人工濕地在高校污水中水回用處理中的應用

吳梅生 文 屹 張嘯楚

我國是個缺水的國家,人均淡水占有量僅為世界平均水平的1/4,因此節約用水也就成為了我國近年來的一個重點研究課題。高校是城市中的用水大戶,比如說江西省南昌市,駐昌高校(大專以上院校)有40余所,年用水總量4500萬 t左右。如果能提高高校的水資源回用率,減少高校的用水量,可以為城市節約大量水資源。高校的中水主要用于廁所沖洗,空調冷卻、噴灑清掃、沖洗水、洗車和水景。這與普通的住宅小區的用途一致。高校的校園中綠化和道路較多,因此用于綠化澆灑和道路沖洗的水量占高校總用水量的30%～40%。

由于高校的用水人員大多具有高學歷,因此能夠理解水資源綜合利用的重要性,很好的配合水質分類使用,可以保證中水回用使用水能延續。因此高校有中水回用的背景和條件。如果需要進行中水回用,對出水水質的要求比二級處理的要高,因此要慎重選擇處理工藝。

1 中水回用常用處理工藝的比較

由于中水回用的用水情況和原水的情況通常都很復雜,所以應該按照水質要求最高的用途,來確定處理系統出水水質。同時應考慮原水水質最差的最不利情況,從而確定工藝流程。工藝流程的確定還應該考慮是否適合整體環境的要求,水回用的社會背景。缺水節水的背景條件和管理水平[3]。以生活污水為原水的中水處理工藝是一個小型市政污水處理二級工藝加上一個深度處理工藝(三級處理工藝)。這里不討論二級工藝,僅討論深度處理工藝地運用。

運用于中水回用的深度處理工藝有砂濾[4]、活性炭吸附[5]、膜過濾[6]、穩定塘[7]、人工濕地。

砂濾是采用砂石或者陶粒為濾料,對原水進行過濾。通過濾料的物理化學攔截、過濾和濾料上微生物的生化作用去除水中的污染物[4]。缺點是:滋生蚊蟲,運行管理麻煩,氣味較大。

活性炭吸附:利用活性炭的多孔的結構,起到對污染物的物理吸附和攔截作用。同時在活性炭表面形成生物膜,產生生化處理的效果[9]。缺點是不能改善景觀,處理費用高。

膜過濾:在膜兩邊造成壓力差,使得高濃度的污水中的水分子能夠透過膜滲透到低濃度的一側,從而達到去除水中污染物的效果[8]。缺點是景觀效果不好、處理費用高。

穩定塘處理的基本原理是:由于穩定塘表面好氧、中層缺氧和底部厭氧的水環境分別適合于好氧、缺氧、厭氧的微生物生存,因此能夠在水中產生好氧、缺氧和厭氧的生化作用從而達到去除污染物的效果。缺點是景觀效果不好,容易滋生蚊蟲。

人工濕地由人工建造和監督控制、充分利用濕地系統凈化污水能力的特點,利用生態系統中的物理、化學和生物的三重作用,通過過濾、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解來實現對污水的高效凈化。人工濕地主要有五部分組成:1)具有各種透水性的基質,如土壤、砂、礫石;2)適宜在飽和水和厭氧基質中生長的植物,如蘆葦、美人蕉等;3)在基質表面或其下流動的水體;4)無脊椎或脊椎動物的存在;5)好氧或厭氧微生物種群。濕地植物在濕地系統中具有三個間接的重要作用:1)通過植物的根、莖、葉顯著的增加微生物的附著;2)濕地植物可將大氣氧傳輸至根部,使根在厭氧環境中生長;3)增加或穩定土壤的透水性?，F在有很多運用在市政中水處理上的新型設備和方法,也可以在住宅的中水處理上進行運用。優點:無需專門消毒便可對病源微生物大部分去除。處理后的水可直接排入湖泊、水庫或河流中,亦可用作沖廁、洗車、灌溉、綠化及工業回用等。運行費用便宜;易于維護,技術含量低。抗沖擊負荷能力較高。人工濕地不采用大量人工構筑物和機電設備,無需曝氣、投加藥劑和回流污泥,也沒有剩余污泥產生,因而可大大節省投資和運行費用。人工濕地可作為具有良好的景觀效果。在一定條件下可產生諸如水產、綠化、野生動物棲息、娛樂教育等效益。缺點:占地面積大;設計和運行參數不精確;污水處理工藝和動力學對生物和水力復雜性缺乏理解和掌握;易受病蟲害的影響等等。出水水質變差以后不能改善,只能重修。

表1 各種處理方法的經濟比較

由表1中的數據可以看出:穩定塘和人工濕地的初投資和運行費用是比較經濟的。

由于高校一般占地較大,空地多,有足夠的場地來設置人工濕地的處理池。而且高校對景觀要求較高,污水量大,人工濕地在這方面也適合于高校的中水回用處理。廣州常年平均氣溫20℃～22℃,適合于植物的生長,因此在廣州的高校中使用人工濕地更具有優越性。

2 工程實例

廣州市某高校的污水處理工藝采用A/O進行二級處理,采用人工濕地進行中水回用處理。人工濕地面積為2000m2?？偺幚硪幠?520m3/d,總投資86.00萬元。采用多級潛流人工濕地水力負荷1.24 m3/(m2?d),BOD負荷為0.025 kgBOD5/(m2?d)。人工濕地內鋪設生物填料,粒徑 4mm～60mm;填料總厚度900mm;每級鋪設的填料粒徑、厚度如下:圓礫石粒徑30mm～60mm,厚度250mm;中礫石粒徑15mm～30mm,厚度150mm;小礫石粒徑8mm～15mm,厚度300mm;粗沙粒徑4mm～8mm,厚度200mm。人工濕地表層種植蘆葦、香蒲、燈心草、美人蕉、水蔥等。

人工濕地的設計進水水質詳見表2,出水水質見表3。

表2 設計進水水質

表3 設計出水水質

該工程投入使用之后,總的運行情況良好。人工濕地的實際平均出水水質見表4。

表4 實際出水水質平均值

人工濕地的實際運行費約0.12元/m3。出水水質能夠滿足設計用水水質要求。人工濕地出水用于校園的綠化、道路澆灑和景觀水的補充用水,每年為學校節約水費約100萬元,取得了很好的經濟效益。人工濕地運行后,人工濕地上種植的植物長勢良好,成為校園的小公園。

但是該工程的中水回用處理還存在一些問題:

1)由于校園雨污水分流不徹底,導致雨季水量較大,泥沙多,進水處堵塞嚴重。

2)由于在中水處理設施建設好之前,就已經完成教學樓的管道設計和施工,所以教學樓的廁所的沖洗用水并不是中水,沒有做到最大限度的利用回用中水的目的,因此處理后的中水有50%被排放了,浪費嚴重。

3 結語

在高校的污水處理中使用人工濕地工藝具有一定經濟、社會和環境效益,能夠大大的提高高校水資源綜合利用率,節約高校的水資源,通過實際的工程的運用也證明,人工濕地建造費用低、運行較穩定、景觀效果好、運行費用低很適合于高校的中水回用處理。

[1]太原工業大學.建筑給排水工程[M].第3版.北京:中國建筑工業出版社,1993.

[2]CJ 25.1-89,生活雜用水水質標準[S].

[3]范懋功.建筑中水處理設施設計實踐[J].給水排水,2003,29(11):59-62.

[4]王 東.DynaSand活性砂過濾器在市政中水回用中的應用[J].工業水處理,2006,26(9):60-62.

[5]張云霞.生物活性炭濾池預處理微污染水源的研究[J].天津城市建設學院學報,2003,9(1):23-27.

[6]荊肇乾.膜生物反應器處理生活污水及中水回用[J].中國給水排水,2006,22(18):77-79.

[7]李 青.MBR工藝用于生態型住宅小區的中水回用[J].中國給水排水,2006,22(16):55-57.

[8]莫 罹.微濾膜處理微污染源水研究[J].中國給水排水,2002,18(4):40-43.