利用天然河浜及溝塘濕地深度凈化污水處理廠尾水的研究

周艷文

摘 要：隨著我國經濟社會的不斷發展，對水環境質量改善的需求也愈來愈迫切，以脫氮除磷為主要目標的污水處理廠深度處理和升級改造勢在必行。推廣應用污水處理廠除磷脫氮工藝的最大障礙是經濟成本問題。因此，在條件適宜地區采用低成本的自然生態凈化措施來取得除磷脫氮效果仍是合適的選擇之一。該文研究提出了利用天然溝渠濕地進行污水處理廠出水深度凈化與景觀利用的技術集成方案，以期為類似工程設計和運行管理提供參考。

關鍵詞：污水處理廠尾水；溝塘濕地；深度處理

中圖分類號 X703 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2015）23-68-03

Study on Tail Water Purification by Combined Natural River Stream and Ditch-pond Wetland from Municipal Sewage Treatment Plant

Zhou Yanwen

（Nanjing Institute of Environmental Sciences，Nanjing 210000，China）

Abstract：With increasing development of our economic society，the requirement of improvement of water environmental quality is becoming more and more urgent. The deeply treatment and upgrading of water treatment plant which is mainly targeted with removing of nitrogen and phosphorus must be enforced. Therefore，in some areas with suitable environment，it is still a very appropriate choice to take low-cost deeply ecology cleaning measures for removing of nitrogen and phosphorus. In this paper，it is proposed to apply the combined technology to clean deeply the water by natural river stream and ditch-pond wetland，so as to provide reference for similar engineering design and operating management.

Key words：Tail water from waste water treatment plant；Ditch-pond wetland；Deeply treatment

1 前言

隨著經濟的發展和科學技術的不斷進步，城市污水處理廠如雨后春筍般不斷涌現出來，城市污水的達標率也在不斷提高，但城市受納水域的水質卻依然不見好轉，反而有進一步惡化的趨勢。究其原因，一方面是面源污染的結果，另一方面是城市污水處理廠的出水存在水質問題。目前，我國絕大多數污水處理廠采用的是二級生物處理工藝[1]，執行的是GB18918-2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》中的一級B標準。自2007年5月太湖流域發生藍藻暴發重大水污染事件以及引發無錫供水危機之后，環太湖流域城鎮污水處理廠開始嚴格執行一級A標準，并推動了全國城鎮污水處理廠一級A提標改造和擴建、新建工作[2]。但是，即使污水處理廠排放的尾水達到一級A標準，尾水中的污染物濃度仍明顯高于地表水環境質量標準，且超過當地受納水體水環境容量。

充分利用現有的太湖流域廣泛分布的廢棄河浜、溝塘坑洼濕地，將其構建成豐富、多層、穩定、高效的人工濕地生態系統，用來對污水處理廠的尾水進行深度凈化，同時根據地形因地制宜，進行適當的改良和技術集成，探索適用于污水處理廠尾水治理的溝塘濕地模式。太湖流域某污水處理廠尾水排放溝塘濕地治理工程經過近5a的運行，發揮了較好的減污作用，生態環境效應明顯。筆者以此為例探討尾水污染溝塘濕地治理的模式，旨在為該模式提供借鑒。

2 河浜溝塘濕地處理模式簡介

2.1 河浜溝塘濕地處理系統 太湖流域屬于平原河網地區，水系眾多，將尾水引入改造過的河浜溝塘濕地，利用生態生物組合技術去除尾水中的營養物質。由于這種尾水深度處理充分利用了當地的地形條件，往往能夠減少投資、運行及維護費用。溝塘濕地不僅具有水質凈化與生態維護功能，而且具有良好的景觀效果。

2.2 構建生態溝塘濕地的常用工藝 總的來說包括3種方法，一是植物凈化法，包括人工濕地、草帶、草溝、人工浮島等；二是土壤處理法，如慢滲、快滲、漫地流、地下滲濾；三是接觸氧化法，如礫間接觸氧化法、生物繩等。可以根據具體的溝塘濕地的功能、斷面等具體條件來選擇單項技術或幾種技術組合，同時輔以曝氣等強化措施進一步提高處理效率。

3 溝塘濕地處理系統工程設計

本項目針對某污水處理廠20 000t/d尾水，擬利用污水處理廠旁側的天然河道及溝塘濕地進行生物—生態處理，處理后的尾水回用于周邊林地澆灌用水，多余部分排入河道。

該污水廠外有2條條村級河浜，其中一條河浜為斷頭狀態，這2條村級河浜在污水處理廠的河段不作為主要的排澇和泄洪通道，也沒作通航的要求。兩側是自然狀況的護坡，地形較為平緩。2條河道相距約200m，河道斷面呈鍋底狀，最大水深為1.5～2.5m，河口寬度約為15～25m；2條河道之間現有2條明渠貫通，明渠長200m，斷面為梯形，上寬1.5m，底寬0.3m，深2m，現狀水深0.8m。

注：①、②污水處理廠尾水、受納水體為2009年11月27～30日連續3d取樣平均值。

3.1總體設計思路 針對污水處理廠的尾水的排放特征，利用原有2條河道，采用工程措施和生態修復綜合技術對其污染進行控制與治理。采用推流設備來實現水系循環，在水系貫通的前提下，在局部區域加強生物強化措施，在全范圍的進行生態修復措施，增強水體自凈能力，提高尾水的水質。

3.2 處理工藝流程 綜合考慮本項目，整個水系通過推流系統進行活水循環系統，同時在水面開闊的區域作為集中控制區，加強工程措施，在開挖的明渠里加強生物強化措施的方法，即在重要節點加強工程措施來集中污染治理，達到削減污染的目的，對于集中治理下游段河岸周邊的面源污染，在重點流入區域，設置生態緩沖帶，并建立攔截體系，對農業面源等進行緩沖和截留。在水面開闊處，流速變慢，通過生態恢復的辦法構建生態塘，通過種植挺水-浮水-沉水植物，構建生物性多的豐富的生態系統來增強自凈能力。

3.3 具體工藝設計

3.3.1 活水循環系統 將污水處理廠尾水就近導入該循環生態河道系統，利用現有河道、明渠等水利通道形成一個循環流通的水系，通過推流系統使得水體循環起來，在輸送河道中，采取一定的工程措施和生態修復措施來加強水體自凈能力，進一步處理尾水，提高尾水水質。本項目水系貫通設計水量為20 000t/d、850t/h。在對河網貫通處理時，堅持生態河道開放性的理念，打通節點，結合河道整治，貫通水系，恢復區域內河道引排功能，暢通河道水系，從而有效控制高低水位，使河道達到“水系通、水體活、水質好”的要求。

3.3.2 接觸氧化段 生物繩是新型的接觸氧化材料，接觸比表面積大，有很高的生物量，凈化效率高。凈化功能主要通過水體連續不斷的循環接觸氧化實現，生物繩和河道推流增氧系統有機結合起來，更有助于掛膜。采用生物接觸氧化處理工藝在溝渠內（約210m）分段布設生物繩，曝氣設備采用沉水曝氣機。該設備管理安裝簡便、噪聲小，充氧效率好。在曝氣的條件下，借助生物繩表面附著的微生物降解有機物，增強河道的自凈能力。在治理范圍內分段布設生物繩，在沿水流方向上，每間隔15m布置30m長的生物繩，一共有4段，總長度為120m。水面寬度為4m，在垂直水流方向上有每間隔0.2m布置1根，水平方向上布置11根，深度上布置8根，橫截面積為2.0m×1.4m。

3.3.3 改良型表面流人工濕地 從污水流入河浜開始，首先進入第一密植區，種植耐污性較強的茭草、香蒲、千屈菜等可大量吸收降解后的氮、磷等物質，經植物體的代謝機制轉化為濕地旺盛的初級生產力，造就了生物多樣性的重要基礎。然后進入相對廣闊的水面，配合淺水域的微棲地，有效增加日光的穿透率，并加深補償點的深度，營造出底棲生物適存的最佳環境。護岸植物種植可分為2個部分：在護岸表面噴播固土能力強的草本植物，局部點綴扎根能力強的灌木，增強抗沖刷、水土保持能力，提高堤岸穩定性。選用植物：脫殼狗牙根+矮生百慕大+多年生黑麥草+波斯菊。水面近岸處構建挺水-浮水-沉水植物帶，有條件的河段可盡量將沉水植物種植延伸至河道中心。近岸水生植物帶的構建一方面可以通過植物吸收水體中的氮磷等營養物質，另一方面為微生物的生長提供了有力條件。選用挺水植物如蘆葦、菖蒲、再力花、水蔥、黃花鳶尾等。

3.3.4 生態浮島 主要浮島植物為旱傘草、黃花鳶尾、水生美人蕉、千屈菜、菖蒲等。

3.3.5 沉水植被的恢復 主要是在水面較開闊、流速相對較慢的區域，恢復沉水植被。可以分別移栽冬綠型和春綠型的菹草和伊樂藻、夏綠型的馬來眼子菜、黑藻、金魚藻，以及常綠型的輪葉黑藻等，進行密植繁育。

4 溝塘濕地的生態效應和環境效應

由于溝塘濕地是一個相對開放的系統，評估這個溝塘濕地系統對污水的處理效率有一定的困難，一是本身尾水進入到整個系統就存在一個稀釋作用；二是整個溝塘濕地是一個開放水體，還接納雨水等地表徑流，因此單純的用進出水的水質標準來表征污水處理效率是不合理的。

而這種天然河道和溝渠濕地的生態效應體現在以下幾個方面：一是作為水生動植物的重要棲息地，是生物多樣性的一個重要的殘存源，溝渠堤岸繁茂的植被不僅為陸上的昆蟲和鳥類提供了棲息地，根系還可為魚類產卵、繁衍生活提供了場所，形成一個生物共生完整的溝渠生態系統。二是生態調控效應，對建立和維護區域生態平衡有積極作用。三是生態廊道作用，作為農田中動物的遷移廊道，影響著動物的種類和數量，網絡狀的溝渠擴大了溝渠的水利連通性，將水分和養分分散儲存起來。總之，通過構建天然河道和溝渠濕地的生態系統提高了凈化功能，廊道功能及其抗干擾能力，有助于增加生物多樣性和維護整個生態系統的健康發展。

5 溝塘濕地的管理維護

5.1 水生植物的管理維護 濕地植物是否能更成功的生長，取決于濕地內水位深度的管理與控制。雖然濕地植物可以暫時忍受環境的改變，但卻無法在超過其耐受度太多或太長時間的條件下生長。在冬季的時候，水位高度可以提高一些，以增加水流滯留時間并避免植物凍死。而交替流量或是降低水位則有助于水中有機質的氧化，并促進濕地內植物的萌發。在緩沖帶上的植物需視情況收割、增加肥料。高頻率的收割有助于植被擴張與根系生長，需要定期的植被檢查，并移除外來的侵略物種。濕地植物收割的次數，與水體的質量、植物本身的生長狀態有關。收割水生植物主要的目的，是讓植物保持較高的新陳代謝，達到去除水中營養鹽的功效。例如，透過經常性收割水芹菜（約3～4周一次）可有效達到去除水中營養物質。收割后的水生植物，通常經過干燥、填埋，水生植物殘體可以很快堆肥。不過如果植物不夠干燥，那么所富含的水分將會降低堆肥的效果，并且產生滲濾液。對于水生植物進行持續地收割，將有助于水生植物生態系統的生長。

5.2 浮島的維護 為移除人工浮島中不受歡迎及侵入的物種，應間隔一段時間就要進行除草，以保持可接受與設計良好的景觀。在植物管理上，人工浮島設立后，1～3a內種植的植物就會十分的茂盛，成熟的植物群落自然就會形成。同時，除了人工種植的植物生長以外，浮島上也會有外來入侵的植物物種。植物的生長過剩，常使重量超過浮島的負荷，尤其是外來的禾本科植物，會造成浮島的沉沒或因重量不均造成翻覆，所以定期的收割及去除，可以控制浮島的荷重、提高吸收營養鹽的效能、提供鳥類及昆蟲最佳的生存空間以及景觀的創造。為了解在不同單元、固定繩索、錨與水生植物間的連結部分維持在良好狀態，以便于整修損壞的部分，構造物管理項目有定時監管、故障報修、其他突發事件的排除。在構造物的管理方面，定期的巡視與緊急時如風雨過后的檢查都是維護浮島的基本工作，浮島外觀的完整性、固定浮島的組件功能等，都是巡查的要點。一旦發現磨損、故障、破裂及流失等，必須在短時間內進行修復或更新，尤其是在暴風雨過后，都應該進行更詳細的檢查，以確認浮島的結構安全與固定功能的正常。

6 結語

對有尾水深度處理和污水處理設施升級改造要求但占地面積嚴重不足的污水處理廠，充分利用地形條件，把河道附近廢棄的河浜、水塘等因地制宜的充分利用起來。對整個河浜溝塘濕地生態系統的管理維護工作要充分重視起來，生態護坡、濕地塘及浮床等濕地植物的收割和維護也需要定期進行，以保證工程長效、穩定、可持續性的運行。

參考文獻

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