

本項(xiàng)目是河流域生態(tài)安全緩沖區(qū)建設(shè)將改善和提高水體水質(zhì)，改善農(nóng)業(yè)灌溉、漁業(yè)養(yǎng)殖的用水水質(zhì)，對(duì)預(yù)防各種傳染病、公害病、提高人民健康水平，起重要作用。

本項(xiàng)目對(duì)于減少環(huán)境污染、恢復(fù)城市生態(tài)環(huán)境、改善市民生活環(huán)境、促進(jìn)城市投資和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有極大的促進(jìn)作用，有助于提升城市品味和市民生活舒適度，使得城市形象和綜合競(jìng)爭(zhēng)力得到提高，其社會(huì)效益極其顯著。

結(jié)語：

本文以具體的工程實(shí)例為依據(jù)，介紹了人工濕地是對(duì)污水廠尾水處理的一個(gè)很好的解決方案。介紹了工程中人工濕地的主體工藝、進(jìn)出水管的材質(zhì)選擇、污水廠尾水預(yù)處理方案及水生植物的選擇。并進(jìn)行了建設(shè)人工濕地的生態(tài)環(huán)境效益分析，從分析可以明確看出，人工濕地方案不僅解決了污水廠的尾水問題，而且對(duì)城市環(huán)境改善有很好的輔助作用。