人工快滲-人工濕地工藝在河道水凈化中的應用

陳述蔚，徐 進，駱靈喜

（1.深圳市龍華新區城市建設局，廣東 深圳 518000；2.深圳市深港產學研環保工程技術股份有限公司，廣東 深圳 518000；3.深圳市海岸與大氣研究重點實驗室，廣東 深圳 518000）

人工快滲-人工濕地工藝在河道水凈化中的應用

陳述蔚1，徐 進2，駱靈喜3

（1.深圳市龍華新區城市建設局，廣東 深圳 518000；2.深圳市深港產學研環保工程技術股份有限公司，廣東 深圳 518000；3.深圳市海岸與大氣研究重點實驗室，廣東 深圳 518000）

通過人工快滲-人工濕地組合工藝處理河道水的工程案例，分析了人工快滲-人工濕地組合工藝在實際應用中對污染物的去除效果和工藝優勢，結果表明該組合工藝出水水質中的COD、BOD5、NH3-N 達到《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）中IV類標準，TN、TP、SS達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）一級A標準，不僅實現了人工快滲技術和人工濕地技術的優勢互補，并且能夠提高污水處理設施的視覺美感和觀賞價值，改善周邊環境質量。

人工快滲；人工濕地；河道水體；水體凈化

1 概述

城市是以人口密集和土地、空間、供排水的高負荷為特征的。河流作為城市的血脈，是城市景觀和空間文化的組成部分，是城市發展所依托的生態基礎。城市河流作為重要的資源和環境載體，關系到城市的生存，制約著城市的發展。近年來，隨著我國城市化進程的加快，以及居民生活條件的改善，城鎮居民對居住環境的要求不斷提高。為了滿足城鎮居民的需求，提升居民的生活品質，優化城鎮居民生活環境，眾多城市都加大了城市河道、景觀水體和人工湖泊的建設力度。

我國大部分城市水資源緊缺，水體補水困難，加上有外源性污染物進入水體，很容易造成水體富營養化，其具體表現為藻類爆發、水體變綠、產生惡臭，嚴重影響周圍居民的生活。城市河道被污染，不僅威脅了人民生命財產安全，也影響了城市投資環境，制約城市品位的提升，與城市發展目標定位不相適應。河流本身雖具有一定的自凈能力，河岸滲濾系統對河水也有一定的凈化作用，但城市外源性污染物的進入量一般都會超過河流本身的自凈能力，因此，城市河道水體凈化技術是河道水體發揮正常功能的重要保障。

目前國內采用的河流修復方法主要有物理法、化學法及生態修復方法。

物理治理技術主要包括污水截排、引水稀釋、底泥疏浚、機械除藻、人工曝氣等，技術存在暫時性、不穩定性以及治標不治本的問題，不能在修復水體的同時完善水生生態系統結構、提高水體自凈的能力，只能作為對付突發性水體污染的應急措施。

化學法主要為混凝沉淀方法，通常可作為重大事故應急處置方法，具有能較快處理危險性污染物的特點，但不具有可持續性，具有較高的治理成本，而且存在二次污染的風險。

生態修復技術是采用人工措施利用植物、微生物的生命活動，對水中污染物進行降解或轉化成無害物質的水體凈化技術，該技術克服了物理、化學修復技術的缺點，具有處理效果好、費用低廉、不需耗能或低耗能等優點，最重要的是該技術可以使污染水體的自凈能力逐漸恢復，是人與自然和諧相處的治污途徑[1]。

人工快滲技術（CRI）和人工濕地技術是兩種較為常用的生態處理技術，CRI系統對CODCr、BOD5、SS和氨氮等污染物去除效果較好[2]；而人工濕地通過植物吸收及微生物分解，對總氮及總磷能夠有效去除。本研究提出了人工快滲技術和人工濕地技術組合工藝處理河道水，通過工程案例分析該組合工藝的去除效果及優勢，為解決河道水質惡化問題提供一種組合型生態處理工藝。

2 人工快滲-人工濕地組合工藝概述

2.1 工藝原理

人工快速滲濾技術（Constructed Rapid Infiltration Technology，簡稱CRI技術）是近年來發展迅速的新型土地處理技術。該技術采用天然河沙作為主要滲濾介質人工構造的快速滲濾系統，繼承了土地處理工藝建設成本和運營成本低、操作方便、管理簡單的優點，與傳統工藝相比，還大大地提高了水力負荷，不受土地等自然環境的影響，提高了工藝的實用性。人工快滲系統采用干濕交替的運行方式，淹水期和落干期構成一個水力負荷周期。當污水流經時，由于濾料呈壓實狀態，利用濾料粒徑較小的特點，通過濾料中黏土性礦物和有機質的吸附作用以及生物膜的生物微絮凝作用，截流和吸附污水中的懸浮物和溶解性物質；在落干期，系統內處于充分好氧狀態，濾料的高比表面積帶來的高濃度生物膜對附著于其表面的污染物進行好氧生物降解使污染物得到最終去除[3-6]。CRI系統是在過濾截留、吸附和生物降解的協同作用下去除污染物[7-8]。CRI過濾截流和吸附作用在系統中主要起調節機制，而有機污染物的真正去除主要靠好氧生物降解[9]。CRI技術具有工藝流程簡單、系統水力負荷高、投資運行成本低、建設周期短、出水質量好、操作維護簡便、不產生活性污泥等優點，并已成功解決在北方地區應用時的保溫防凍問題。

人工濕地本身是一個綜合的生態系統。各種植物對不同污染物有不同的吸收、分解能力，通過綜合、合理地配置植物，可以人為構造出一個物種共生、物質循環再生的生態系統。水體中的污染物通過這個生態系統被植物分解、吸收，使水體得到凈化。人工濕地可以充分發揮資源的再生潛力，防止環境的二次污染，進而獲得水體凈化與資源化的最佳效益，是一種較好的生態廢水處理方式。其優點是處理成本低、管理簡單；缺點是占地面積大、水力負荷低、冬季運行效果不明顯。將人工快滲和人工濕地有機結合起來，可以取長補短，充分發揮兩者的優勢。

2.2 工藝流程簡述

人工快滲-人工濕地組合工藝流程如圖1所示，主要由前處理工藝—混凝沉淀，人工快滲池及人工濕地三部分組成。河水通過自流的方式進入格柵渠，經格柵去除大顆粒雜質，繼而通過提升泵提升至混凝反應池，投加絮凝劑及混凝劑進行反應，混凝區形成的礬花進入沉淀區進行泥水分離，主要去除水中部分有機物、SS及TP；沉淀池出水進入配水池，尾水通過配水池分配到各人工快滲池進行處理，快滲池通過過濾、吸附、生物降解等物理化學過程去除水中CODCr、SS及氨氮。快滲池出水進入人工濕地，通過植物吸附及微生物降解等作用，去除殘余的CODCr、總氮及總磷等物質，保證出水水質。

圖1 工藝流程示意

3 應用工程案例

3.1 成都鳳凰河二溝污水處理工程

成都市鳳凰河二溝屬沙河上游的支流，其上游沿岸及周圍城區無截污分流的排水管網，所有生活污水、鄉鎮企業污水、農灌廢水及地表徑流水都未經治理直接排入鳳凰河二溝，造成鳳凰河二溝河水發黑發臭，并直接排入府南河中，污染了當地環境，影響了城市市容。為保護水質并解決河水的污染問題，采用人工快滲-人工濕地組合工藝對鳳凰河二溝污水進行了綜合治理，于2007年4月竣工并投入使用。鳳凰河二溝水污染治理示范工程建設規模2萬噸/日，采用的CRI工藝流程見圖2，河道處理后的效果見圖3。

圖2 成都鳳凰河二溝污水處理工程工藝流程圖

圖3 處理后的河道

該工程自運行以來，運行穩定。表1為該工程2013年2月至2013年12月出水水質的變化情況，由系統運行情況和水質檢測結果可知，系統對COD、BOD、氨氮及SS的去除效果非常好，整體能夠達到《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）中IV類標準， TN、TP優于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）一級A標準。

表1 出水水質

3.2 重慶桃花溪彩云湖補水凈化工程

彩云湖城市濕地公園是重慶市首個國家級濕地公園，也是重慶市最大的生態公園和城市濕地公園。彩云湖濕地公園位于重慶市九龍坡區和高新區交界處，總面積為83.1公頃，整個公園由彩云湖水庫、桃花溪河與其他的濕地景觀共同組成。彩云湖公園的主打風格是“立體濕地”，形成溪流、池塘、梯田的組合，在立面展開濕地。公園的溪流和湖泊主要是桃花溪河和彩云湖水庫，梯田是指湖濱補水凈化系統。彩云湖濕地公園建成后，從根本上改變了所在地區的居住環境和建筑風貌，形成了一個天然氧吧，成為該區域居民休閑娛樂的絕佳場所，并使得彩云湖片區成為重慶最適合居住的地方之一。

彩云湖水庫作為重慶主城區修建的面積最大的人工湖泊，2003年開始規劃，2007年6月開始進行全面施工建設，2010年公園東西區全面完工。建成后的彩云湖水庫成為一個湖面面積約300畝，蓄水容積達168萬平方米的生態湖。彩云湖補水凈化工程是整個桃花溪流域彩云湖水污染控制的關鍵環節，補水凈化系統的建設和運行意義重大。該工程建設規模為1.7萬噸/日，占地面積為122.5畝，采取人工快滲-人工濕地組合工藝，將上游河水進行處理后補充進入彩云湖。彩云湖補水凈化工程從2007年7月1日動工建設，2008年2月正式通水運行。

該項目的工藝流程見圖4，改造后的效果見圖5。

圖4 工藝流程圖

圖5 改造后的效果

該工程自運行以來，出水穩定。表2為2014年度工程監測數據，其中COD、BOD、氨氮達到《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）中IV類標準，TN、TP、SS優于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）一級A標準。該工程建成以后，為桃花溪流域彩云湖提供了補充水源，是桃花溪流域治理工程的關鍵環節。

表2 出水水質

4 結論

（1）人工快滲-人工濕地組合工藝用于河道水質凈化中，對 COD、BOD5、SS、NH3-N的去除效果很好，能夠達到《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）中IV類標準，TN、TP、SS優于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標準。

（2）人工快滲技術具有水力負荷高、出水水質好、建設成本低等優點；人工濕地對總氮、總磷具有較好的去除效果。人工快滲-人工濕地組合工藝在保證出水效果的同時，能夠增加景觀的視覺美感和觀賞價值，有利于改善周邊環境質量，在河道水質凈化中具有好的應用前景。

[1] 董哲仁，劉倩，曾向輝.受污染水體的生物生態修復技術[J].水利水電技術，2002，33（2）：1-4.

[2] Kadam A .，O za G .，Nem ade P.，et al .Municipal wastewater treatment using novel constructed so infilter system.Chemosphere，2008，71（5）：975-981.

[3] 何江濤，鐘佐燊，湯鳴皋，等.人工構建快速滲濾污水處理系統的試驗研究[J].中國環境科學，2002，22（3）：239-243.

[4] 何江濤.人工快滲污水處理系統水力負荷周期的設計[J].地學前緣，2005，12：49-54.

[5] 張金炳.污水處理人工快速滲慮系統研究[D].北京：中國地質大學（北京），2002．

[6] 郭勁松.濕干比對人工快滲系統除污性能的影響[J].中國給水排水，2006，22（17）：9-12．

[7] Katsutos seki，Tsuyoshi Miyazaki.A mathematical model for biological clogging wniform porus media[J].Wat Resou Res，2001，37：2995-2999.

[8] 況琪軍，胡征宇，夏宜.污水處理生物技術的應用[J].長江流域資源與環境，2003，12（3）：259-264．

[9] 喻治平，趙智杰，楊小毛，等.人工快速滲濾池微生物活性的研究[J].中國環境科學，2005，25（5）：589-593.

Application of Constructed Rapid Infiltration Man-made Swamp Technology in Water Purification of River Course

CHEN Shu-wei1,XU Jin2,LUO Ling-xi3
(1.Shenzhen Longhua New District City Construction Bureau,Guangdong Shenzhen 518000; 2.Shenzhen-Hong Kong Institution of Industry,Education,Research & Environmental Protection Engineering Technology Co.,Ltd,Guangdong Shenzhen 518000; 3.Shenzhen Key Laboratory for Coastal and Atmospheric Research,Guangdong Shenzhen 518000,China)

The article analyzes the removal effect of pollutants and the technological advantages of the assembled technology of constructed rapid infiltration—man-made power swamp in the actual application.The result shows that COD、BOD5、NH3-N of the water quality meet IV standard of (GB 3838-2002),and TN、TP、SS meet the standard of grade one of (GB 18918- 2002).It can not only realize the mutual supplement of advantage of constructed rapid infiltration technology and manmade swamp technology,but also can improve the vision aesthetic feeling and view value and improve the environmental quality around.

constructed rapid infiltration; man-made swamp; water body of river course; purification of water body

X522

A

1006-5377（2015）06-0024-04