復合型人工濕地在污水處理廠尾水深度處理中的應用

袁 茜，吳慶明，賈濤濤

（1.西安水務（集團）規劃設計研究院有限公司，陜西 西安 710082；2.核工業西南勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610042）

四川省都江堰灌區毗河供水一期工程引水樞紐，位于成都市新都區毗河中游茍家灘。為了進一步保障都江堰灌區毗河供水工程水質、改善毗河水環境，將引水樞紐上游金海以及北部商貿城的兩座污水處理廠的尾水，通過沿河岸敷設的截污倒流管道導排至引水樞紐下游建設的人工 濕地，對其進行進一步處理。該項目中采用了“生物塘+水平潛流人工濕地+表面流人工濕地+水平潛流人工濕地”的復合型人工濕地，以期為同類型項目的工程設計及應用提供參考。

1 項目概況

項目選址位于成都市新都區茍家灘引水樞紐下游約300 m毗河北岸Ⅰ級階地上，為茍家灘樞紐工程采料場。項目用地整體不規則，紅線范圍內總面積約15.49公頃，由于茍家灘引水樞紐管理用房與本濕地共同建設，扣除管理用房建設用地以及料場生態護坡等不可用的面積外，濕地建設可用面積約為11.77公頃。濕地總處理規模為7×104m3/d，對導排進入的污水處理廠尾水進行深度處理，深度處理后的出水水質達到《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）中的Ⅲ類水指標限值，出水排入毗河樞紐下游。

2 工程設計

2.1 處理規模

工程主要是對茍家灘引水樞紐上游金海污水處理廠以及北部商貿城污水處理廠的尾水進行處理，其中，金海污水處理廠近期規模為6×104m3/d，北部商貿城污水處理廠近期規模為1×104m3/d。結合現狀人工濕地可用用地情況以及濕地處理能力等因素，本工程按照7×104m3/d的處理規模進行設計。

2.2 設計進、出水水質指標

金海污水處理廠以及北部商貿城污水處理廠尾水排放標準按《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標準》（DB51/2311-2016）中表1規定（后文簡稱“準Ⅳ類水”）執行，，人工濕地設計進水水質確定為“準Ⅳ類水”標準。出水水質指標除總氮指標外，按照《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）中的地表水Ⅲ類標準。具體設計的進、出水水質詳見表1。

表1 工程設計進、出水水質單位：mg/L

2.3 設計方案及工藝流程

考慮工程進水為“準Ⅳ類水”的污水處理廠尾水，其水質類似于微污染水體，最終選用工藝成熟、運行穩定、處理效果好的復合型人工濕地[1]。該復合型人工濕地系統由生物塘、一級水平潛流濕地、二級表面流濕地、二級水平潛流濕地組成，該工藝全面考慮了人工濕地復氧能力（生物塘、表面流濕地大氣復氧）、有機物的好氧降解(生物塘、水平潛流濕地好氧降解有機物)、脫氮除磷功能（生物塘、表面流濕地好氧硝化、磷素攝取；水平潛流濕地缺氧反硝化、基質吸收磷素），經多級串聯人工濕地處理后，能很好地去除水體中的污染物質[2]。同時，生物塘、表面流濕地與水平潛流濕地結合建設，其不同的濕地單元可栽種不同種類的植物，且在合理搭配濕地植物后，在治理污水的同時也具有良好的景觀效果[1-2]，符合美麗、生態城市建設原則。

基于以上原因，本項目推薦采用“生物塘+水平潛流人工濕地+表面流人工濕地+水平潛流人工濕地”的復合型人工濕地，以進一步深度處理城鎮污水處理廠的尾水，這樣既可以充分發揮出每個處理單元的優點，彌補單一處理單元的不足，又可以克服建設用地緊張、用地復雜等問題。經復合型人工濕地處理后的出水，其水質穩定達到標準要求，最終排入毗河。工程總平面布置如圖1所示，工藝流程如圖2所示。

圖1 人工濕地平面布置圖

圖2 工藝流程圖

2.4 工程設計參數

2.4.1 設計負荷

濕地表面負荷：本工程設計處理規模為7×104m3/d，扣除濕地周邊生態放坡面積、濕地巡檢道路面積、濕地內配水系統面積等不可利用面積外，人工濕地系統面積為8.63 hm2，設計表面負荷為0.81 m3/（m2·d）。

濕地污染面積負荷：BOD5污染面積負荷為1.62 g/（m2·d），NH3-N污染面積負荷為0.41 g/（m2·d），TN污染面積負荷為4.46 g/（m2·d），TP污染面積負荷為0.08 g/（m2·d）。

2.4.2 配水井

配水井用于將截污導流管收集來的7×104m3/d水分配至人工濕地內，并阻止污水處理廠擴建后的其余來水不進入人工濕地，其多余水量待遠期另尋用地或進行處理。

2.4.3 生物塘

設計生物塘總有效面積為21 945 m2，設計水深1.3 m，超高0.3 m，底坡0.1%；設計總停留時間為9.78 h。生物塘同時向后續濕地系統進行配水，塘內種植凈化污水效果較好的挺水植物，例如菖蒲、水芹、再力花，種植密度分別按照20 株/m2、10 叢/m2、10 株/m2。

2.4.4 后續濕地系統

根 據總體布置，后續濕地系統由A、B、C、D四種類型的大濕地子系統組成，共分為53組平行子系統，每組濕地子系統均為一級水平潛流+二級表面流+二級水平潛流的多級濕地系統。

其中，一級水平潛流濕地總有效面積為19 850 m2，設計水深1.0 m，超高0.6 m，底坡0.5%，設計停留時間為2.8 h。一級水平潛流濕地主要種植水蔥、傘草、香蒲、蘆葦等挺水植物，種植密度為10～20 株/m2；

二級表面流濕地總有效面積為19 850 m2，設計水深1.0 m，超高0.6 m，底坡0.1%，設計停留時間為6.99 h。二級表面流濕地主要種植狐尾藻沉水植物以及菖蒲、水芹、再力花等挺水植物，種植密度為10～20 株/m2。

二級水平潛流濕地總有效面積為19 850 m2，設計水深0.7 m，超高0.6 m，底坡0.5%，設計停留時間為1.96 h。二級水平潛流濕地主要種植花葉蘆竹、傘草、美人蕉、蘆葦等挺水植物，種植密度為10株/m2。

2.5 濕地集配水系統設計

人工濕地生物塘單元采用“上進下出”或“下進上出”的進出水方式，濕地子系統一級水平潛流單元采用上部進水并設置方形溢流堰槽，堰寬根據不同濕地子系統面積按比例設置（0.3～1.2 m）；濕地子系統內不同單元采用上部進水時設方形溢流堰，下部進水時設置方形進水孔，邊長均為0.4 m。

A、B、C、D四個大濕地子系統出水處設置寬為1 m的集水渠，并配有集水喇叭口和水位調節裝置（可旋轉彎頭）；各人工濕地子系統出水在寬為1 m的總集水渠處匯合排入毗河。濕地集配水系統如圖3所示。

2.6 濕地基質及防滲設計

一級、二級水平潛流人工濕地自上而下分別為非黏性種植土以及礫石，非粘性種植土高度均為0.2 m，礫石高度分別為1.1 m、0.8 m。礫石規格分別為4～8 mm、10～20 mm；水平潛流單元進水處和出水處均鋪設長度為2 m的卵石布水區和卵石集水區，卵石粒徑為40～80 mm。

圖3 濕地集配水系統

人工濕地各處理單元均鋪設了防滲膜，防止污水滲入地下和地下水反滲。防滲膜主要采用復合土工布（兩布一膜），規格為500 g/m2，滲透系數＜10-8。

3 濕地的運行及維護

建設濕地位于西南地區，氣候適宜，便于濕地植物生長。濕地啟動初期應注意調節出水集水渠的旋轉彎頭，其目的是為了保持濕地內較低的液位，以刺激植物根系生長。同時，針對潛流人工濕地的基質堵塞問題，以預防為主，堵塞恢復為輔。在本工程設計中，采用塘→潛流濕地→表面流→潛流濕地的系統，通過塘或表面流沉淀、復氧作用，有效緩解了基質堵塞，延長了濕地使用壽命。除此之外，還應注意對濕地內秋冬季枯萎植物的收割，既可以減少堵塞，又可以有效保證處理效果及濕地景觀效果[1,2]。

4 結語與建議

該工程采用復合人工濕地對城鎮污水處理廠尾水的凈化提升具有較好的技術適應性，是復合型人工濕地深度處理污水處理廠尾水的理論與技術的有效實踐。

在工程實施后，本人工濕地進水應嚴格按《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標準》（DB51/2311—2016）的排放標準執行，即對于金海污水處理廠和北部商貿城污水處理廠的尾水，必須在廠內進行處理達到標準要求后，方可進入人工濕地。