生態(tài)濕地技術(shù)在城市污水處理廠尾水深度處理中的應(yīng)用

郭 蕭

（南京澤輝環(huán)保科技有限公司，江蘇 南京 210000）

我國城市化進(jìn)程隨著經(jīng)濟(jì)科學(xué)的發(fā)展不斷推進(jìn)，隨之而來的是人口的增加和工業(yè)水平的提升，從而導(dǎo)致一些城市區(qū)域的生活污水和工業(yè)廢水的排放量持續(xù)增加，這對城市河道的水環(huán)境產(chǎn)生了巨大影響。當(dāng)前，隨著先進(jìn)科技的發(fā)展，各大城市已將部分資金投入到污水處理廠的建設(shè)中，其良好運(yùn)營能夠?qū)⑸钗鬯凸I(yè)廢水中的一些污染物有效去除，但由于一些原因，污水處理廠處理后的尾水中還是會(huì)存在一些污染物，如果將這些尾水排放到城市河道中，就會(huì)成為城市河道水環(huán)境污染的關(guān)鍵源頭之一。

基于以上原因，本文主要分析了生態(tài)濕地技術(shù)應(yīng)用于某城市污水處理廠中尾水凈化處理的過程，并深入探討了尾水深度處理的效果。

1 污水處理廠的基本情況

以某城市中一所污水處理廠為例，該污水處理廠主要負(fù)責(zé)處理一定區(qū)域內(nèi)的生活污水，其設(shè)計(jì)規(guī)模為4.8萬t/d，選用的是—預(yù)處理（曝氣沉砂+初沉）→生物處理方式→深入處理（混凝沉淀過濾法）組合型的污水處理流程工藝，主要是為確保該處理廠經(jīng)過凈化后的排水能夠達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）中的A類標(biāo)準(zhǔn)。目前，該處理廠通過利用生態(tài)濕地凈化技術(shù)進(jìn)行最終的深度處理，且在進(jìn)行排放時(shí)盡量做到最大程度地削減尾水中的污染物含量，從而有效降低對城市區(qū)域河道水環(huán)境的污染程度，以保證不會(huì)對周邊生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生任何影響。

2 生態(tài)濕地處理工藝

2.1 生態(tài)濕地作用機(jī)理

人工生態(tài)濕地凈化技術(shù)主要是通過使用土壤、人工介質(zhì)、植物以及微生物等生態(tài)環(huán)境中的元素，使其經(jīng)過物理、化學(xué)、生物產(chǎn)生協(xié)同作用。通常，該技術(shù)是模擬生態(tài)環(huán)境中發(fā)生的過濾、吸附、離子互換、植物光合吸收以及微生物降解等現(xiàn)象，以實(shí)現(xiàn)對尾水的凈化效果，并深化其凈化程度[1]。

2.2 處理工藝方案比選

（1）該污水處理廠主要負(fù)責(zé)處理一定區(qū)域內(nèi)的生活污水和少量的工業(yè)廢水，從而進(jìn)行凈化排放等處理。由于該地區(qū)的工業(yè)污水和生活污水中都不含有毒有害的元素，所以，可利用生態(tài)濕地技術(shù)對尾水進(jìn)行深度處理，主要是去除CODCr以及NH3-N。因此，在設(shè)計(jì)使用濕地生態(tài)系統(tǒng)時(shí)，要運(yùn)用相應(yīng)的工藝設(shè)計(jì)方法，并根據(jù)不同水質(zhì)的特點(diǎn)，以及系統(tǒng)中建筑面積的大小，同時(shí)，還要根據(jù)水體景觀建設(shè)和水質(zhì)凈化功能的不同，在經(jīng)過綜合分析后確定方案，以保障生態(tài)濕地凈化技術(shù)的工藝能體現(xiàn)出高效運(yùn)作、成本較低、維護(hù)簡單以及功能區(qū)分明等應(yīng)用優(yōu)勢。

（2）在構(gòu)建生態(tài)濕地時(shí)，由于污水處理廠可利用的建筑面積是有限的，所以，要綜合分析水質(zhì)凈化、水體流動(dòng)以及富氧和植物群落的構(gòu)建規(guī)律等，要以實(shí)際情況選擇并建立人工生態(tài)環(huán)境。在分析該區(qū)域內(nèi)的水污染數(shù)據(jù)和水質(zhì)數(shù)時(shí)，要有針對性地設(shè)計(jì)人工生態(tài)濕地環(huán)境，且凈水系統(tǒng)中要具備兼氧區(qū)，好氧區(qū)，其主要作用是去除尾水中殘留的有機(jī)物和污染物。除此之外，還要建設(shè)專區(qū)，以供進(jìn)行氨氮硝化和硝酸鹽反硝化反應(yīng)，從而提升構(gòu)建的生態(tài)系統(tǒng)中水環(huán)境的自我凈化和自我恢復(fù)的能力。

綜上所述，污水處理廠所需要建設(shè)的應(yīng)用單元主要包括強(qiáng)化凈化單元、水環(huán)境自修復(fù)單元以及一些優(yōu)化單元。以上單元主要是為了讓水質(zhì)中的污染物和有機(jī)物等在流動(dòng)的過程中實(shí)現(xiàn)自我凈化，而在凈化過程中保持流動(dòng)的環(huán)境，是模擬生態(tài)系統(tǒng)的作用過程，是符合自然規(guī)律的。

（3）根據(jù)不同類型污水的水質(zhì)區(qū)別，污水處理廠對兩種不同的組合型工藝凈化方案進(jìn)行了篩選比較，經(jīng)篩選后確定最優(yōu)的方案，以進(jìn)行生態(tài)濕地系統(tǒng)尾水凈化工藝操作。

2.2.1 優(yōu)選方式

從開始進(jìn)行生態(tài)濕地系統(tǒng)建設(shè)方案優(yōu)選的時(shí)候，就要判斷該工藝流程是否最符合所需凈化處理的水質(zhì)要求，且必須考慮該處理廠建筑面積較小的硬性要求，同時(shí)，還要保證有明確的工藝操作流程，并有科學(xué)依據(jù)第進(jìn)行系統(tǒng)分區(qū)，以確保高效穩(wěn)定的運(yùn)行過程等[2]。

2.2.2 方案對比

（1）本污水處理廠考慮的方案一是潛流濕地-表流濕地的組合工藝，該工藝方法所需要的操作流程較短，有著較為科學(xué)合理的功能分區(qū)；其處理完的尾水作為水質(zhì)強(qiáng)化凈化單元先被排放進(jìn)潛流濕地，在潛流濕地中完成有機(jī)物以及氮磷等元素的凈化和排除；然后再排放至水域面積較大的表流濕地，因該濕地既擁有豐富的植物群落，又有較高的可觀賞性，所以，整個(gè)生態(tài)濕地系統(tǒng)不需要任何含有能量消耗的技術(shù)設(shè)備。該方案的整個(gè)系統(tǒng)凈化工程計(jì)劃用地為4.1萬m2，能夠處理4.3 m3的污水，經(jīng)計(jì)算后得出，整個(gè)生態(tài)濕地系統(tǒng)的表面水力負(fù)荷可達(dá)到0.693 m3/（m2.d），通過與國家政府有關(guān)規(guī)定中的數(shù)據(jù)比較，已超出了有關(guān)濕地的水力負(fù)荷指標(biāo)（要求不超過0.5）。由此可知，若采用該方法進(jìn)行濕地工程建設(shè)，會(huì)由于該污水處理廠的建筑面積過小的硬性限制而最終造成達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。除此之外，該方案的工程造價(jià)相對較高，且后續(xù)對整個(gè)系統(tǒng)和工藝流程的維護(hù)難度相對較大，所以，運(yùn)行費(fèi)用也相對較高。

（2）除此之外還考慮了方案二，是利用生態(tài)塘+表流濕地相結(jié)合建設(shè)的方法，該方法能打破建筑面積較小的限制，同時(shí)，可將水流的過程相比于方案一延長一些，從而有效增加了水體在系統(tǒng)中的停留時(shí)間，這樣可保證系統(tǒng)功能的分區(qū)比較科學(xué)合理。因該生態(tài)環(huán)境中設(shè)有兼氧塘，所以可輔助完成將污染物或有機(jī)物良好去除，并且，對氮氧元素也有較好的排除效果。另外，好氧植物塘可以更好地進(jìn)一步完成上述任務(wù)。而表流濕地的作用則是充當(dāng)水環(huán)境自我凈化單元，其中有豐富種類的植物生物，尤其在冬季時(shí)，若水生植物有枯萎的現(xiàn)象，好氧塘中的沉水植物能繼續(xù)完成凈化水質(zhì)的工作，該方案最突出的優(yōu)勢就是有效水力停留時(shí)間可長達(dá)30 h，這樣可以強(qiáng)化去除污染物的功能。總而言之，該方案的工程造價(jià)相比于方案一要減少很多，并且，該方案建設(shè)的生態(tài)濕地系統(tǒng)能全流程實(shí)現(xiàn)重力流，唯一的劣勢是在于其基底標(biāo)高設(shè)計(jì)工作較困難，存在一定技術(shù)難度。

2.3 處理工藝確定

本污水處理廠的尾水為已經(jīng)過深度處理且達(dá)到國家A標(biāo)準(zhǔn)的尾水，但同時(shí)，污水處理廠還需要處理一定量的工業(yè)廢水，因此，由于以上廢水中的有機(jī)物含量較高，所以，去除氮磷元素營養(yǎng)鹽的難度較大。但經(jīng)過以上優(yōu)選比較，方案二（生態(tài)塘+表流濕地）所構(gòu)建的生態(tài)濕地系統(tǒng)占地面積較小，總體水力停留面積較長，同時(shí)附加對水環(huán)境凈化的強(qiáng)力措施，且該表流濕地的水平面面積較大，有較高的可觀賞度，工程建設(shè)成本又較低。所以，相比于方案一而言，從施工難度、凈化效果以及投資費(fèi)用、盈利等角度綜合考慮，方案二都非常適污水處理廠的建設(shè)。

2.4 處理工藝流程

該污水處理廠處理A類尾水的工藝流程如圖1所示。首先，凈化過的尾水經(jīng)過布水渠通道進(jìn)入已建設(shè)好的兼氧生態(tài)塘和好氧生態(tài)塘，然后，按照順序進(jìn)入表流濕地和沉水植物塘，最后，經(jīng)生態(tài)濕地技術(shù)凈化后的尾水從尾部的集水區(qū)收集好后排放入河。

圖1 處理A類尾水的工藝流程

如圖1所示，按照以上方案建設(shè)的生態(tài)濕地系統(tǒng)包括強(qiáng)化凈化部分和水體自我凈化部分。其中，強(qiáng)化凈化部分包括好氧生態(tài)塘和兼氧塘，塘內(nèi)有面積較小且造價(jià)相對較低的植物區(qū)域，是利用進(jìn)水口水頭減少池塘內(nèi)水體滯留區(qū)域的面積，以優(yōu)化污水的水流場。除此之外，兼氧塘中還需要鋪設(shè)一定數(shù)量的水質(zhì)凈化填料和建設(shè)的人工植物浮島，這主要是為了在生態(tài)環(huán)境的兼氧大環(huán)境下，輔助實(shí)現(xiàn)污染物和有機(jī)物的轉(zhuǎn)化。而好氧生態(tài)塘的建設(shè)是為了去除氮氧化合物和有機(jī)物，因此，池塘內(nèi)還需要保持一定濃度的溶解氧和微生物生長的物質(zhì)，所以，要建設(shè)人工植物浮島，以保證微生物的含量，從而有效去除污染物和有機(jī)物。而水體自我凈化部分主要設(shè)置有沉水植物、挺水植物的種植區(qū)以及反硝化處理功能區(qū)，是盡量模擬真實(shí)生態(tài)環(huán)境下的生存環(huán)境，保證生態(tài)鏈的完整性，以形成穩(wěn)定平衡的生態(tài)環(huán)境，從而保證尾水深度凈化的工作效果。

2.5 設(shè)計(jì)參數(shù)及主要處理單元

2.5.1 兼氧塘

在兼氧塘的建設(shè)過程中，池塘有效深度一般是4～5 m，超高為0.5 m；在植物區(qū)域要設(shè)置三道隔檔以在池塘內(nèi)形成三條連廊，寬度約為每條15 m，其中，彈性填料的密度為0.15；兼氧塘建設(shè)成后要實(shí)現(xiàn)平均水力的停留時(shí)間為8～10 h。

2.5.2 好氧植物塘

在好氧植物塘的建設(shè)過程中，池塘有效深度為0.8～1.5 m；池塘內(nèi)部要分割成11條廊道，分割材料使用軟圍隔；人工植物浮島的覆蓋率要達(dá)到0.25；生態(tài)護(hù)坡選用多孔混凝土；構(gòu)建后的植物塘要實(shí)現(xiàn)平均水力的停留時(shí)間為12～15 h。

2.5.3 表流濕地

表流濕地設(shè)置分為挺水植物和沉水植物兩個(gè)區(qū)域。其中，挺水植物區(qū)域水深要求在0.8 m左右，要將濕地面積平均分為三份，前段、中段、后段占站一份，同時(shí)，前后兩端均為普通表流濕地，而中間部分是模擬天然沼澤濕地運(yùn)行，要做到有序管理。而沉水植物區(qū)域水深要求在1.5 m左右，并要求在濕地內(nèi)構(gòu)建水里控制設(shè)備。

2.6 植物的選擇

在選擇濕地生態(tài)環(huán)境植物的時(shí)候，應(yīng)考慮多方面因素，包括因地制宜，種植的經(jīng)濟(jì)效益，資金鏈，滿足生物多樣性以及可觀賞度高等要求。并且，要依托建設(shè)的濕地地形，如地勢較高的區(qū)域可以種植經(jīng)濟(jì)型的挺水植物，地勢較低的區(qū)域可以種植美人蕉等挺水植物；而在池塘內(nèi)較淺的水處可選擇菱角等浮葉植物，較深的水處可種植沉水植物[3]。

3 運(yùn)行結(jié)果分析

某污水處理廠建設(shè)的生態(tài)濕地系統(tǒng)在進(jìn)行運(yùn)行期間，污水處理廠的出水口和生態(tài)濕地系統(tǒng)的出水口都設(shè)置采樣檢測，以分析凈化效果。根據(jù)結(jié)果顯示，人工建設(shè)的生態(tài)濕地系統(tǒng)對于尾水的凈化效果十分明顯，其中，COD、BOD5、NH3-N以及TP等幾種物質(zhì)的處理程度分別可達(dá)到60.1%、55.3%、76.6%以及40.5%乃至以上，能有效降低尾水排放至河道的污染程度。

4 實(shí)例分析

（1）江蘇省泰興經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)始建于1991年9月，是江蘇省首批省級經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)之一，也是江蘇省沿江地區(qū)重點(diǎn)發(fā)展的15家開發(fā)區(qū)之一。泰興經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)尾水凈化生態(tài)濕地一期工程位于通園東路兩側(cè)，北至規(guī)劃南楊路，南至規(guī)劃蔣榨路，占地約53 000 m2，約合80畝。

（2）工程建設(shè)內(nèi)容主要包括引水管道工程和深度凈化濕地工程。一期和一期擴(kuò)建共用引水管道，主管道位于洋思港下游南側(cè)，從濱江污水處理廠開始，向東至沿江大道東側(cè)排污口位置，長度約為3 200 m，管徑DN1 200 mm；支管道自排污口位置向北，長度約為360 m，管徑DN1 000 mm。

（3）項(xiàng)目組于2020年4月29日～5月29日對泰興經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)尾水凈化濕地一期工程開展試運(yùn)行工作，主要工作內(nèi)容包括監(jiān)測濕地植物生長情況、開展沉水植物選種試驗(yàn)、底棲動(dòng)物存活率試驗(yàn)和水質(zhì)停留時(shí)間試驗(yàn)等。

（4）于2020年5月12日開展水質(zhì)監(jiān)測，對16塊潛流濕地的進(jìn)出水進(jìn)行監(jiān)測，濕地編號(hào)從南至北為1～16。現(xiàn)場檢測指標(biāo)為溶解氧、pH值、水溫、鹽度、TDS、電導(dǎo)率、氧化還原電位、葉綠素a共8個(gè)指標(biāo)；同時(shí)，將采集對應(yīng)點(diǎn)位的水樣送往第三方有資質(zhì)的單位進(jìn)行理化指標(biāo)檢測，包括高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總氮、總磷及SS，共5個(gè)指標(biāo)。除現(xiàn)場檢測的8個(gè)指標(biāo)外，高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總氮、總磷、鹽度及SS等6個(gè)指標(biāo)，均由具有專業(yè)水質(zhì)監(jiān)測機(jī)構(gòu)現(xiàn)場采樣，水樣固定后立即送回實(shí)驗(yàn)室分析化驗(yàn)，以保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。結(jié)果顯示，出水電導(dǎo)率、TDS、DO、鹽度、pH值普遍高于進(jìn)水指標(biāo)，而氧化還原電位出水低于進(jìn)水，葉綠素a進(jìn)出水規(guī)律不強(qiáng)。

5 結(jié)語

綜上所述，生態(tài)濕地技術(shù)應(yīng)用于城市污水處理廠的尾水深度處理中，不僅能削減尾水排放至河道水環(huán)境后的污染程度，還能在有限的資金范圍內(nèi)最大程度凈化效果，而凈化后的回水再利用既豐富了城市的生態(tài)景觀，也保護(hù)了城市的生態(tài)環(huán)境。但需要注意的是，該技術(shù)在使用過程中要安排專業(yè)的技術(shù)人員，要定期對生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和管理，尤其要注意季節(jié)變化，以免對生態(tài)系統(tǒng)造成負(fù)面影響。