PKA人工濕地技術(shù)在河道深度處理中的應(yīng)用

鄒合萍 陸效軍

摘要 采用PKA人工濕地技術(shù)，對浙江省某污染河道進(jìn)行深度處理，通過濕地下游布水、上游排水至河道，強(qiáng)制性增強(qiáng)了河道的流動性。介紹了濕地設(shè)計參數(shù)，同時對工程造價、運營管理及運行成本進(jìn)行分析。實際運行結(jié)果表明，該技術(shù)具有出水水質(zhì)穩(wěn)定、運行管理簡單等優(yōu)點，出水各指標(biāo)均達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)要求，對COD、NH3-N、TP去除率分別為75.0%、672%、83.1%。

關(guān)鍵詞 PKA人工濕地;深度處理;循環(huán)處理

中圖分類號 TU992文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）19-0096-03doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.19.028

Abstract PKA constructed wetland technology was applied in advanced treatment of a polluted river water in Zhejiang Province. The flow of water in the river was forcibly enhanced by distributing water downstream of the wetland and draining it upstream to the river.The wetland design parameters were introduced， and the project cost， operation management and operation cost were analyzed.The actual operation results showed that wetland technology had the advantages of stable effluent quality， simple operation and management， etc.The efluent met the class Ⅳ criteria specified in the Environmental Quality Standards for Surface Water（GB 3838-2002），and the removal rate of COD， NH3N and TP were 75.0%， 67.2% and 83.1% respectively.

Key words PKA constructed wetland;Advanced treatment;Circular treatment

隨著我國城鎮(zhèn)化的加速進(jìn)行和各污水處理設(shè)施建設(shè)的不到位，河道的黑臭、水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象時有發(fā)生。國務(wù)院頒發(fā)的《水污染防治行動計劃》、住建部頒發(fā)的《城市黑臭水體整治工作指南》以及水利部頒發(fā)的《關(guān)于加快推進(jìn)水生態(tài)文明建設(shè)工作的意見》等相關(guān)文件都明確了河道水體整治的必要性，并提出了到2030年城市建成區(qū)黑臭水體總體得到消除的控制性目標(biāo)，以達(dá)到提升人居環(huán)境質(zhì)量，有效改善城市生態(tài)環(huán)境的目的。

人工濕地工藝具有投資少、運行管理簡單、處理效果和景觀效果好等優(yōu)點，在國內(nèi)外已被廣泛應(yīng)用于各種污水的處理，比如農(nóng)村生活污水治理、工業(yè)廢水治理、河道生態(tài)治理等[1-5]。國內(nèi)對于人工濕地應(yīng)用于河道水質(zhì)提升也有一些研究，如潘震等[6]采用復(fù)合垂直流人工濕地技術(shù)處理黑臭河道水體，COD去除率達(dá)50%左右，總氮和總磷去除率均達(dá)到50%以上。聶志丹等[7]研究表明，垂直潛流人工濕地對富營養(yǎng)化水體的處理有明顯效果，尤其氨氮、總氮和總磷污染物的去除效果較佳。國內(nèi)對于人工濕地應(yīng)用于污水處理廠尾水提升、農(nóng)村生活污水的研究，主要是針對介質(zhì)比選、氮磷污染物去除效果、植物比選、污水凈化機(jī)制等方面[8-11]，而對應(yīng)用于河道水質(zhì)提升的研究則較少。

筆者以水質(zhì)不穩(wěn)定的浙江省某河道為研究對象，以PKA人工濕地技術(shù)為主體，對PKA人工濕地技術(shù)的凈化原理、設(shè)計參數(shù)以及對河道深度處理后水質(zhì)提升的效果及成本分析等進(jìn)行探討。

1 PKA人工濕地技術(shù)

PKA人工濕地技術(shù)是從德國引進(jìn)、浙江達(dá)人環(huán)保科技股份有限公司根據(jù)國內(nèi)實際情況自主研發(fā)改良的一種污水處理技術(shù)，該技術(shù)充分利用物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)同作用，通過過濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸附和微生物分解作用來實現(xiàn)對污水的高效凈化。PKA人工濕地主要由介質(zhì)、植物和附著在介質(zhì)上的微生物組成，是濕地發(fā)揮凈化污水作用的關(guān)鍵組成[12-13]。PKA人工濕地介質(zhì)是由5層不同介質(zhì)按特定比例組合而成，介質(zhì)層由上至下分為好氧區(qū)、兼氧區(qū)、厭氧區(qū)，為好氧微生物、厭氧微生物提供生長和工作環(huán)境。PKA人工濕地是垂直潛流型濕地，污水自沉淀池經(jīng)過一段時間的靜置、厭氧反應(yīng)后，通過提升泵提升至濕地。污水中的污染物在PKA人工濕地的5層特殊介質(zhì)混合層中被降解而去除。

該項目采用的PKA潛流濕地為浙江達(dá)人環(huán)保科技股份有限公司專利技術(shù)：“介質(zhì)復(fù)合型人工濕地的景觀水生態(tài)凈化處理系統(tǒng)及其方法”（專利號：ZL200710041961.7），該技術(shù)已多次成功運用于農(nóng)村生活污水治理項目中。

2 實例應(yīng)用

2.1 研究區(qū)域概況

該項目所處位置為浙江省某河道，該河道周邊為農(nóng)村居民、工業(yè)工廠、養(yǎng)殖廠以及海洋生物園。該河道治理前，由于周邊大量工業(yè)廢水溢流進(jìn)入河中，流動性差，且農(nóng)村居民生活污水未經(jīng)處理直排至大干河，導(dǎo)致河道受到嚴(yán)重污染，致使河道水質(zhì)渾濁，底泥上浮，水體呈黃綠色、乳白色，河水散發(fā)出難聞的異味。尤其到了夏天，河水臭氣熏天，蚊蠅孳生，嚴(yán)重影響了附近居民的生活環(huán)境。該河道全長1 200 m，寬度5～6 m，總水量約10 000 m3。

為了整治河道現(xiàn)狀，采取了以下措施：①截斷河道污染源，即拆除上游養(yǎng)豬場，實施園區(qū)內(nèi)雨污水主管網(wǎng)改造工程，督促園區(qū)內(nèi)企業(yè)完成企業(yè)內(nèi)部管網(wǎng)改造工程。②污水處理達(dá)標(biāo)后再排放。實施河道周邊農(nóng)村居民生活污水截污納管，實施海洋生物園污水處理廠提升改造工程，污水處理達(dá)標(biāo)后再排放。③美化、凈化河道。對河道兩側(cè)進(jìn)行綠化改造，實施河道水體生態(tài)修復(fù)工程，如生態(tài)浮島、曝氣。由于該河道流動性差，污染嚴(yán)重，雖然采取了截污納管、生態(tài)浮島、增氧曝氣技術(shù)等措施，但水體水質(zhì)仍然處于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）劣Ⅴ類水，水質(zhì)不穩(wěn)定，而且水體的透明度仍有待提高（低于20 cm）。為了提升該河道的水質(zhì)至Ⅴ類水體，提高水體的透明度，擬采用PKA人工濕地技術(shù)對河道水體進(jìn)行深度處理，以達(dá)到目標(biāo)要求。

2.2 河道水環(huán)境治理

2.2.1 濕地工程的構(gòu)建。

該項目中的濕地總建設(shè)面積為1 500 m2，河道水量約10 000 m3，故循環(huán)周期約為10 d/次，大大地提高河道整體的流動性，具體的濕地平面布置示意圖如圖1所示。循環(huán)水泵放置于河道下游，將河道水提升至附近的集水井，隨后經(jīng)提升泵通過布水管道以垂直潛流方式進(jìn)行均勻布水，經(jīng)過濕地介質(zhì)和介質(zhì)上的微生物多重降解、吸附、凈化等作用，最后經(jīng)集水管從排水口排入河道上游。根據(jù)現(xiàn)場實際情況和景觀效果的考慮，半埋式濕地最為方便。基坑開挖后，進(jìn)行素土夯實并細(xì)砂填平，底部及基坑四周鋪設(shè)PE防滲膜，防止待處理河水往地下滲漏。濕地基坑四周構(gòu)建構(gòu)造柱和圈梁，并實心厚磚混凝土粉刷，保證濕地的穩(wěn)固性。建設(shè)在河道中間段河邊，便于濕地的供水和排水，主要用于河道水體的深度處理、水質(zhì)提升，并增加水體的流動性。

2.2.2 介質(zhì)攤鋪。

濕地介質(zhì)層為5層介質(zhì)層，每一層介質(zhì)層的介質(zhì)粒徑配合比、組成成分、厚度與待處理的污水濃度有關(guān)系。介質(zhì)不僅過濾固體物、固定由細(xì)菌引起的薄膜，而且通過表面的吸附和氧化作用提高對污染物的去除。從濕地系統(tǒng)處理能力和使用年限來考慮，選擇最優(yōu)化合理的介質(zhì)粒徑配合比，以確保合理的水傳導(dǎo)性，緩解濕地基質(zhì)堵塞現(xiàn)象[14]，則是介質(zhì)攤鋪的關(guān)鍵。

濕地構(gòu)建經(jīng)過放線挖槽坑、處理基坑墊層、攤鋪防滲膜、接管注水后才開始介質(zhì)攤鋪，分層回填。回填時按300 mm一層進(jìn)行分層回填夯實，宜用人工夯實，小心施工，不得局部猛力沖擊設(shè)備。介質(zhì)選用環(huán)保型不同粒徑的砂礫，無二次污染。

2.2.3 植物選擇。

濕地植物選擇去污能力強(qiáng)、根系發(fā)達(dá)、耐寒、四季常綠、便于管理的水生植物，包括菖蒲、美人蕉、西伯利亞鳶尾、傘葉花，種植密度8～12株/m2。同種植物沿著布水管道均勻種植，其中以易打理、長勢良好的美人蕉、西伯利亞鳶尾為主。

2.2.4 運行方式。

循環(huán)水泵配備過濾網(wǎng)，以防止懸浮物、樹枝等雜物堵塞，影響正常運行。循環(huán)水泵從河道下游將河水通過沿河道鋪設(shè)的DN250 PE進(jìn)水管道提升至集水井，經(jīng)過若干小時的靜置后，由2臺提升泵同時布水。提升泵選型為流量Q=100 m3/h，H=36 m，功率15 kW，每天運行時間為5 h。為了濕地均勻穩(wěn)定布水，水泵的啟動和關(guān)停通過水位浮球和水泵控制器聯(lián)合控制。下游的河水經(jīng)濕地凈化后，通過鋪設(shè)在上游的DN300出水管自流排出。以此循環(huán)，河道內(nèi)的水體循環(huán)流動起來。

2.3 運行效果及成本

初始運行前，需對濕地介質(zhì)進(jìn)行沖刷沖洗。運行1個月后，在河道水體pH為6～9，COD、NH3-N、TP平均濃度分別為60.23、4.21、1.30 mg/L的情況下，濕地出水水質(zhì)為pH 6～9，COD、NH3-N、TP平均濃度分別為1505、1.38、0.22 mg/L，污染物去除率分別為75.0%、672%、83.1%。經(jīng)過濕地多次對河道水體的循環(huán)處理，河道水體各指標(biāo)也達(dá)到了GB 3838—2002 Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)要求，優(yōu)于設(shè)計的Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)要求。

由于除水泵外無其他機(jī)械設(shè)備，故運行維護(hù)簡單，只需定期清除雜草、枯死植株即可，對于生長茂盛或成熟后的植物要按時收割，以防枝葉遮擋其他植物的光照和濕地介質(zhì)的晾曬。PKA人工濕地?zé)o泥土、表面不積水、無臭味，且外觀看像生態(tài)家園，與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

投資和運營成本與水質(zhì)水量、選取的組合工藝、排水標(biāo)準(zhǔn)以及地域等因素息息相關(guān)[15]。該項目中PKA人工濕地建設(shè)費造價131.2萬元，其中配件1.2萬元，比其他組合工藝深度處理的投資成本低[16]。運行成本主要包括電費、人工費，平均水處理成本為0.14元/m3。河道水體水質(zhì)穩(wěn)定后，可考慮延長循環(huán)周期，縮減運行成本。

3 結(jié)論

傳統(tǒng)的生態(tài)浮島、增氧曝氣等技術(shù)對于污染較嚴(yán)重、流動性差、開放式流域的河道水體來講，不能從根本上改善水體水質(zhì);PKA人工濕地技術(shù)作為一種生態(tài)處理技術(shù)，設(shè)計從下游布水、上游排水至河道的理念，強(qiáng)制性增強(qiáng)了河道水體的流動性，能有效地將污染嚴(yán)重的河道水質(zhì)提升至Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)要求。該項目采用PKA人工濕地技術(shù)，設(shè)計總循環(huán)處理水量10 000 m3，日處理量1 000 m3/d，循環(huán)周期10 d/次，濕地出水水質(zhì)略優(yōu)于Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)要求，對COD、NH3-N、TP去除率分別為75.0%、67.2%、83.1%。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳長太，王雪，祁繼英.國外人工濕地技術(shù)的應(yīng)用及研究進(jìn)展[J].中國給水排水，2003，19（12）：105-106.

[2] 翁益松，劉朝飛，陳鉞.PKA人工濕地技術(shù)在生活污水處理中的試驗研究[J].環(huán)境污染與防治，2014，36（6）：47-50.

[3] 魏改霞，吳連成，劉峻，等.中原地區(qū)農(nóng)村污水處理工程設(shè)計與運行[J].工業(yè)水處理，2018，38（11）：93-95.

[4] 譚迪，雷鳴，龍九妹，等.運用無動力人工濕地分散式處理農(nóng)村生活污水的研究[J].環(huán)境污染與防治，2018，40（4）：455-459.

[5] 尉家鑫，袁梅，史建鋒，等.城市河道全域治理研究與實踐[J].施工技術(shù)，2017，46（22）：140-144.

[6] 潘震，張勇，黃民生，等.生物柵-復(fù)合人工濕地系統(tǒng)對黑臭河水的中試處理[J].凈水技術(shù)，2011，30（2）：37-41.

[7] 聶志丹，年躍剛，金相燦，等.3 種類型人工濕地處理富營養(yǎng)化水體中試比較研究[J].環(huán)境科學(xué)，2007，28（8）：1675-1680.

[8] 袁東海，景麗潔，高士祥，等.幾種人工濕地基質(zhì)凈化磷素污染性能的分析[J].環(huán)境科學(xué)，2005，26（1）：51-55.

[9] 劉春常，夏漢平，簡曙光，等.人工濕地處理生活污水研究：以深圳石巖河人工濕地為例[J].生態(tài)環(huán)境，2005，14（4）：536-539.

[10] ROUSSEAU D P L，LESAGE E，STORY A，et al.Constructed wetlands for water reclamation[J].Desalination，2008，218（1/2/3）：181-189.

[11] THULLEN J S，SARTORIS J J，NELSON S M.Managing vegetation in surfaceflow wastewatertreatment wetlands for optimal treatment performance[J].Ecological engineering，2005，25（5）：583-593.

[12] 項學(xué)敏，楊洪濤，周集體，等.人工濕地對城市生活污水的深度凈化效果研究：冬季和夏季對比[J].環(huán)境科學(xué)，2009，30（3）：713-719.

[13] 崔麗娟，張曼胤，李偉 等.人工濕地處理富營養(yǎng)化水體的效果研究[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2010，19（9）：2142-2148.

[14] 李亞，孔令為，張義，等.人工濕地技術(shù)低溫運行效果及對策[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（17）：195-197.

[15] 胡潔，許光遠(yuǎn)，胡香，等.組合式人工濕地深度處理小城鎮(zhèn)污水處理廠尾水[J].水處理技術(shù)，2018，44（11）：120-122，132.

[16] 管策，郁達(dá)偉，鄭祥，等.我國人工濕地在城市污水處理廠尾水脫氮除磷中的研究與應(yīng)用進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2012，31（12）：2309-2320.