人工濕地在汾河生態修復污水處理中的應用

李澤峰

（山西省汾河中下游水務管理局，山西 太原 030002）

1 水質現狀

2009年監測數據顯示：汾河太原段為劣Ⅴ類水質，已喪失使用功能。全河段主要超標污染物是氨氮、總氮、BOD5（五日生化需氧量）、揮發酚、總磷和COD（化學需氧量）。從瞬時濃度值看，氨氮、總氮、揮發酚、BOD5、COD、陰離子表面活性劑的瞬時最高濃度值均出現在小店橋斷面；高錳酸鹽指數和總磷的最高瞬時濃度值均出現在溫南社斷面；鐵和錳的最高瞬時濃度值分別出現在灘上橋斷面和寨上水文站斷面。

2 工程概況

在汾河生態修復中，人工濕地的實施完全采用生物方法對污水進行處理。本工程小店段（7.8km）規模為50000m3/d污水處理。此段水質太差，不宜使水直接進入人工濕地，故需增加預處理工藝，即取水工程、預處理工程、輸配水工程、潛流濕地工程、表流濕地工程、景觀濕地工程。

預處理工程包括提升泵站、初沉池、厭氧池、浮動生化池、二沉池、加壓泵站和人工濕地。

由可研報告確定的水質及2009年小店區水質檢測結果，確定本工程設計進水水質為：CODcr≤40mg/L，BOD≤25mg/L，氨氮≤10mg/L。潛流濕地每塊20m×30m，共250塊，總面積150000m2。采用磚墻分割成池，填料為碎石、粗砂、種植土、挺水植物。

表流濕地由預制塊構件分隔種植挺水植物，水深200mm達到根莖。總面積611000m2，景觀濕地面積125000m2。潛流濕地茭白、蘆葦各占50%，植株密度16株/m2，表流濕地香蒲、蘆葦各占50%，密度9株/m2。

景觀濕地淺水區設計水深0.3m，種植香蒲、菖蒲、苔草、水蔥等植物；深水區設計水深1.5m，種植荷花、睡蓮等植物。水面、植物中間設置小島，島上種植香蒲，形成綠島。陸地有景觀園路相連，形成生態景觀，同時進一步充氧和凈化污水。

3 污水處理

3.1 預處理系統

污水經取水工程提升進行初沉，去掉淤泥后進入厭氧塘進行NH4+-N去除，去除率達到40%～50%，然后進入浮動生化池和二沉池。兩池結構是污水處理中活性污泥法的典型結構，二沉池中上清液返回厭氧池進一步增加對水中有機物的吸附、生化作用。一部分污泥取走作肥料，一部分回流浮動生化池作下一循環的處理媒介。活性污泥具有生物性質，主要由微生物和一些雜質組成，有時還有寡毛類的線蟲出現，其顆粒松散，呈絮狀，表面積大，對污水中懸浮物、交替物的吸附能力很強。這些被吸附的有機物質被活性污泥中的微生物氧化分解。一般廢水在浮動生化池中曝氣4～10h，可完成基本凈化過程，BOD5的去除率達到90%以上。一些不穩定的無機物被氧化成穩定的氧化物。曝氣后生成的云塊狀膠體物質起著吸附和沉淀作用，將懸浮顆粒物質固定，使水質得到凈化。

3.2 潛流濕地

潛流濕地主要利用濾池中所鋪設的濾料上附著的生物膜，對污水中有機物進行吸附、生化，達到去除其中有害物質的目的。本工程中潛流濕地基礎為黏土夯實700g土工膜防滲，自下到上是由粗到細，不同粒徑的卵石、細沙和表層的種植土。下層的石子過濾床中繁殖有各種微生物，在微生物作用下將預處理后水中的有機物氧化分解，使水質得到凈化。表層的茭白、蘆葦可以吸收水中的氮、磷及無機物營養元素，同時可給下層濾床保溫，使生物膜的活性保持在最佳狀態。濾池中的生物對廢水中毒性的忍受能力比活性污泥強，硝化作用完全，但對沖擊負荷的抵抗能力較弱，生物膜遭受破壞后恢復活力的時間較慢。

3.3 表流濕地

表流濕地中種植淺根散生型蘆葦、深根散生型的香蒲，對NO3--N的吸收速率分別約為0.5g/（m2·a）和3.3g/（m2·a）。氮在表流濕地中的去除過程主要有揮發、土壤吸附和離子交換、植物吸收、硝化反硝化。前兩個過程的去除作用并不顯著，而植物吸收的去除只占總質量的10%左右，且必須通過收獲才能離開表面流人工濕地系統。一旦植物被收獲，則在腐殖層和土壤中依賴植物殘體分解提供有機物而進行的反硝化作用會受直接影響，從而影響反硝化脫氮的效果。因此，必須保證水中有充足的溶解氧，同時使反硝化細菌有適宜的缺氧環境和充足的有機物來源，以保證反硝化脫氮這一表流人工濕地系統中主要脫氮途徑順利進行，使表層土壤與表覆水之間交換吸附磷的能力不斷恢復，因而有植物系統比無植物系統有著更好的磷去除效果。但部分儲存在植物體內的磷在秋冬季節隨著植物的枯萎死亡，部分被微生物緩慢分解重新釋放回水體當中，其余部分則逐漸積累穩定成腐殖質。腐殖質及其吸附的磷可占土壤總磷含量的40%以上，這部分含磷物質在好氧條件下容易被植物吸收而重新利用，但在厭氧條件下卻不會被生物酶所分解，可以穩定地蓄積和保存，成為磷去除的一個重要途徑。有關研究發現，植物收獲的頻率與磷的去除效率直接相關，有規律的收獲可以使表流人工濕地系統中植物對磷的吸收占總磷去除率的20%～30%。

3.4 景觀濕地

景觀濕地深度0.3～1.5m，經過預處理和潛流濕地處理，水中的總氮、總磷可達到設計標準，但還屬于富營養水體。為確保景觀濕地生態系統在食物鏈上的穩定和完整，可以適當放養一部分野雜魚類，給食物鏈金字塔頂端的水鳥提供食物。

總之，景觀濕地形式既美化了環境又是對前階段污水處理效果的檢驗，從濕地凈化后的水排入汾河，相當于對下游水質進行了稀釋，污染負荷相對減小，治理起來更加容易，為汾河水直接進入下游表流濕地、灘涂濕地和坑塘奠定了基礎。