人工濕地處理中小城鎮污水的應用研究

韓雯雯，滕少香

(中國城市建設研究院有限公司 山東分院，山東 濟南 250101)

人工濕地處理中小城鎮污水的應用研究

韓雯雯，滕少香

(中國城市建設研究院有限公司 山東分院，山東 濟南 250101)

近些年，我國經濟發展速度較快，同時帶動了城鎮化的進程，城鎮人口不斷增加，而城鎮的環保基礎設施并沒有達到人民群眾的需求，大量污水未能及時得到解決，城鎮環境受到嚴重的威脅。本文系統的分析了中小城鎮污水排放的特點，并對具有投資低、能耗低的人工濕地處理技術在中小城鎮污水處理的應用進行了闡述，并結合實例進行了分析研究。

人工濕地；城鎮污水；應用

水是人類重要的資源，保護好水環境是保障我國經濟健康、快速、有序發展的基礎。而近些年來，我國城鎮化程度不斷加大，城鎮人口不斷增多，同時給城鎮的環保基礎設施也帶來了重大的壓力，水環境也不斷惡化。目前，我國城市污水處理技術主要采用傳統的二級活性污泥法，該工藝投資高、能耗大，而且運行管理要求高。而中心城鎮資金能力有限，技術力量薄弱，并不適合采用傳統的二級活性污泥法。因此，需要尋找和研發更為經濟、簡便、節能和高效的污水處理技術。人工濕地是模擬自然濕地的人工生態系統，是依據自然生態濕地系統的功能建造的，具備生態系統的生物多樣性，而且能夠充分利用自然生態系統中的物理、化學和生物的三重協同作用來實現污水的凈化作用。相比其它污水處理技術，人工濕地污水處理系統投資較低、能耗低，具有良好的脫氮除磷效果。但是，相對國外，我國開展人工濕地的研究較晚，普遍存在占地面積大、處理負荷低、冬季運行效果差等現象。因此，開展適合我國中小城鎮發展特點的人工濕地處理系統有著廣闊的應用前景。

1 人工濕地的原理

人工濕地對污水的凈化是填料、水生植物和微生物共同作用的結果。人工濕地成熟后，填料表面和植物根系中生長了大量的微生物，廢水流經時，懸浮物被填料及根系阻擋截留，有機質通過生物膜的吸附及同化、異化作用而得以去除。濕地床層中因植物根系對氧的傳遞釋放，使其周圍的微環境中依次呈現出好氧、缺氧和厭氧狀態，保證了廢水中的氮、磷不僅能被植物及微生物作為營養成分直接吸收，還可以通過硝化、反硝化作用及微生物對磷的過量積累作用從廢水中去除，最后通過濕地填料的定期更換或收割使污染物質最終從系統中去除[1]。

1.1 有機物的去除

人工濕地中溶解氧的濃度并不高，其存在的微生物主要以兼性細菌和厭氧細菌為主，它們也是有機物降解的主力軍。但是人工濕地的表層水體還存在著大氣的復氧作用，也會對有機物的降解產生一定的作用，而且在濕地中存在著大量的水生植物，其根系還會進行氧氣的傳遞，也使得濕地環境中存在著局部的好氧環境，提高了有機物的降解程度。總體來說人工濕地對有機物的降解是一個綜合的、復雜的過程[2]。

1.2 氮的去除

人工濕地中進水的氮主要是有機氮和氨氮，在濕地的處理系統中主要有三種形式對其進行轉化分解。第一，氨氮被濕地植物和微生物經同化作用吸收，轉化為生物有機體的一部分，然后利用定期對植物進行收割將氮進行去除；第二，氨氮經過硝化、反硝化的作用轉變為氮氣，達到脫氮的目的；第三，氨氮在pH值較高的條件下將會從水中溢出向大氣揮發，實現氮的去除。在這三種脫氮的途徑中，大部分都是由微生物硝化、反硝化作用將其進行分解去除，而植物的吸收及氨氮揮發溢出只占一小部分[3]。

1.3 磷的去除

人工濕地生態系統的不同對磷的去除存在較大的差異。濕地中磷的存在形式主要有有機磷化合物、不溶性磷酸鹽和可溶性磷酸鹽，其中有機磷化合物主要存在于微生物和植物的體內，而濕地中磷主要以不溶性磷酸鹽的形式存在。人工濕地中主要通過植物吸收、微生物吸收以及物理化學共同作用來完成。廢水中的無機磷在植物吸收及同化作用下，轉變為植物中的有機磷成分，例如ATP、DNA、RNA等，然后將植物進行收割將磷去除。物理化學作用是指廢水中可溶性的無機磷鹽可與土壤中的Al3+、Fe3+和Ca2+等發生化學反應形成沉淀，進而得以將磷去除。

2 人工濕地的類型

2.1 地表流人工濕地

地表流人工濕地的特點是污水在濕地床表面形成漫流，污水中有機物的去除主要依靠填料表面、植物在水下的根和植物桿上形成的生物膜(圖1)。該濕地類型的流態與天然濕地較為接近，有利于污水的自然復氧。其缺點是不能充分利用填料層中豐富根系的凈化作用，而且夏季易滋生蚊蠅，北方冬季容易結冰，影響污水的凈化效果[4]。

圖1 地表流人工濕地

2.2 潛流人工濕地

潛流人工濕地是指污水在濕地床表面下滲流，能夠充分利用填料表面以及植物根系附著生物膜以及填料層的其他凈化作用。一般由兩級以上濕地進行串聯、并聯組成，其形式有水平流和垂直流兩種。該技術衛生條件好，可以更好的保證水溫，收氣候影響較小，是目前應用最為廣泛的人工濕地處理系統[5]。

2.2.1 水平潛流人工濕地

水平流人工濕地污水從進水口一端沿水平方向進入濕地系統，依次通過砂石、介質、植物根系等，污水凈化后由出口一端流出(圖2)。

圖2 水平潛流人工濕地

2.2.2 垂直潛流人工濕地

垂直潛流人工濕地系統中污水縱向流至填料床底，依次通過不同的介質，進而達到凈化的目的。該系統中具有完整的布水系統和集水系統，且完全建在地下，而地上建有綠植已配合景觀規劃(圖3)。

圖3 垂直潛流人工濕地

3 工程實例

西安市某縣城生態污水廠，采用了預處理與人工濕地結合的處理工藝來處理城鎮生活污水。該污水處理廠于2010年6月正式運行，服務人口8.5萬人左右，設計規模為1.1萬t/d，占地面積95畝。該組合工藝相比傳統的活性污泥法效率更高，而且運行費用更低。

3.1 工藝流程

圖4 污水處理廠工藝流程圖

格柵，通過管網收集到居民生活污水進入到污水處理系統，首先進入格柵池，將大量懸浮物和漂浮物通過格柵去除，格柵設計為2個采用不銹鋼材質。

厭氧水解池，污水經過格柵處理后進入厭氧水解池，利用厭氧微生物的水解和產酸作用，提升污水的可生化性。設計厭氧水解池為2個處理單元，內部尺寸為：長×寬×高= 20 m×20 m×4. 9 m，結構為鋼筋混凝土。

接觸氧化池，厭氧水解池的出水在進入接觸氧化池，在接觸氧化池中溶解氧充足，污水充分和填料附著的生物膜接觸，使水中有機物得到吸附和降解，達到進一步凈化的目的。接觸氧化池設計為8個處理單元，內部尺寸為：長×寬×高= 30 m×20 m×4.9 m，鋼筋混凝土結構。

沉淀池，接觸氧化池的出水進入沉淀池，在重力作用下使得泥水分離。沉淀池設計4個處理單元，內部尺寸：長×寬×高=20 m×10.5 m×4. 5 m，鋼筋混凝土結構。

人工濕地，居民生活污水經過預處理后進入到人工濕地系統，在土壤滲透、植物吸收、水生生物的綜合生態效應下，實現污水的凈化和生態環境的改善。人工濕地由垂直潛流濕地串聯組成，每組8個處理單元并聯。濕地床深1.4 m，約占4. 8萬m2，配有蘆葦香蒲、菖蒲、水蔥等植物。

3.2 運行效果

為了保證污水處理系統的穩定運行，安排工作人員定期對預處理單元和人工濕地進行清理和維護，厭氧水解池和接觸氧化池定時進行清理，約半年一次。定期對人工濕地內雜草、病蟲害以及植物殘體進行清理，此外，還需對人工濕地內的植物進行收割和補種。出水COD在27～68 mg/L，達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》中的一級A標準。該工藝中氨氮處理效果不穩定，出水在3～25 mg/L，波動較大，這是由于濕地系統中植物生長較為緩慢，植物和微生物的還處于適應階段，進而影響污水處理效果。該工程極大的改善了當地的水環境狀況，提升了自然生態環境質量，有著良好的環境效益。而且整個工藝投資較低，運行費用在0.2～0.4元/t，經濟效益顯著。

4 結語

隨著城鎮化進程的加快，中小城鎮生活污水問題越來越顯著，未經處理的生活污水直接排放將嚴重影響人民群眾的生活質量。在大城市中生活污水處理技術已逐漸成熟，但由于中心城鎮自身經濟、技術力量薄弱，而且水量分布不均。在大城市中慣用的污水處理工藝并不適用。而人工濕地處理工藝，具有經濟、簡便、節能、投資低等特點，在中小城鎮污水處理方面有著廣闊的應用前景。

[1] 劉應學.人工濕地處理生活污水研究[J].環境科技,2015,6(3):52-57.

[2] 許嘉炯,馬 軍.人工濕地技術在給水工程中的應用[J].給水排水,2012,38(5): 44-47．

[3] 吳英海,楊旭楠,韓 蕊,等.復合人工濕地對氮的深度處理效果及影響因素[J].濕地科學,2014,1(3):35-42.

[4] 盧 建,楊 揚,尹振娟,等.生物法-人工濕地組合工藝處理小城鎮混合污水研究[J].環境工程學報,2010,43(6):1262-1266.

[5] 王 炯.人工濕地系統研究應用[J].經濟與節能,2012,43(3):56-62.

(本文文獻格式：韓雯雯，滕少香.人工濕地處理中小城鎮污水的應用研究[J].山東化工,2017,46(13):174-175,178.)

Research on the Application of Constructed Wetland in Small Town Sewage Treatment

HanWenwen,TengShaoxiang

(Shandong Branch,China Urban Constryction Design & Research Instutute,Jinan 250101,China)

In recent years,China's rapid economic development,and promoted the process of urbanization,the increasing urban population,the urban environmental protection infrastructure does not meet the needs of the people,a large number of sewage has not been resolved in a timely manner,the urban environment is threatened seriously. This paper systematically analyzes the characteristics of small town sewage,and has the advantages of low investment,low energy consumption of the artificial wetland treatment technology applied in sewage treatment in small towns are discussed,and combined with case analysis research.

constructed wetland;urban sewage;application

2017-04-26

韓雯雯(1984—)，女，環境工程專業碩士，從事環境工程、市政給排水方向研發與設計工作。

X703

B

1008-021X(2017)13-0174-02