人工濕地深度水質凈化工藝探討

張德蘭 吳惠民

摘要：水質凈化工藝是水質凈化工程建設的關鍵，本文以稻屯洼濕地為載體，在結合當地自然環境的基礎上，通過多種技術比選、優化組合，將生態處理工藝相結合，通過水生植物（包括挺水、浮葉、沉水等植物帶）的優化配置和多品種水生動物的投加與布水集水系統相結合，研發成功了人工濕地深度水質凈化新工藝，即前處理床—表流濕地I—潛流濕地—表流濕地II的組合，既具有良好水質凈化效果，同時取得顯著的社會經濟效益，以供參考。

關鍵詞：水質凈化；稻屯洼；表流濕地；潛流濕地

DOI：10.12433/zgkjtz.20240143

東平湖是山東省第二大淡水湖，是南水北調東線工程最后一級調蓄水湖泊，確保進入東平湖的水質安全達標意義重大。按照南水北調要求，整個調水沿線水質應達到《地表水環境質量標準》中的三類水質標準：COD≤20mg/L、氨氮≤1.0mg/L、總磷≤0.2mg/L、總氮≤1.0mg/L。目前，全縣城區生活污水、企業外排廢水及工業園區的外排水經縣污水處理廠處理后再通過稻屯洼注入東平湖，然而縣污水處理廠外排水的標準，化學需氧量≤50mg/L、氨氮≤5.0mg/L、總磷≤0.5mg/L、總氮≤15mg/L，超過地表水環境質量標準的V類水質，嚴重影響了自然濕地生態系統中生物的生長。所以在污水處理廠尾水與自然濕地之間增加濕地深度強化處理是十分必要的。

稻屯洼現為灘涂，具有大片的洼地，便于生態處理系統的布置，不占用大量耕地，東平湖入湖口和出湖口也有大量未修復的自然濕地，基于東平湖流域的環境和地形特點，本文就如何利用生物/生態技術相結合治理低濃度廢水展開了研究。

一、工藝技術研究方案

（一）研究思路

水質凈化工藝是水質凈化工程建設的重要因素，處理工藝的先進性、適用性不僅會影響處理效率，還會影響整個工程基建投資、占地面積、運行費用、運行可靠程度以及工程運行管理等。因此，水質凈化工藝的研究必須結合當地的氣候、氣象、地理、經濟和水量和水質等實際情況。根據東平縣的自然地理條件和水質特點，滿足地表水III類標準及生態利用部分內各功能對水質水量的要求，選擇合理、經濟、可行和可靠的污水綜合處理方案。根據水質凈化工程已確定的水質凈化進水水質指標和出水水質要求，處理工藝主要以進一步去除污水處理廠的出水、大汶河污水和雨水中的有機物、懸浮固體、營養性物質氮和磷等污染物質為目的，在結合當地自然環境的基礎上，利用現有的濕地資源、并與多種生態處理工藝相結合，成功研發了人工濕地深度水質凈化新工藝，即前處理床—表流濕地I—潛流濕地—表流濕地II的組合工藝，既具有良好水質凈化效果，又能取得顯著的社會效益和經濟效益。

（二）主要技術原理及主要性能指標

該工藝水質主要凈化機理是：對污染物的沉降、對懸浮物的過濾、吸附、離子交換、對污染物的降解、植物對營養物質的吸收、對病原體的滅活。其功能是對低濃度廢水通過礪石之間形成的生物膜吸附、植物根系對等營養物質的吸收以及水生動物直接或間接以水生植物和微生物為食進行深度降解處理。進水水質：化學需氧量≤50mg/L、氨氮≤5.0mg/L、總磷≤0.5 mg/L、總氮≤15mg/L，降解為出水水質COD≤20mg/L、氨氮≤1.0mg/L、總磷≤0.2mg/L、總氮≤1.0mg/L，最大限度上削減污染負荷。

二、關鍵技術及創新點

該工藝克服了傳統單一生物/生態廢水處理模式，通過多種技術比選、優化組合，結合東平湖流域的環境和地形特點，研發人工濕地深度強化處理廢水新工藝，從根本上解決了東平縣的地表水污染問題，確保調水水質的安全性。該工藝從濕地類型的組合到填料、植物的篩選配置以及布水和集水系統的設計，均屬國內領先。

潛流濕地是人工濕地深度水質凈化新工藝的核心，在稻屯洼原有天然濕地基礎上進一步人工構筑水池或溝槽，在底面鋪設防滲層，并充填一定深度的礪石、聚酯類組成填料床，在表面種植黃菖蒲、再力花、千屈菜等耐水植物，形成一個含多種基質和生物的獨特生態環境。在潛流濕地系統中，污水在濕地床體內部緩慢流動，充分利用基質截留的作用，有效延長污水停留時間，并通過豐富的植物根系及基質層表面生長的生物膜對污水中氮、磷的吸收，提高濕地系統的處理效能，同時由于污水在土壤層以下流動，具有保溫性較好、處理效果受外界影響小、不會因氣味和感官再次污染環境等優點。

表流濕地是該工藝的重要組成部分，現有的大量天然沼澤濕地具有效率高、投資低、低運轉費用、低維持技術和基本不耗電的優點。潛流濕地填料的選擇對于潛流濕地污水處理系統的運行效能也至關重要，填料的物理和化學性質都可能影響污水處理效果。在綜合考慮各種填料的特點、造價及就近取材等因素的基礎上，選用礪石、聚酯類作為工藝的填料。填料使潛流濕地內空隙變大，有效地使濕地床體比表面積變大，使微生物有更大的附著面積，極大地增加填料內部微生物活性，提高系統對污染物的去除能力。

對于人工濕地處理系統而言，選擇合適的水生植物顯得尤為重要。根據對東平湖流域的現場考察和調研結果，基于因地制宜、本土和強凈化能力、生物多樣性、經濟效益和景觀協調的原則，選擇魚藻、苦草等作為人工濕地的沉水植物主要物種，選擇菱角、蓮藕等作為人工濕地的浮葉植物的主要物種，選擇千屈菜、再力花、美人蕉 、水蔥、黃昌蒲等作為挺水植物的主要物種。

選擇植物還主要具有以下優點：生命力強、抗冰凍、抗炎熱、能抗病蟲害、對污染物耐受能力強、植物的年生長期長、是冬季半枯萎或常綠植物、具有一定的經濟價值、文化及景觀效益和綜合利用價值。

濕地的進出水控制措施極大地增加了濕地的處理效果和運行的可靠性。第一，把集水裝置布水的均勻性作為設計關鍵，前處理床進水采用五個單元并聯，每個單元前都設有閥門井及流量計。進水端采用配水管穿孔，使進水在前處理床上均勻分布。第二，出水裝置對水位進行控制，減少水流短路現象，出水端采用三角集水堰，確保集水的連續性。

水質處理效果，歷時一年對進水水質和出水水質進行采樣分析，結果如表2所示：

從表中數據看出，COD降解率達到50%以上，氮、磷的去除率達80%以上。

三、經濟、社會、環境效益分析

新工藝已成功應用于稻屯洼水質凈化工程，取得了顯著的環境效益、社會效益和經濟效益。

該工藝的成功應用使進水水質COD≤60mg/L、NH3－N≤5mg/L降解為出水水質COD≤20mg/L、NH3－N≤1mg/L，為確保東平湖調水水質的安全穩定發揮了重要作用。

新工藝應用后，年削減COD720t、氨氮72t，增加了環境容量，發揮了巨大的減排效益，也避免了汛期可能出現的突發性污染事故，大大降低了面源性污染對東平湖的影響。

應用該工藝后，可以改善稻屯洼的生態環境，調節流域的小氣候，重現“稻蒲荷香”古景，成為縣城西區新的亮點，為居民提供一個觀光、旅游和休閑度假的場所，環境效益顯著。同時，生態工程建成后，種植葦、蒲、藕水生植物，獲得一定的經濟效益。

四、結語

采用人工濕地深度水質凈化新工藝處理污水，基建投資少，運行費用低，治理效果好，不僅能有效治污，還能使處理后的污水得到綜合利用，是典型的小流域末端控制性污水綜合“治、用、保”新工藝，使污水處理從以處理為主要目的“處理型”向以處理與利用相結合，或以利用為主要目的的“利用型”轉移，實現了自然資源開發利用與生態環境保護和改善的相協調，該水質凈化新工藝為小流域污水綜合治理探索出良性循環和可持續發展的出路。

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