城鎮污水處理廠人工濕地提標處理運行效果分析與探討

蔣嵐嵐 ，華 偉 ，劉 晉 ，陳 豪 ，楊薇蘭

（1.無錫市政設計研究院有限公司，江蘇 無錫 214072；2.無錫市排水公司，江蘇 無錫 214026）

0 引言

人工濕地作為一種污水自然處理技術，采用生物-生態方法，克服了化學方法凈化污水易造成二次污染、物理方法凈化污水治標不治本的缺點，能發揮其投資費用、運行費用及運行耗能低和污水處理效果好的優勢，其應用越來越廣泛[1,2]。但是，采用人工濕地處理城鎮污水處理廠尾水用于提標的應用目前見諸報道的不多，設計建造的工程經驗和實際運行經驗均較少。

無錫市城北污水處理廠是太湖流域較早采用人工濕地處理尾水的污水處理示范工程，已穩定運行了近4年。根據實際運行情況，分析了污水處理廠人工濕地的運行效果，并介紹了人工濕地系統在運行中出現的問題及相應的改造措施，以期為人工濕地的設計運行提供參考。

1 人工濕地設計簡介

1.1 設計進、出水水質

進水為污水處理廠的二級處理尾水，水質為《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級標準中的B標準，出水為一級標準中的A標準。設計進、出水水質見表1。

表1 設計進出水水質（單位：mg/L）

1.2 工藝流程

由于該濕地工程在廠內實施，因此利用廠區綠化預留地約6 900 m2構建人工濕地示范區。其中，水域面積4 545 m2，景觀綠化面積2 355 m2，設計處理規模為2 000 m3/d。整個人工濕地示范工程利用現有地形進行設計構造，根據水質凈化要求將整個系統劃分為4個功能單元：曝氣生物強化氧化單元、表流濕地單元、潛流濕地單元、生物穩定塘單元。處理工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

污水處理廠二級處理尾水自二沉池引管至進水觀測臺以觀測進水水質；隨后自流進入曝氣生物強化氧化單元完成BOD的降解和氨氮的硝化；出水通過布水渠使水體形成均勻的水平流依次進入三級表面流濕地單元實現SS的去除、硝化反硝化，并為后續單元補充碳源；出水由疊石形成的溢流堰依次進入二級垂直流潛流濕地單元完成反硝化脫氮及除磷；最后進入生物穩定塘單元進一步凈化水質并從感官上檢驗出水水質效果。

1.3 人工濕地處理系統的設計參數[3]

人工濕地處理系統主要設計參數見表2。

表2 人工濕地處理系統主要設計參數

2 運行效果分析

目前，該廠人工濕地工程已運行近4年，選取該廠2008年7月～2009年1月穩定運行的進出水檢測數據進行統計分析，見圖2～圖6。

圖2 CODcr處理效果

圖3 NH3-N處理效果

圖4 TN處理效果

圖5 TP處理效果

圖6 SS處理效果

2.1 CODcr的去除

由圖2可知，污水處理廠二沉池出水（人工濕地進水）經過人工濕地處理系統后，盡管進水水質波動較大，但是組合人工濕地處理系統的出水水質較穩定，其出水CODcr均低于50 mg/L，而且大部分是在40 mg/L以下。其出水CODcr達標率為100%，平均去除率為27.8%。

2.2 氮的去除

由圖3、圖4可以看出，人工濕地處理系統出水剔除個別異常數據后NH3-N變化范圍為0.17～0.69 mg/L，平均值為0.31 mg/L，遠低于5 mg/L的《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）中一級A標準限值；TN濃度明顯下降且波動明顯變小，最大值為14.12 mg/L，最小值僅為4.1 mg/L，平均為10.49 mg/L。說明該組合人工濕地系統有利于硝化與反硝化活性細菌、反硝化的生長，從而大大增強了系統的脫氮能力，實現了氮的穩定達標[4]。

2.3 磷的去除

由圖5可知，經過人工濕地系統處理后出水TP的變化范圍為0.08～0.48mg/L，平均為0.28mg/L，較進水水質相比，人工濕地系統對TP的去除效果明顯，平均去除率為29.4%。

2.4 SS的去除

由圖6可以看出，組合人工濕地系統對SS的平均去除率為41.8%，出水SS平均值為7.4mg/L，達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中的一級A標準。但由出水數據看，由于出水穩定塘受降雨、飄塵、藻類及氣候等影響，SS出水穩定性低于上述COD、NH3-H、TN和TP，局部時段會出現超標現象。

3 人工濕地系統問題分析與探討

城北污水廠組合人工濕地系統于2008年初投入使用后，隨著處理量的逐步加大，運行中也相繼出現過一些問題。通過對相關問題進行分析，提出了相應的改造措施，并在此基礎上對組合人工濕地的設計提出建議。

（1）人工濕地作為一種深度處理工藝，有運行維護成本低、污染小等優點，但其占地較大（該工程噸水占地面積約2.27 m2/m3/d），因此采用時應能結合污水廠區及周圍的空地，或者結合公園、廣場等進行建設，將水處理與景觀設計融為一體[3]。

（2）人工濕地植物的選擇與搭配：一般來說，選擇濕地植物要注意以下個原則：a.凈化能力強；b.具有抗逆性；c.易管理；d.綜合利用價值高；e.美化景觀。濕地植物的應用絕非簡單的“栽種水草”，而是根據功能需要，依據環境條件和群落特性按一定的比例在空間分布、時間分布方面重新設計，濕地內植物的選種除考慮其凈化效果及季節性之外，還應考慮其繁殖速度，如金魚藻及黑藻等，其過度繁殖對水體感官效果影響較大，在示范工程運行了一段時間后水面上均是這兩種植物腐爛后的莖葉，后將采用的金魚藻及黑藻均進行了更換。

（3）由于濕地對污染物的去除主要依賴植物根系和根系周圍的各種微生物，因此其處理效率與植物的生長相關。但從運行數據看，盡管11月～1月為冬季，蘆葦等植物莖葉逐漸枯萎，植物對污染物的降解能力減弱，但是各項污染物的平均去除率較夏秋兩季未見明顯下降，見圖7。

分析其主要原因，一方面由于廠內對腐爛的植物莖葉及時收割清理，出水水質沒有受到明顯影響；另一方面由于該時段內進水污染物濃度相對較低，出水濃度相對也隨之降低，去除率不降反升，說明濕地的處理效果受進水水質的影響較大，濕地的處理負荷不宜過大。

圖7 去除率分析圖

4 結論及建議

無錫市城北污水處理廠尾水人工濕地示范工程于2008年5月開始運行。根據運行情況，結合設計體會，筆者認為可得出如下結論及建議：

（1）通過對傳統的人工濕地技術、氧化塘技術以及人工曝氣技術進行集成和創新，對組合基質的優選和多種濕地植物的選配，構建出污水處理廠二級出水新型組合人工濕地處理系統。采用曝氣生物強化氧化+三級表流濕地+二級潛流濕地+生物穩定塘復合型人工濕地工藝處理城鎮污水處理廠尾水，系統對CODCr、NH3-N和SS有良好的去除效果。從運行結果來看，出水水質良好，穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）中一級A標準，多項指標優于地表水Ⅳ類水質標準。

（2）在表流濕地及潛流濕地前端增設生物強化氧化單元，單元池內設置曝氣生物浮床，浮床集成微曝氣增氧系統、漂浮植物和微生物填料，能夠提高表層自然復氧能力，增強了系統硝化效果，就氨氮指標而言，其出水已達到國家地表水III類標準，有的時段甚至達到地表水II類標準。

（3）濕地的構建有別于常規的景觀水體，濕地內植物選種、管渠的配水均勻性、進水負荷等對處理效果有較大影響，設計時應加以研究和注意。

[1]張建，張波，靖玉明，等.南水北調東線南四湖新薛河入湖口人工濕地工程設計[J].中國給水排水，2008，24(2):49-51.

[2]王淑軍，劉佩樓，徐世鵬，等.臨沂市武河濕地的設計及其水質凈化效果分析[J].中國給水排水，2011，27(22):61-64.

[3]蔣嵐嵐，劉晉，吳偉，等.城北污水處理廠尾水人工濕地處理示范工程設計[J].中國給水排水，2009，25(10):26-29.

[4]楊長明，馬銳，山城幸，等.組合人工濕地對城鎮污水處理廠尾水中有機物的去除特征研究[J].環境科學學報，2010，30(9):1804-1810.