人工濕地分散式污水處理系統的設計和運行

李 濤， 周 律， 武紅功

（1. 清華大學 環境學院，北京 100084；2. 北控水務集團有限公司，北京 100124；3. 中國石油 吐哈油田公司，新疆 吐魯番 838202）

專題報道

人工濕地分散式污水處理系統的設計和運行

李 濤1，2， 周 律1， 武紅功3

（1. 清華大學 環境學院，北京 100084；2. 北控水務集團有限公司，北京 100124；3. 中國石油 吐哈油田公司，新疆 吐魯番 838202）

采用由預處理單元、水平潛流人工濕地單元、消毒單元和污泥干化單元組成的分散式污水處理系統對采油區生活點污水進行了處理和資源化利用。核心工藝單元水平潛流人工濕地單元的優化設計參數為：人工濕地寬20 m、長80 m，采用多段串聯布置形式。分散式污水處理系統實際處理水量為92～136 m3/d，在5年的實際運行過程中，COD，BOD5，NH3-N，SS的平均去除率分別為75.9%，77.3%，96.0%，96.1%。處理后出水經消毒后的水質優于GB/T18920—2002《城市污水再生利用 城市雜用水水質》標準中綠化用水的水質，可作為綠化灌溉用水回用；干化后的柵渣和污泥可作為綠化肥料使用，能實現污水的資源化利用和處理系統的零排放。

分散式污水處理系統；人工濕地；生活污水；工藝設計；運行管理

采油區生活點是采油工作人員臨時生活和物資補給的重要場所，生活點運轉過程中會排出大量的生活污水。多數采油區生活點缺少完備的污水收集系統和污水處理設施，未經處理的污水直接排放，對生活點周邊的環境造成很大的影響。有效地解決采油區生活點污水處理問題是目前這些生活點環境保護的迫切需求。對污水進行分散處理可實現資源的高效利用［1］。分散式污水處理系統一直是污水處理研究和應用的熱點［2-4］。

本工作建造了由預處理單元、水平潛流人工濕地單元、消毒單元和污泥干化單元組成的分散式污水處理系統，將某采油區生活點污水進行就地處理，以水平潛流人工濕地作為分散式污水處理系統的核心工藝單元，優化了人工濕地的設計和運行參數。

1 設計污水處理量和水質

該污水處理系統設計污水處理量為100 m3/d，出水水質執行GB 8978—1996《污水綜合排放標準》［5］的二級標準。污水處理系統設計進出水的水質見表1。

表1 污水處理系統設計進出水的水質

2 工藝流程和工藝設計

2.1 工藝流程

分散式污水處理系統由預處理單元、水平潛流人工濕地單元、消毒單元、污泥干化單元組成。先將采油區生活點污水注入調節池，經過5 mm格柵后進入豎流式沉淀池，以去除污水中的懸浮物；沉淀池出水依次經過一段人工濕地、二段人工濕地、三段人工濕地，分別采用物理法、化學法和生物法去除污水中的有機物、NH3-N等；人工濕地出水在消毒池中經過次氯酸鈉消毒后儲存在清水池內，作為綠化灌溉用水回用。將格柵的柵渣和沉淀池產生的污泥送入污泥干化濾床，濾液回流至調節池，干化后的柵渣和污泥可作為綠化肥料使用。采油區生活點分散式污水處理的工藝流程見圖1。

2.2 工藝設計

人工濕地單元是整個污水處理系統的核心，人工濕地的工藝設計應結合污水水質特點和水量變化情況，并充分考慮氣候等影響因素，合理設計的人工濕地可以確保設施連續運行數十年［6］。本部分重點介紹人工濕地單元的設計參數，其他工藝單元的設計參數參考相關的設計規范。

2.2.1 人工濕地規模的確定

2.2.1.1 人工濕地面積的確定

采用有機物面積負荷法［7］計算人工濕地的面積，取BOD5面積負荷為6 g/（m2·d），則人工濕地面積為1600 m2。

圖1 采油區生活點分散式污水處理的工藝流程

2.2.1.2 人工濕地寬度、長度、水頭損失的確定

依據達西定律計算人工濕地的寬度［7-8］。人工濕地中主體填料為粒徑5 ～ 25 mm的礫石。統計研究顯示，粒徑5～10 mm的潔凈礫石的水力傳導系數為3.4×104m/d，粒徑10 ～15 mm的潔凈礫石的水力傳導系數為6.2×104m/d，粒徑15～25 mm的潔凈礫石的水力傳導系數為1.2×105m/d［8］。考慮到人工濕地運行過程中填料之間的空隙會緩慢地發生堵塞，水力傳導系數將下降90%～95%，取水力傳導系數的設計值為2000 m/d［8］；根據實際地形，取人工濕地進水端和出水端液面差（最大允許水頭損失）為0.4 m，冬季進水端水位為0.6 m，夏季進水端水位為1.1 m。計算得到人工濕地寬度為20 m，長度為80 m。

2.2.1.3 人工濕地深度的確定

人工濕地深度的確定取決于濕地超高、進水端填料厚度、填料表面沿水流方向的坡度（i1）、濕地底面沿水流方向的坡度（i2）以及濕地的布置形式。一般水平潛流人工濕地的填料厚度為0.3 ～ 0.7 m，為確保冬季系統能正常運行，設計中增加了填料厚度。冬季進水端水位為0.6 m，則進水端填料厚度至少為1.4 m（當地凍土層深度為0.8 m），取1.5 m；濕地超高設為0.3 m，則濕地進水端池體結構凈深1.8 m。取i1和i2分別為0和0.005，可以計算出沿濕地長度方向上各點的深度，如沿濕地長度方向上距離進水端40 m處斷面的池體結構凈深為2.0 m。

2.2.1.4 人工濕地布置形式的確定

考慮到人工濕地內水頭損失的影響以及場地的限制，人工濕地分為兩個相等的部分串聯布置，每部分的平面尺寸均為20 m×40 m。第一部分人工濕地進一步劃分為兩個部分，平面尺寸分別為20 m×5 m和20 m×35 m。三部分人工濕地從小到大分別稱為一段人工濕地、二段人工濕地和三段人工濕地。二段人工濕地的出水端通過管道連接到三段人工濕地的進水端。為了避免短流現象和創造良好的推流條件，進一步將各段人工濕地劃分為兩組并列運行的濕地。

一段人工濕地主要用于攔截SS等，若發生堵塞，僅需要更換濕地的填料即可；二段人工濕地和三段人工濕地主要用于去除有機物、NH3-N、致病菌等。這種形式的設計與文獻［9-10］報道的結果一致。

2.2.2 人工濕地植物的選擇及種植

根據耐污能力強、根系發達、適合當地環境、抗凍抗害能力較強、容易管理的原則［11］，選用當地最常見的蘆葦作為人工濕地的植物。

蘆葦的種植密度為每平方米15 ～ 20 棵，在人工濕地經過閉水實驗后進行移植栽培。栽培初期要保持濕地內水位位于濕地表面之上5 cm左右［7］，待蘆葦成活后，逐漸將水位降低到正常設計運行的水位。

2.2.3 人工濕地的進出水裝置

人工濕地的進水裝置采用帶閥門的穿孔布水管，布水管管徑160 mm、孔徑10 mm，兩列。進水布水管設置在填料層中間，孔口朝下，避免老化現象及堵塞的發生。

人工濕地的出水裝置包括穿孔收集管、連接豎管和出水匯集管。穿孔收集管管徑160 mm、孔徑10 mm，兩列，孔口朝下；連接豎管管徑160 mm，連接穿孔收集管和出水匯集管，避免人工濕地內污水短流，并輸送污水至出水匯集管；出水匯集管分為兩組，上下布置，管徑均為160 mm，均與連接豎管連接，依靠各自的閥門控制其開啟與關閉，控制濕地內污水水位：夏季下部出水匯集管關閉，人工濕地內水位升高，出水由上部出水匯集管流出；冬季下部出水匯集管開啟，人工濕地內水位下降，出水由下部出水匯集管流出。污水處理系統構筑物的容積和數量見表2。

表2 污水處理系統構筑物的容積和數量

3 污水處理系統的運行效果

本污水處理系統于2009年竣工，實際處理水量為92～136 m3/d，連續運行至今。截止2014年12月，各項污染物的去除效果良好，達到設計要求。出水經消毒后的水質優于GB/T18920—2002《城市污水再生利用 城市雜用水水質》［12］標準中綠化用水的水質。干化后的柵渣和污泥可作為綠化肥料使用，能實現污水的資源化利用和處理系統的零排放。

人工濕地的主要污染物去除效果見表3。由表3可見，污水處理系統實際運行過程中COD去除率為30.6%～84.0%，平均去除率為75.9%；BOD5去除率為42.0%～82.6%，平均去除率為77.3%；NH3-N去除率為93.2%～98.7%，平均去除率為96.0%；SS去除率為61.9%～97.7%，平均去除率為96.1%。各主要指標的去除效果遠優于設計值。

污水處理系統運行過程中，電費以每度電0.5元計，人工費用以每月1000元計，次氯酸鈉以每噸500元計，藥劑投加量按10 mg/L計，則污水處理系統的噸水直接運行費用約為0.4 元。

表3 人工濕地的主要污染物去除效果

4 污水處理系統的維護管理

根據工程所在地的氣候條件，人工濕地污水處理系統的運行維護除了需要進行日常工藝操作、設備檢查、植物管理、污泥清理、水質監測、故障處理等事項外，還應該特別考慮西北地區風沙較大、氣溫變化大等情況，采取合理的運行、維護措施。

為了防止風沙沉積對污水水質、機械設備（如潛水泵）、敞口構筑物造成影響，當遇到風沙較大的天氣時，除人工濕地外，要及時遮蓋處理系統的其他構筑物，過后再及時清理構筑物內沉積的塵沙。

考慮到當地季節變化明顯，冬季低溫和夏季高溫比較極端，為了使污水處理系統能在冬季低溫下正常運行，需要降低人工濕地內的運行水位［13］。每年12月到來年3月，將人工濕地出口處的冬季出水閥門打開，使人工濕地內的運行水位由濕地表面下的0.3 m降至0.8 m（凍土深度）。其他月份，將人工濕地出口處的冬季出水閥門關閉，使人工濕地內的運行水位恢復到濕地表面下0.3 m。

5 結論

a）分散式污水處理系統由預處理單元、水平潛流人工濕地單元、消毒單元和污泥干化單元組成。其中，核心工藝單元水平潛流人工濕地單元的優化設計參數為：人工濕地寬20 m、長80 m，采用多段串聯布置形式。

b）分散式污水處理系統處理水量為92～136 m3/d，在5年的實際運行過程中，COD，BOD5，NH3-N，SS的平均去除率分別為75.9%，77.3%，96.0%，96.1%。出水經消毒后的水質優于GB/ T18920—2002《城市污水再生利用 城市雜用水水質》標準中綠化用水的水質。

c）分散式污水處理系統的運行維護需要特別考慮西北地區風沙較大、冬季低溫和夏季高溫比較極端等情況。每年12月到來年3月，人工濕地內的運行水位在濕地表面下0.8 m；其他月份，人工濕地內的運行水位在濕地表面下0.3 m。

d）分散式污水處理系統的出水可作為綠化灌溉用水回用，干化后的柵渣和污泥可作為綠化肥料使用，能實現污水的資源化利用和處理系統的零排放。

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（編輯 祖國紅）

《危險化學品目錄（2015版）》即將實施

2015年3月9日，國家安全生產監督管理總局、中華人民共和國工業和產業化部、公安部、環境保護部、交通運輸部、農業部、國家衛生和計劃生育委員會、國家質量監督檢驗檢疫總局、國家鐵路局、中國民用航空局等10部委聯合發布了2015年5號公告，正式公布了《危險化學品目錄（2015版）》（以下簡稱“目錄2015”）。同時聲明，“目錄2015”于2015年5月1日起正式實施，《危險化學品名錄（2002版）》（以下簡稱“名錄2002”）、《劇毒化學品目錄（2002年版）》同時廢止。

“目錄2015”對危險化學品的定義、確定原則及劇毒化學品的定義、判定界限和各欄目的含義及其他事項進行了明確說明。

“目錄2015”與“名錄2002”的不同：

1、名稱有變化

2002版為“名錄”，而2015年版名稱為“目錄”。

2、分類標準不同

目錄2015年版是依據國家標準GB13690-2009《化學品分類和危險性公示通則》，按物理危險、健康危害和環境危害三個危險和危害特性類別進行確定，分類依據GB30000系列標準進行。按照GHS制度中的“積木塊”原則，把危險化學品分類為物理危險、健康危害和環境危害三大類，總共28種類，81類別。該系列標準對應于聯合國《全球化學品統一分類和標簽制度》，即GHS。

而名錄2002主要依據GB6944-1986《危險貨物分類和品名編號》確定危險性分類，將危險化學品分為爆炸品、壓縮氣體和液化氣體、易燃液體、易燃固體、自燃物品和遇濕易燃物品、氧化劑和有機過氧化物、有毒品、腐蝕品等7類別和17 項別，不包括放射性物質。

3、結構和內容的變化

（1）增加了“序號”、“CAS號”和“備注”，刪除了“UN號”。

目錄2015將名錄2002和《劇毒化學品目錄（2002年版）》合二為一，目錄2015采取了在“備注”中注明“劇毒”的方式將劇毒物質進行標識。

（2）目錄2015共涉及品種序號2828個，品名2998個；名錄2002共涉及3814個。與名錄2002相比，目錄2015減少了836個品名，其中1942個品名和名錄2002相同，尚有1056個品名名錄2002中沒有。

從數量上來看，目錄2015明顯減少，主要刪除了危險性較低或國內不常見的化學品及爭議較大的物質。因目錄2015擴大了危險化學品的含義，采用了聯合國GHS化學品危害的評估方法和標準，把化學品的健康和環境危害納入分類，于是大量原來未列入名錄2002的化學品將被歸類為危險化學品。因此，較名錄2002，新版涉及的危險化學品數量實際是增加的。

（3）相比《劇毒化學品目錄（2002年版）》，目錄2015版劇毒化學品由335種減少到148種，其中138種為原有，另有10種為新增。

《危險化學品目錄》是《危險化學品管理條例》（國務院591號令）的重要組成部分，自2002年公布《危險化學品名錄》，時隔13年公布新版《危險化學品目錄（2015版）》對加強化學品管理、適應新形勢下的環境保護、方便貿易等具有積極意義，同時對化學品生產經營企業將產生一定影響。

（以上由馬英供稿）

Design and Operation of Decentralized Wastewater Treatment System with Constructed Wetlands

Li Tao1，2，Zhou Lü1，Wu Honggong3
（1. School of Environment，Tsinghua University，Beijing 100084，China；2. Beijing Enterprises Water Group Limited，Beijing 100124，China；3. CNPC Tuha Oilf i eld Company，Turpan Xinjiang 838202，China）

A decentralized wastewater treatment system，composed of pretreatment unit，horizontal subsurface fl ow constructed wetlands unit，disinfection unit and sludge drying unit，was used to treat and recycle the domestic sewage in a resident site of oilf i eld. As the key treatment unit，several design parameters of the horizontal subsurface fl ow constructed wetlands were optimized and the optimum design parameters are as follows：20 m of width，80 m of length，and with multi-step series arrangement. According to the data statistics of 5 years operation，the actual quantity of sewage treatment is 92-136 m3/d，and the average removal rates of COD，BOD5，NH3-N and SS are 75.9%，77.3%，96.0% and 96.1%，respectively. The quality of the disinfected eff l uent is better than the requirement of GB/ T18920-2002 for greening water from urban sewage reuse，so it can be reused as irrigation water for virescence；The dried screenings and sludge can be used as green fertilizer. Therefore，the resource utilization of the domestic sewage and zero emission of the treatment system are achieved.

decentralized wastewater treatment system；constructed wetlands；domestic sewage；process design；operation managment

X703.1

A

1006 - 1878（2015）03 - 0221 - 05

2015 - 02 - 09；

2015 - 03 - 27。

李濤（1983—），男，山西省晉城市人，碩士，助理研究員，電話 010 - 62773079，電郵 litao@bewg.net.cn。聯系人：周律，電話 010 - 62773079，電郵 zhou2001@263.net.cn。