人工濕地在中水回用中的應(yīng)用研究

1、強(qiáng)艷艷，王曉，欒小麗，時(shí)應(yīng)征中國(guó)礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測(cè)繪學(xué)院，江蘇徐州 (221008)E-mail：摘 要：我國(guó)是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國(guó)家，中水回用技術(shù)則是解決我國(guó)水資源供需矛盾的問題。首先簡(jiǎn)單介紹了中水的定義、中水回用的處理工藝以及人工濕地的定義與類型。然后重點(diǎn)介紹了人工濕地在我國(guó)中水回用中的應(yīng)用實(shí)例，最后提出了中水回用在我國(guó)的問題與解決方法。關(guān)鍵詞：人工濕地；中水回用；應(yīng)用0 引言我國(guó)是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國(guó)家，人均水資源量?jī)H為2238.6m3，排在世界第109位，只相當(dāng)于世界人均占有量的1/4，屬于水資源脆弱國(guó)，是世界人均水資源極少的13個(gè)貧水國(guó)之一6，7。在全國(guó)669個(gè)城市中，有110個(gè)嚴(yán)重缺水，日缺

2、水量1600萬m3，每年因缺水造成工業(yè)產(chǎn)值損失2300多億元8。生活用水的人均使用量為50-300L/d，其中直接飲用或食用以滿足生理需求的消耗量?jī)H占5L/d左右，其余大部分的水主要用于洗滌、沖廁等衛(wèi)生目的，使用后會(huì)攜帶多種污染物5。為了解決我國(guó)日益突出的水資源供需矛盾，主要從兩個(gè)方面著手解決：一方面需要節(jié)約利用有限的水資源，另一方面則更應(yīng)積極推進(jìn)污水的回收利用技術(shù)，走水資源利用的可持續(xù)發(fā)展道路。中水回用技術(shù)正是符合這一目標(biāo)的技術(shù)，并且它有著投資省、見效快、運(yùn)營(yíng)成本低等特點(diǎn)9。1 中水與中水回用1.1中水的定義中水（reclaimed water）主要是指城市污水或生活污水經(jīng)處理后達(dá)到一定的水

3、質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、可在一定范圍內(nèi)重復(fù)使用的非飲用雜排水，其水質(zhì)介于上水與下水之間，是水資源有效利用的一種形式2?，F(xiàn)實(shí)生活中，中水回用具有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，美國(guó)曾經(jīng)拿城市污水和海水作比較，前者含有0.1污染物，而后者則含有3.5的溶解鹽 ，還有大量的有機(jī)物質(zhì) ，因而采用海水淡化 獲取水源的基建費(fèi)和單位成本都超過污水回用的費(fèi)用。由于回用水一般是就近采用，所以較新鮮水的長(zhǎng)途管道運(yùn)輸而言，成本較低，同時(shí)城市污水經(jīng)二級(jí)處理后回用，相應(yīng)也就減少了向水域的排放量，帶來了可觀的環(huán)境效益，這些環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益是統(tǒng)一的14。實(shí)踐表明，水回用在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上都是可行的，已成為一些缺水國(guó)家和地區(qū)解決水危機(jī)的有效途徑，具有重大的

4、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。美國(guó)有357個(gè)城市實(shí)現(xiàn)了污水處理后再利用；日本從20世紀(jì)60年代起一直大力研究和推廣城市回用和中水技術(shù)，廣泛供給工廠、企業(yè)和居民小區(qū)“中水道”沖洗廁所及雜用；南非在1986年建成了世界上第一座城市污水“再生水”廠，用作城市自來水的補(bǔ)充水源24。1.2 中水回用水源中水的水源較廣，但對(duì)建筑中水而言，其水源一般包括盥洗排水、沐浴排水、洗衣排水、廚房排水和廁所排水等。若考慮到處理費(fèi)用和處理的難易程度，對(duì)其選用的先后順序一般為：- 1 -1.3 中水回用處理方式目前，我國(guó)城市污水深度處理或三級(jí)處理已在應(yīng)用的工藝有混凝、沉淀、過濾等常規(guī)工藝，微絮凝過濾法以及生物接觸氧化后纖

5、維球過濾，生物炭過濾等方法。我國(guó)傳統(tǒng)的污水回用方法歸納有如下幾種21：(1)污水經(jīng)二級(jí)處理后，出水直接回用。(2)污水經(jīng)二級(jí)處理后，再經(jīng)過濾，供用水單位回用。(3)污水經(jīng)二級(jí)處理后，再經(jīng)混凝、沉淀、過濾后回用。(4)污水經(jīng)二級(jí)處理后，經(jīng)混合、沉淀、過濾、活性炭吸附后回用。(5)污水經(jīng)二級(jí)處理后 ，經(jīng)改造 AO法混凝、沉淀、過濾后回用。但是傳統(tǒng)污水回用方式存在著處理設(shè)施差，運(yùn)行成本較高，處理效果與處理量受限等缺點(diǎn)。所以需要尋找一種更經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的處理方式。2 人工濕地2.1 人工濕地的定義人工濕地（constructed wetland）是一詞最早是由澳大利亞的Mackney于1904年提出的，是

6、指人工建造和監(jiān)督控制的、工程化的沼澤地1但真正為污水處理目的而建造的濕地直到20世紀(jì)70年代才開展起來，“人工濕地” 或類似的術(shù)語也在此時(shí)才開始相繼問世1989年，美國(guó)著名的濕地研究、設(shè)計(jì)與管理專家Hammer3等人將人工濕地定義為：一個(gè)為了人類的利用和利益，通過模擬自然濕地，人為設(shè)計(jì)與建造的由飽和基質(zhì)、挺水與沉水植物、動(dòng)物和且尚不完全。水成的復(fù)合體（complex）但是我國(guó)的夏漢平4認(rèn)為此定義存在不必要的重復(fù)，他認(rèn)為人工濕地是指通過模擬天然濕地的結(jié)構(gòu)與功能，選擇一定的地理位置與地形，根據(jù)人們的需要人為設(shè)計(jì)與建造的濕地2.2 人工濕地的分類根據(jù)植物的存在狀態(tài)，人工濕地主要分為三種類型：浮水植物

7、系統(tǒng)，沉水植物系統(tǒng)，挺水植物系統(tǒng)28。其中，浮水植物系統(tǒng)有一些潛在的缺點(diǎn)。一方面在此系統(tǒng)中的植物為一種或少數(shù)幾種，易受到短時(shí)間內(nèi)部分或全部植物死亡，造成災(zāi)害性事件損害；另一方面，因?yàn)槿コ隣I(yíng)養(yǎng)物和維持植物最佳生長(zhǎng)率而進(jìn)行的收割，然而這些植物含水量一般高于95%，收割后需要干化，干化后的植物仍需要處理。所以，造成了此系統(tǒng)不能廣泛的應(yīng)用。而沉水植物系統(tǒng)目前主要處于試驗(yàn)階段，該系統(tǒng)水生植物完全淹沒于水中，系統(tǒng)中的水的濁度不能太高，否則會(huì)影響植物的光合作用28。因此，此系統(tǒng)適用于處理二級(jí)出水的高級(jí)處理29- 2 -表面流人工濕地(Surface Flow Wetlands縮寫為SFW)：污水在濕地表面漫

8、流，形成一層地表水流并從地表流出它與自然濕地最為接近，絕大部分有機(jī)物的去除是由生長(zhǎng)在植物水下的莖、桿上的生物膜來完成這種類型的人工濕地具有投資少、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)27這種濕地不能充分利用填料及豐富的植物根系，夏季容易滋生蚊蠅，產(chǎn)臭味，冬季在寒冷地區(qū)易發(fā)生表面結(jié)冰影響處理效果，衛(wèi)生條件亦不行，故設(shè)計(jì)中一般不采用潛流人工濕地 (Subsurface Flow Wetlands縮寫為SSFW)：污水經(jīng)配水系統(tǒng)在濕地的一端均勻進(jìn)入填料床植物的根區(qū)，在濕地床內(nèi)部流動(dòng)，凈化的出水由濕地末端集水管收集后排出水在濕地內(nèi)部流動(dòng)時(shí)，可充分利用填料表面及植物根系上生物膜及其它各種作用處理污水與表面流人工濕

9、地相比，水平潛流人工濕地的水力負(fù)荷大，對(duì)BOD、COD、SS、重金屬等污染指標(biāo)的去除效果好，而且很少有惡臭和孳生蚊蠅現(xiàn)象目前，水平潛流人工濕地已被美國(guó)、日本 、澳大利亞、德國(guó)、瑞典、英國(guó)、荷蘭和挪威等國(guó)廣泛使用這種類型人工濕地的缺點(diǎn)是控制相對(duì)復(fù)雜，脫 P、除N的效果不如垂直流人工濕地27垂直流人工濕地 (Vertical Flow Wetlands縮寫VFW)污水流動(dòng)綜合了SFW和SSFW的特點(diǎn)，水流在填料床中呈由上而下的垂直流，出水由底部的集水管收集后排出，垂直流人工濕地的硝化能力高于上述兩種人工濕地，可用于處理氨氮較高的污水其缺點(diǎn)是對(duì)有機(jī)物的處理能力不如潛流人工濕地系統(tǒng)，落干或淹水時(shí)間較長(zhǎng)

10、，控制相對(duì)較復(fù)雜，夏季有孳生蚊蠅的現(xiàn)象27同樣地，其在目前應(yīng)用的領(lǐng)域里也較少3 人工濕地在中水回用中的實(shí)例及分析3.1 人工濕地單一使用人工濕地可以作為單一的處理工藝，作為中水回用的主要處理工藝，處理污水并將污水回用。高校校園用水具有水量大、用水集中且排水水質(zhì)優(yōu)于居民用戶等特點(diǎn)，并且隨著高校的發(fā)展，高效區(qū)域呈現(xiàn)出區(qū)域集中化，且許多高校比鄰而建22。因此，從排水收集、回用處理和中水等環(huán)節(jié)上高校校園適合建立中水回用系統(tǒng)，具有現(xiàn)實(shí)的意義和迫切性并行的11。以四川大學(xué)望江校區(qū)為例10，學(xué)生宿舍用水量約占校園總用水量的37%，其中盥洗用水約為22.2%，將盥洗廢水作為中水原水，根據(jù)水量平衡，已滿足中水的

11、需求量。根據(jù)校園的區(qū)域面積、景觀建設(shè)，采用人工濕地處理系統(tǒng)作為中水處理工藝，使廢水達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)（圖1）。圖1 人工濕地進(jìn)行廢水處理及回用過程- 3 -高效垂直流人工濕地技術(shù)在深圳市梅苑小區(qū)生活污水處理中的應(yīng)用。整個(gè)污水處理系統(tǒng)景觀效果良好，與小區(qū)內(nèi)其它環(huán)境相協(xié)調(diào)；出水水質(zhì)良好，達(dá)到城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)（GB/T18920-2020）中綠化用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可作為小區(qū)的綠化用水，節(jié)約了自來水使用量；運(yùn)行費(fèi)用較低，其運(yùn)行費(fèi)用為0.35元/m2左右，而自來水綠化費(fèi)用為2.7元/m2，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益；并且人工濕地可小規(guī)模就近處理生活污水，節(jié)省了污水運(yùn)輸費(fèi)用，減輕了污水處理廠的壓力。不僅如此

12、，濕地植物選擇了具有良好景觀效果的挺水植物，多種植物雜種，形成花圃氛圍15。但是小區(qū)建立污水回用有一定的限制條件，小區(qū)建設(shè)必須要求統(tǒng)一規(guī)劃，建筑物集中建設(shè)，管道單獨(dú)鋪設(shè)等方面。由于小區(qū)居住較集中，局部人口數(shù)量相對(duì)較密集，還要考慮景觀問題以及在處理污水的同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生惡臭氣味的氣體，影響人們的正常生活。3.2 人工濕地組合使用不僅將人工濕地單獨(dú)地使用作為中水回用的處理工藝，也可以作為中水回用組合處理工藝中的一部分。駐南京某部營(yíng)區(qū)污水的綜合整治12，為保證處理效果，同時(shí)結(jié)合地形條件，設(shè)計(jì)了“接觸氧化+生物滴濾池+潛流人工濕地+氧化塘”的組合處理工藝，處理此營(yíng)區(qū)低濃度生活污水?？疾炝舜私M合工藝在冬季及

13、人工濕地未種植植物的條件下，對(duì)低濃度污水有良好的凈化效果，出水水質(zhì)滿足城市污水再生利用 景觀環(huán)境用水水質(zhì)（GB/T189212002）和城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB189182002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)要求。研究結(jié)果表明，出水水葉亞玲20等研究了DAF+人工濕地組合處理中小城鎮(zhèn)生活污水，質(zhì)達(dá)到城市污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18918-2002）的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。并且人工濕地種植沼澤植物，可增大綠化面積，美化環(huán)境，為人們提供了貼近自然、享受自然的休閑場(chǎng)所。并且污水可進(jìn)一步凈化，滿足回用要求，進(jìn)行灌溉綠地或作物，獲得污水處理與資源化的最佳效益。有些農(nóng)村地區(qū)為了節(jié)省成本，利用當(dāng)?shù)氐匦温洳畹奶攸c(diǎn)，可以優(yōu)

14、先采用不需能耗的人工濕地處理技術(shù)。重慶大學(xué)羅固源18等將蚯蚓引入污水土地處理系統(tǒng)，構(gòu)建了新型生態(tài)污水處理技術(shù)，研究結(jié)果表明：蚯蚓的活動(dòng)提高了土地處理系統(tǒng)的供氧速率有利于好氧微生物對(duì)污水的快速凈化，蚯蚓和微生物協(xié)同“作戰(zhàn)”可以提高原有污水土地處理系統(tǒng)的運(yùn)行效率，蚯蚓的挖掘作用及蚓糞的堆積可以實(shí)現(xiàn)土壤的快速改良。據(jù)此，可在人工濕地的土層養(yǎng)殖蚯蚓，將會(huì)大大改善人工濕地的處理效果。另外，根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦温洳畈捎煤辖ㄊ轿鬯幚硐到y(tǒng)，池體采用磚混結(jié)構(gòu) ，可減小占地面積，節(jié)約成本19。3.3 人工濕地作為深度處理使用對(duì)于大城市來講，由于污水處理廠規(guī)模都較大。可將污水廠的二級(jí)處理污水根據(jù)回用水水質(zhì)要 求進(jìn)一步處理

15、，然后再通過輸配水管網(wǎng)進(jìn)行回用。這種方式技術(shù)設(shè)備要求高，建設(shè)規(guī)模較大，便于統(tǒng)一管理運(yùn)行，能夠適應(yīng)城市發(fā)展的需求，有一定的規(guī)模效益，是污水資源回用的發(fā)展趨勢(shì)13。- 4 -圖2 工藝流程圖 4 結(jié)論目前，中水回用技術(shù)雖然得到了一定的重視，并應(yīng)用在一些城市和地區(qū)的區(qū)域范圍內(nèi)，但是奇還存在著一些問題有待于解決。例如，我國(guó)城市污水處理效率低，直接影響了我國(guó)中水回用地全面啟動(dòng)。除此以外，我國(guó)自來水水價(jià)過低，造成了水資源嚴(yán)重的浪費(fèi)，也使中水回用缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)于中水回用宣傳力度的不足，也是影響我國(guó)中水回用大力發(fā)展的主要原因之一23。針對(duì)上述在中水中所存在的問題，提出解決了一些解決方案。我國(guó)城市污水處理效

16、率低，尤其是在中小城鎮(zhèn)，其中經(jīng)濟(jì)問題是重要的制約因素之一，然而選擇適合的中水回用處理工藝尤為重要。例如，人工濕地對(duì)于地域面積較大，所處理的污水濃度不高較適用，不僅如此，人工濕地污水處理技術(shù)還有一定的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益，可以美化城市，擴(kuò)大綠地面積，并且有的濕地植物具有一定的觀賞作用。加大對(duì)中水回用的宣傳力度，使人們更多地了解我國(guó)水資源目前的現(xiàn)狀，認(rèn)識(shí)到我國(guó)水資源短缺的緊迫性，意識(shí)到中水回用的重要性。制定合理的水費(fèi)制度。將使中水的水費(fèi)低于自來水的水費(fèi)，并且收取一定的污染排放費(fèi)用，制定合理的獎(jiǎng)罰制度，并在完善的監(jiān)管制度下，進(jìn)行監(jiān)督。參考文獻(xiàn)1籍國(guó)東，倪晉仁人工濕地廢水生態(tài)處理技術(shù)的作用機(jī)制J環(huán)境污染

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