人工濕地在城市污水處理工程中的應(yīng)用

人工濕地在城市污水處理工程中的應(yīng)用[摘要]人工濕地處理污水作為一種較新型的技術(shù)，以其低能耗、高效益的特性在城市中、小型處理污水中被逐步認(rèn)可并推廣。文章結(jié)合工程實(shí)例，闡述該工藝的工作原理、技術(shù)特點(diǎn)及在實(shí)際中的應(yīng)用。[關(guān)鍵詞]人工濕地；植物；污水處理[作者簡(jiǎn)介]馬勝華，南寧市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)院工程師，探討方向：給排水專業(yè)設(shè)計(jì)，廣西南寧，530012；劉存莉，廣西工聯(lián)工業(yè)工程詢問設(shè)計(jì)有限公司工程師，探討方向：給排水專業(yè)設(shè)計(jì)，廣西南寧，530003[中圖分類號(hào)]X703[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1007-7723(2007)08―0033-0003一、前言城市污水是目前我國江河、湖泊水域污染的重要緣由，已越來越成為制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的因素，各種水污染事務(wù)已嚴(yán)峻影響到人們的生產(chǎn)、生活(如太湖藍(lán)藻事務(wù)等)，加強(qiáng)城市污水處理已刻不待時(shí)。目前，我國正處于城市污水處理事業(yè)的大發(fā)展時(shí)期。隨著國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，中西部環(huán)境與生態(tài)愛護(hù)已被提上首要議事日程。位于廣西南寧市隆安縣的“邕江水源地上游人工濕地處理污水示范工程”是南寧市創(chuàng)建國家級(jí)生態(tài)示范區(qū)的重點(diǎn)工程之一，該項(xiàng)目是人工濕地處理污水技術(shù)在南寧市的首次應(yīng)用。二、工作原理人工濕地處理污水技術(shù)是一種生態(tài)工程方法，其基本原理是在肯定的填料上種植特定的濕地植物，從而建立起一個(gè)類似沼澤濕地的生態(tài)系統(tǒng)；當(dāng)污水通過系統(tǒng)時(shí)，利用土壤―植物―微生物之間的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，通過物理、化學(xué)和生物等方面的協(xié)同作用對(duì)污水進(jìn)行凈化處理，其中的污染物質(zhì)和養(yǎng)分物質(zhì)被系統(tǒng)汲取或分解，使水質(zhì)得到凈化，并實(shí)現(xiàn)水與養(yǎng)分物質(zhì)的生態(tài)循環(huán)。人工濕地通過植物的光合作用及其根系的輸氧作用、水自流負(fù)壓吸氧等獲得濕地床的除污需氧量。人工濕地通過發(fā)達(dá)的植物根系及填料表面生長的生物膜的作用、填料床體的截流作用及植物對(duì)養(yǎng)分物的汲取等作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的凈化；同時(shí)由于存在根系四周的好氧區(qū)、缺氧區(qū)和厭氧區(qū)，依靠細(xì)菌的硝化和反硝化作用，可完成脫氮效果；通過植物的汲取、微生物的積累及濕地床的物理化學(xué)等幾方面共同作用完成除磷效果；此外，還可依靠流淌相在濕地系統(tǒng)流淌過程中產(chǎn)生沉淀、過濾、絡(luò)合、吸附等作用去除重金屬。三、設(shè)計(jì)實(shí)例：邕江水源地上游人工濕地處理污水示范工程(一)項(xiàng)目概況南寧市是廣西壯族自治區(qū)首府，是一年一度的中國―東盟博覽會(huì)舉辦城市。邕江是南寧市的唯一飲用水源，但邕江上游左、右江流域各縣市的污水治理卻相對(duì)滯后。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，干脆排入江河的污水大量增加，致使邕江水質(zhì)逐年下降，特殊是在枯水季節(jié)，南寧市的水質(zhì)平安受到嚴(yán)峻影響，個(gè)別時(shí)段其水質(zhì)已低于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)V類標(biāo)準(zhǔn)?！扮呓吹厣嫌稳斯竦靥幚砦鬯痉豆こ獭蔽挥谀蠈幨新“部h下游2公里處，濱臨右江，是自治區(qū)環(huán)保局為保障首府南寧市飲用水平安而設(shè)的項(xiàng)目；依據(jù)規(guī)劃，該項(xiàng)目的污水處理規(guī)模為2x104m3/d，占地99畝，其中一期工程1.2x104m3/d。(二)污水處理工藝選擇1、生物處理可行性依據(jù)隆安縣環(huán)境愛護(hù)監(jiān)測(cè)站對(duì)縣城生活總排污口的水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果，待建污水廠的設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)見表1。城市污水能否采納生物處理工藝主要取決于生物處理過程中自身養(yǎng)分能否平衡，其相關(guān)指標(biāo)分析如下：(1)BOD5/COD：該指標(biāo)是鑒定城市污水可生化性的最常用、最簡(jiǎn)潔的方法，比值＞0.45可生化性較好，比值＜0.3較難生化，比值＜0.25不易生化。本項(xiàng)目BOD5/COD＝0.6，可采納生物處理方法。(2)BOD5/TP：該指標(biāo)是鑒別污水能否采納生物除磷的主要指標(biāo)，一般認(rèn)為該值應(yīng)>20，比值越大，生物除磷效果越好。本項(xiàng)目BOD5/TP＝50，可采納生物除磷工藝。2、工藝選擇本項(xiàng)目采納人工濕地處理污水。近年來，依據(jù)國內(nèi)外專家的論證與實(shí)際工程的運(yùn)行狀況，對(duì)比傳統(tǒng)活性污泥法及目前中、小型城市污水處理廠較流行的氧化溝和SBR工藝，人工濕地處理污水的技術(shù)特點(diǎn)有：(1)生態(tài)協(xié)同作用處理污水，抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)，出水水質(zhì)特別好；(2)運(yùn)用設(shè)備少，操作、管理簡(jiǎn)潔，無需大量專業(yè)人員管理；(3)相對(duì)其他各種處理技術(shù)，其建立成本、運(yùn)行費(fèi)用都較低，無需人工充氧，無需污泥處理，節(jié)約能耗；(4)協(xié)作選擇植物品種，可建成公園、景觀綠地，可美化城市環(huán)境；(5)可通過植物利用，形成循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈獲得肯定的經(jīng)濟(jì)效益；(6)人工濕地系統(tǒng)主要缺點(diǎn)是布置不夠緊湊，占地面積大，只適用于中、小型污水廠。3、工藝流程本項(xiàng)目人工濕地工藝流程如下：城區(qū)污水首先經(jīng)過格柵、沉砂池?cái)r截、沉淀污水中較大雜質(zhì)后，進(jìn)入水解酸化池(兼做調(diào)整池)，在水解酸化池中細(xì)小的顆粒、部分的SS、BOD5、COD可以得到部分去除，水質(zhì)經(jīng)均化、水解酸化后由泵站提升，在滿意流量、壓力的要求下，通過配水管網(wǎng)安排進(jìn)入主處理單元――人工濕地，污水經(jīng)過兩級(jí)人工濕地處理后，利用地形高差重力流進(jìn)入氧化塘(兼做事故排放池)，出水達(dá)標(biāo)后排入右江。由于本工藝不產(chǎn)生剩余污泥，主要是格柵產(chǎn)生的柵渣及沉砂池積砂，對(duì)于這部分雜質(zhì)只需定期進(jìn)行外運(yùn)填埋處理。項(xiàng)目污水經(jīng)過處理后的排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的B標(biāo)準(zhǔn)。見表2：(三)設(shè)計(jì)濕地基本參數(shù)的確定依據(jù)國內(nèi)外人工濕地系統(tǒng)運(yùn)行閱歷，本項(xiàng)目采納潛流型人工濕地，其主要物點(diǎn)是：污水基本上在濕地床表面下流淌，保濕效果、衛(wèi)生條件好，污水處理實(shí)力較強(qiáng)。1、濕地床表面積的確定濕地床表面積計(jì)算公式：As＝Q(lnS0―lnSe)/KTDn式中：S0，Se―進(jìn)水、出水BOD5，mg/L(本項(xiàng)目設(shè)計(jì)值分別為105mg/L，21mg/L)As――濕地床表面積，m2Q――平均設(shè)計(jì)流量，m3/dKT――溫度T℃時(shí)的速率常數(shù)，d-1D――濕地床深度，mn――床體填料的孔隙率KT的確定KT＝K20(1.1)T-20K20＝K0(37.3n4172)式中：K20，KT――溫度20℃，T℃時(shí)的速率常數(shù)，d-1K0――某一填料中植物根系充分發(fā)展后的速率常數(shù)，d-1對(duì)于城市污水一般取KO＝1.839d-1對(duì)于本項(xiàng)目生活污水，平均溫度取20℃，床體填料的空隙率0.40～0.47，取n＝0.44，則計(jì)算得：KT＝1.839×37.3×0.444172×1.1(T-20)＝2.23濕地床深度一般依據(jù)所栽種的植物種類及其根系的生長深度來確定，以保證濕地床中必要的好氧條件。本設(shè)計(jì)中取D＝1.2m，超高高度為0.3m。則2、水力負(fù)荷濕地平均的水力負(fù)荷為：3、水力停留時(shí)間下式是基于BOD去除率參數(shù)計(jì)算：水力停留時(shí)間的理論值為0.77d，即1848h，取19h。(四)植物的選擇植物在人工濕地中起著特別重要的作用，人工濕地植物的選擇干脆關(guān)系到污水的處理效果。其主要作用可歸納為以下三個(gè)方面：(1)干脆汲取利用污水中可利用態(tài)的養(yǎng)分物質(zhì)，吸附和富集重金屬和一些有毒有害物質(zhì)；(2)為根區(qū)好氧微生物輸送氧氣，在根系四周形成好氧/缺氧，厭氧區(qū)；(3)增加和維持介質(zhì)的水力傳輸。因此，篩選出適種的、優(yōu)良的植物種類，是構(gòu)建人工濕地的關(guān)鍵之一。選擇人工濕地的植物時(shí)考慮的因素主要有：適合本地，來源廣泛；耐污染實(shí)力、凈化實(shí)力、抗蟲害實(shí)力強(qiáng)；根系發(fā)達(dá)，成活率高，生長周期較長；具有經(jīng)濟(jì)、欣賞價(jià)值；合理搭配，易管理。隆安縣位于北回來線以南，屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，潮濕多雨，日照足夠，年平均氣溫21.6℃，年平均降雨量1301mm，年平均日照時(shí)數(shù)為1528.4h，年平均相對(duì)濕度80％。依據(jù)項(xiàng)目的環(huán)境條件及相關(guān)因素所選濕地植物主要有：蘆葦、風(fēng)車草、燈心草、美人蕉、香根草、象草、黑麥草、皇竹草。同時(shí)，按肯定比例在空間分布和時(shí)間分布方面進(jìn)行合理布局，以使整個(gè)濕地生態(tài)系統(tǒng)高效運(yùn)轉(zhuǎn)，最終形成穩(wěn)定可持續(xù)利用的生態(tài)系統(tǒng)。(五)人工濕地系統(tǒng)的處理效果人工濕地系統(tǒng)的出水水質(zhì)較好，完全能達(dá)標(biāo)排放。本工程在設(shè)計(jì)過程中對(duì)國內(nèi)已建成的一些人工濕地系統(tǒng)項(xiàng)目進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查，其中較早建成運(yùn)行的“深圳洪湖公園人工濕地污水處理系統(tǒng)”最具代表性。該項(xiàng)目由深圳市環(huán)境科學(xué)探討所設(shè)計(jì)，于1999年9月建成運(yùn)行，日處理實(shí)力為5000T，其目的是抽取污染嚴(yán)峻的布吉河水，經(jīng)人工濕地系統(tǒng)處理凈化后補(bǔ)充入洪湖，同時(shí)對(duì)洪湖周邊進(jìn)行截污，從而達(dá)到改善洪湖水質(zhì)、美化公園環(huán)境的目的。經(jīng)調(diào)查其出水水質(zhì)優(yōu)于景觀用水標(biāo)準(zhǔn)，其處理效果見表3：(六)人工濕地系統(tǒng)的不足與應(yīng)對(duì)人工濕地系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是占地面積大，并由此存在著污水滲入地下水，造成二次污染的隱患。針對(duì)上述狀況，本工程在設(shè)計(jì)中對(duì)濕地床采納了嚴(yán)格的防滲漏措施：(1)在整個(gè)濕地床底下鋪設(shè)肯定厚度的防水黏土層(經(jīng)實(shí)際檢驗(yàn)其封水效果較明顯)；(2)在各濕地處理池內(nèi)壁設(shè)防水層，其是主要的防滲措施，必需保證施工質(zhì)量。人工濕地系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中還存在著初期處理效果不佳、穩(wěn)定周期長的特點(diǎn)(一般在半年左右)。出現(xiàn)這種狀況的主要緣由是濕地植物的適應(yīng)期較長、初期死亡率較高。本設(shè)計(jì)的植物選種試驗(yàn)由廣西高校的相關(guān)部門負(fù)責(zé)。在初次試驗(yàn)中不同植物都出現(xiàn)了較大面積的死亡，后期相關(guān)人員在植物的培育過程中賜予逐步的耐污性試驗(yàn)，尤其在選種后成活率明顯提高。