人工濕地在污水廠尾水深度凈化的應用研究

嚴倩倩 張智謀

（1武漢中科水生環境工程股份有限公司 湖北武漢 430074 2武漢東藝建筑設計有限公司 湖北武漢 430000）

0 引言

2015年4月，國務院《水污染防治行動計劃》（國發〔2015〕17號）的發布，對全國范圍內的重點流域、地級及以上城市建成區的黑臭水體、地級及以上城市集中式飲用水水源、全國地下水及近岸海域水質等均提出了明確的指標要求。且隨著居民生活水平的日益提高，人們對周邊生態環境的需求也越來越高，排入河道、湖泊的水質要求及管控措施也日益嚴格，污水的深度處理也逐漸推廣開來。其中人工濕地工藝以其獨特的優勢，在污水尾水深度處理中起到了相當重要的作用[1-2]。

1 工程設計

壽光市城北污水處理廠設計日處理量為50 000 m3/d，采用“預處理+A/A/O生化處理+V型濾池+消毒”工藝，出水達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）中一級A標準，其中CODCr≤40 mg/L，NH3-N≤2 mg/L。污水經處理后排放水體為下游河道。

為改善河道及下游水體水環境，打造生態文明的城市環境，擬對污水處理廠尾水采用垂直潛流人工濕地工藝進行深度處理，出水水質達到 《地表水環境質量標準》（GB3838—2002）中地表水Ⅳ類標準。

污水處理廠出水進入對現狀河道改造后的蓄水池內進行調蓄及沉淀，然后進入并聯設置的91座潛流人工濕地，在潛流濕地的出水端設置8座生態調節池，最終出水進入末端的出水展示池后排至張僧河下游，工藝流程如圖1。

各構筑物的設計參數如下所示：

（1）蓄水池：有效水深1.55 m，水力停留時間≥0.32 h。位于工藝的最前端，抬高水位并形成穩定水面，以便向垂直潛流人工濕地進水渠重力自流穩定配水。

（2）進水渠、出水渠：由于要保持進出水水頭穩定，渠寬采取漸變收縮，進水渠起端渠底寬為2.0 m，末端渠底寬1.1 m，共設置9個變化點，每個變化點渠底寬度減小0.1 m；出水渠渠寬采取漸變擴大，起端渠寬為0.5 m，末端渠寬2.3 m，共設置9個變化點，每個變化點渠底寬度增加0.2 m。進水渠對人工濕地進行均勻布水，保持水面高度穩定，維持進水水頭穩定；出水渠保持水面高度穩定，使人工濕地能夠自流出水。同時在進、出水渠種植水生植物，進一步加強對來水的生態處理能力，同時也起到一定的景觀作用。

（3）垂直潛流人工濕地：分為91塊，總有效面積約10 hm2。 表面水力負荷 0.50 m3/（m2·d），水力停留時間為 17.28 h。濕地床深0.8 m，濕地填料由3層不同粒徑級配的塊石或碎石構成，填料孔隙率為40%左右。第一層粒徑8～12 mm填料250 mm厚，第二層粒徑15～25 mm填料250 mm厚，第三層粒徑30～60 mm填料300 mm厚。采用進水渠－配水主管—配水支管布水系統，配水主管連接進水渠，配水主管DN200/DN300，支管DN100。各塊人工濕地面布水量負荷均等，布水管按其總水量負荷合理配置。潛流濕地內搭配種植蘆葦、香蒲、菖蒲和鳶尾。潛流濕地為處理工程的核心，主要功能是去除水中污染物，重點去除氨氮，同時去除有機物、懸浮物等；呈現濕地特異景觀，典型斷面如圖2。

（4）生態調節池：池長為50 m，寬度約為 17 m，有效水深1.1 m，共8座，水力停留時間≥3.7 h。營造以沉水植物為支撐的過流水體生態凈化系統，提高其生物多樣性，進一步改善垂直潛流人工濕地出水水質，并展示其水體生態景觀。

（5）出水展示池：面積約為3 000 m2。展示整個生態處理系統最終處理效果，布置親水平臺及棧道，同時末端池壁作為出水滾水壩。

2 工程運行維護重點

2.1 植物栽種初期的養護管理

（1）人工濕地植物栽種初期的管理主要目標是保證其成活率。濕地植物栽種的最好季節為春季，植物成活率較高。若種植季節在冬季應做好植物的防凍措施，如在夏季應做好植物的遮陽防曬工作。

（2）植物栽種初期為了使植物的根扎得比較深，需要對濕地系統的水位進行調控，初期控制較低的濕地運行水位，促使植物根莖向下生長，提高成活率。

（3）植物生長較為穩定、濕地內的生態系統相對健全后，應保證連續穩定的進水，保證水生植物的密度及良性生長所需的營養物質。

2.2 運行防堵塞措施

（1）設計中于濕地的進出水口均設有控制閥門，當濕地床填料表面生物膜累積較多、出現淤積現象時，關閉排水管，同時開啟大管徑的放空管，利用濕地床體內的較高水頭將填料中的淤泥和脫落的生物膜以較高流速排出放空管[3]。

（2）定期收割植物的地上部分，并定期去除濕地表面積累的植物殘留體，避免植物殘體堵塞填料層。

（3）由于來水中連續的營養物質的供給，系統內微生物量的增加也是填料堵塞的一個主要因素，對于此類堵塞問題，可采用濕地床體間歇進水和適當的濕地干床期等措施，以減緩填料中微生物的生長速度，并可以在干床期內使部分微生物脫落外排。

2.3 冬季運行效果保證

（1）冬季運行時將濕地水位調至填料層上方20 cm左右，以作為濕地的保溫層，足以保證配水管道、填料層中和植物根系旁的生物膜系統的正常代謝。

（2）冬季為了保持人工濕地填料床層具有一定的溫度，可將收割的濕地植物平鋪在填料床上[4]，可適當加大外界溫度與濕地床層的溫度差，減緩填料層內的上凍速率。

2.4 進出水水質和水量的監測

為掌握濕地的運行狀況及處理效果，對濕地總進出水和各級濕地出水水質和水利進行監測，利用同一集水沿線取樣點的不同監測結果分析濕地內水流的分布，掌握各級濕地內是否存在短流，分析斷流產生的原因，同時采取措施減少死區的產生。

3 工程運行效果

工程于2016年實施，工程施工完成后運行維護期間，人工濕地系統對污水廠尾水均具有較好的處理效果，系統總出水水質達到地表水Ⅳ類標準，CODCr去除率在20%～35%之間，BOD5去除率在30%～50% 之間，NH3-N去除率在20%～30%之間，TP去除率在40%～55%之間。工程實施后的水質檢測情況如表1所示。

表1 2018年人工濕地污染物凈化后檢測情況 單位：mg/L

4 結語

垂直潛流人工濕地作為污水處理廠出水的深度處理主體工藝，通過有效的運行維護管控，可對污水廠尾水中的污染物進一步去除，減輕出水排至附近水體后對周邊環境的影響。且人工濕地工程建設投資較省、運行成本較低，還可與周邊的生態景觀相結合，具有較高的環境效益、生態效益及社會效益，對其他類似的污染治理項目具有較為積極的示范和推廣意義。