生態濕地技術在城市污水處理廠尾水深度處理中的應用

郭 蕭

（南京澤輝環保科技有限公司，江蘇 南京 210000）

我國城市化進程隨著經濟科學的發展不斷推進，隨之而來的是人口的增加和工業水平的提升，從而導致一些城市區域的生活污水和工業廢水的排放量持續增加，這對城市河道的水環境產生了巨大影響。當前，隨著先進科技的發展，各大城市已將部分資金投入到污水處理廠的建設中，其良好運營能夠將生活污水和工業廢水中的一些污染物有效去除，但由于一些原因，污水處理廠處理后的尾水中還是會存在一些污染物，如果將這些尾水排放到城市河道中，就會成為城市河道水環境污染的關鍵源頭之一。

基于以上原因，本文主要分析了生態濕地技術應用于某城市污水處理廠中尾水凈化處理的過程，并深入探討了尾水深度處理的效果。

1 污水處理廠的基本情況

以某城市中一所污水處理廠為例，該污水處理廠主要負責處理一定區域內的生活污水，其設計規模為4.8萬t/d，選用的是—預處理（曝氣沉砂+初沉）→生物處理方式→深入處理（混凝沉淀過濾法）組合型的污水處理流程工藝，主要是為確保該處理廠經過凈化后的排水能夠達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）中的A類標準。目前，該處理廠通過利用生態濕地凈化技術進行最終的深度處理，且在進行排放時盡量做到最大程度地削減尾水中的污染物含量，從而有效降低對城市區域河道水環境的污染程度，以保證不會對周邊生態環境產生任何影響。

2 生態濕地處理工藝

2.1 生態濕地作用機理

人工生態濕地凈化技術主要是通過使用土壤、人工介質、植物以及微生物等生態環境中的元素，使其經過物理、化學、生物產生協同作用。通常，該技術是模擬生態環境中發生的過濾、吸附、離子互換、植物光合吸收以及微生物降解等現象，以實現對尾水的凈化效果，并深化其凈化程度[1]。

2.2 處理工藝方案比選

（1）該污水處理廠主要負責處理一定區域內的生活污水和少量的工業廢水，從而進行凈化排放等處理。由于該地區的工業污水和生活污水中都不含有毒有害的元素，所以，可利用生態濕地技術對尾水進行深度處理，主要是去除CODCr以及NH3-N。因此，在設計使用濕地生態系統時，要運用相應的工藝設計方法，并根據不同水質的特點，以及系統中建筑面積的大小，同時，還要根據水體景觀建設和水質凈化功能的不同，在經過綜合分析后確定方案，以保障生態濕地凈化技術的工藝能體現出高效運作、成本較低、維護簡單以及功能區分明等應用優勢。

（2）在構建生態濕地時，由于污水處理廠可利用的建筑面積是有限的，所以，要綜合分析水質凈化、水體流動以及富氧和植物群落的構建規律等，要以實際情況選擇并建立人工生態環境。在分析該區域內的水污染數據和水質數時，要有針對性地設計人工生態濕地環境，且凈水系統中要具備兼氧區，好氧區，其主要作用是去除尾水中殘留的有機物和污染物。除此之外，還要建設專區，以供進行氨氮硝化和硝酸鹽反硝化反應，從而提升構建的生態系統中水環境的自我凈化和自我恢復的能力。

綜上所述，污水處理廠所需要建設的應用單元主要包括強化凈化單元、水環境自修復單元以及一些優化單元。以上單元主要是為了讓水質中的污染物和有機物等在流動的過程中實現自我凈化，而在凈化過程中保持流動的環境，是模擬生態系統的作用過程，是符合自然規律的。

（3）根據不同類型污水的水質區別，污水處理廠對兩種不同的組合型工藝凈化方案進行了篩選比較，經篩選后確定最優的方案，以進行生態濕地系統尾水凈化工藝操作。

2.2.1 優選方式

從開始進行生態濕地系統建設方案優選的時候，就要判斷該工藝流程是否最符合所需凈化處理的水質要求，且必須考慮該處理廠建筑面積較小的硬性要求，同時，還要保證有明確的工藝操作流程，并有科學依據第進行系統分區，以確保高效穩定的運行過程等[2]。

2.2.2 方案對比

（1）本污水處理廠考慮的方案一是潛流濕地-表流濕地的組合工藝，該工藝方法所需要的操作流程較短，有著較為科學合理的功能分區；其處理完的尾水作為水質強化凈化單元先被排放進潛流濕地，在潛流濕地中完成有機物以及氮磷等元素的凈化和排除；然后再排放至水域面積較大的表流濕地，因該濕地既擁有豐富的植物群落，又有較高的可觀賞性，所以，整個生態濕地系統不需要任何含有能量消耗的技術設備。該方案的整個系統凈化工程計劃用地為4.1萬m2，能夠處理4.3 m3的污水，經計算后得出，整個生態濕地系統的表面水力負荷可達到0.693 m3/（m2.d），通過與國家政府有關規定中的數據比較，已超出了有關濕地的水力負荷指標（要求不超過0.5）。由此可知，若采用該方法進行濕地工程建設，會由于該污水處理廠的建筑面積過小的硬性限制而最終造成達不到標準。除此之外，該方案的工程造價相對較高，且后續對整個系統和工藝流程的維護難度相對較大，所以，運行費用也相對較高。

（2）除此之外還考慮了方案二，是利用生態塘+表流濕地相結合建設的方法，該方法能打破建筑面積較小的限制，同時，可將水流的過程相比于方案一延長一些，從而有效增加了水體在系統中的停留時間，這樣可保證系統功能的分區比較科學合理。因該生態環境中設有兼氧塘，所以可輔助完成將污染物或有機物良好去除，并且，對氮氧元素也有較好的排除效果。另外，好氧植物塘可以更好地進一步完成上述任務。而表流濕地的作用則是充當水環境自我凈化單元，其中有豐富種類的植物生物，尤其在冬季時，若水生植物有枯萎的現象，好氧塘中的沉水植物能繼續完成凈化水質的工作，該方案最突出的優勢就是有效水力停留時間可長達30 h，這樣可以強化去除污染物的功能?？偠灾摲桨傅墓こ淘靸r相比于方案一要減少很多，并且，該方案建設的生態濕地系統能全流程實現重力流，唯一的劣勢是在于其基底標高設計工作較困難，存在一定技術難度。

2.3 處理工藝確定

本污水處理廠的尾水為已經過深度處理且達到國家A標準的尾水，但同時，污水處理廠還需要處理一定量的工業廢水，因此，由于以上廢水中的有機物含量較高，所以，去除氮磷元素營養鹽的難度較大。但經過以上優選比較，方案二（生態塘+表流濕地）所構建的生態濕地系統占地面積較小，總體水力停留面積較長，同時附加對水環境凈化的強力措施，且該表流濕地的水平面面積較大，有較高的可觀賞度，工程建設成本又較低。所以，相比于方案一而言，從施工難度、凈化效果以及投資費用、盈利等角度綜合考慮，方案二都非常適污水處理廠的建設。

2.4 處理工藝流程

該污水處理廠處理A類尾水的工藝流程如圖1所示。首先，凈化過的尾水經過布水渠通道進入已建設好的兼氧生態塘和好氧生態塘，然后，按照順序進入表流濕地和沉水植物塘，最后，經生態濕地技術凈化后的尾水從尾部的集水區收集好后排放入河。

圖1 處理A類尾水的工藝流程

如圖1所示，按照以上方案建設的生態濕地系統包括強化凈化部分和水體自我凈化部分。其中，強化凈化部分包括好氧生態塘和兼氧塘，塘內有面積較小且造價相對較低的植物區域，是利用進水口水頭減少池塘內水體滯留區域的面積，以優化污水的水流場。除此之外，兼氧塘中還需要鋪設一定數量的水質凈化填料和建設的人工植物浮島，這主要是為了在生態環境的兼氧大環境下，輔助實現污染物和有機物的轉化。而好氧生態塘的建設是為了去除氮氧化合物和有機物，因此，池塘內還需要保持一定濃度的溶解氧和微生物生長的物質，所以，要建設人工植物浮島，以保證微生物的含量，從而有效去除污染物和有機物。而水體自我凈化部分主要設置有沉水植物、挺水植物的種植區以及反硝化處理功能區，是盡量模擬真實生態環境下的生存環境，保證生態鏈的完整性，以形成穩定平衡的生態環境，從而保證尾水深度凈化的工作效果。

2.5 設計參數及主要處理單元

2.5.1 兼氧塘

在兼氧塘的建設過程中，池塘有效深度一般是4～5 m，超高為0.5 m；在植物區域要設置三道隔檔以在池塘內形成三條連廊，寬度約為每條15 m，其中，彈性填料的密度為0.15；兼氧塘建設成后要實現平均水力的停留時間為8～10 h。

2.5.2 好氧植物塘

在好氧植物塘的建設過程中，池塘有效深度為0.8～1.5 m；池塘內部要分割成11條廊道，分割材料使用軟圍隔；人工植物浮島的覆蓋率要達到0.25；生態護坡選用多孔混凝土；構建后的植物塘要實現平均水力的停留時間為12～15 h。

2.5.3 表流濕地

表流濕地設置分為挺水植物和沉水植物兩個區域。其中，挺水植物區域水深要求在0.8 m左右，要將濕地面積平均分為三份，前段、中段、后段占站一份，同時，前后兩端均為普通表流濕地，而中間部分是模擬天然沼澤濕地運行，要做到有序管理。而沉水植物區域水深要求在1.5 m左右，并要求在濕地內構建水里控制設備。

2.6 植物的選擇

在選擇濕地生態環境植物的時候，應考慮多方面因素，包括因地制宜，種植的經濟效益，資金鏈，滿足生物多樣性以及可觀賞度高等要求。并且，要依托建設的濕地地形，如地勢較高的區域可以種植經濟型的挺水植物，地勢較低的區域可以種植美人蕉等挺水植物；而在池塘內較淺的水處可選擇菱角等浮葉植物，較深的水處可種植沉水植物[3]。

3 運行結果分析

某污水處理廠建設的生態濕地系統在進行運行期間，污水處理廠的出水口和生態濕地系統的出水口都設置采樣檢測，以分析凈化效果。根據結果顯示，人工建設的生態濕地系統對于尾水的凈化效果十分明顯，其中，COD、BOD5、NH3-N以及TP等幾種物質的處理程度分別可達到60.1%、55.3%、76.6%以及40.5%乃至以上，能有效降低尾水排放至河道的污染程度。

4 實例分析

（1）江蘇省泰興經濟開發區始建于1991年9月，是江蘇省首批省級經濟開發區之一，也是江蘇省沿江地區重點發展的15家開發區之一。泰興經濟開發區尾水凈化生態濕地一期工程位于通園東路兩側，北至規劃南楊路，南至規劃蔣榨路，占地約53 000 m2，約合80畝。

（2）工程建設內容主要包括引水管道工程和深度凈化濕地工程。一期和一期擴建共用引水管道，主管道位于洋思港下游南側，從濱江污水處理廠開始，向東至沿江大道東側排污口位置，長度約為3 200 m，管徑DN1 200 mm；支管道自排污口位置向北，長度約為360 m，管徑DN1 000 mm。

（3）項目組于2020年4月29日～5月29日對泰興經濟開發區尾水凈化濕地一期工程開展試運行工作，主要工作內容包括監測濕地植物生長情況、開展沉水植物選種試驗、底棲動物存活率試驗和水質停留時間試驗等。

（4）于2020年5月12日開展水質監測，對16塊潛流濕地的進出水進行監測，濕地編號從南至北為1～16。現場檢測指標為溶解氧、pH值、水溫、鹽度、TDS、電導率、氧化還原電位、葉綠素a共8個指標；同時，將采集對應點位的水樣送往第三方有資質的單位進行理化指標檢測，包括高錳酸鹽指數、氨氮、總氮、總磷及SS，共5個指標。除現場檢測的8個指標外，高錳酸鹽指數、氨氮、總氮、總磷、鹽度及SS等6個指標，均由具有專業水質監測機構現場采樣，水樣固定后立即送回實驗室分析化驗，以保證數據的實時性和準確性。結果顯示，出水電導率、TDS、DO、鹽度、pH值普遍高于進水指標，而氧化還原電位出水低于進水，葉綠素a進出水規律不強。

5 結語

綜上所述，生態濕地技術應用于城市污水處理廠的尾水深度處理中，不僅能削減尾水排放至河道水環境后的污染程度，還能在有限的資金范圍內最大程度凈化效果，而凈化后的回水再利用既豐富了城市的生態景觀，也保護了城市的生態環境。但需要注意的是，該技術在使用過程中要安排專業的技術人員，要定期對生態系統進行維護和管理，尤其要注意季節變化，以免對生態系統造成負面影響。