人工濕地對污水廠尾水處理凈化效果的探討

張小玲

（無錫市政設計研究院有限公司天津分公司，天津 300000）

當前，在污水廠處理污水的過程中，存在污水處理體量較大，范圍較廣的問題，尤其是污水廠的尾水處理難度顯著提升，因此，為了進一步提高整個污水處理過程的效率及質量，應科學合理選取相應的處理措施。而人工濕地作為一類新興的污水生態凈化技術，主要是由基質、植物、微生物等構成的模擬天然濕地的復合體，其具有適用范圍廣、去除成效佳、操作簡易等優勢，多用于不同類型的污水生態凈化處理，實現了污水尾水再生利用和生態修復雙重成效，所以人工濕地技術已成為提升污水廠尾水水質首選的生態化處理方法。

1 人工濕地對污水廠尾水處理的凈化機理

人工濕地主要是為處理污水而人為設計建造的，其主要根據自然濕地生態系統中物理、化學的協同作用處理廢水，該系統可有效改善以及優化區域氣候，能促進生態環境的良性循環，而最為顯著的特征是高效率、低投資和低維持技術。通常情況下，人工濕地的實際結構包含三大單元，即填料、植物和微生物，因不同的單元自身肩負的職能也不相同，所以，是先通過一系列的化學和物理反應，然后再利用沉淀、吸附和分解轉化等方式，將污水中的污染物有效去除[1]。

在污水處理廠的尾水中，含有的有機物主要包含兩大類，即可溶性有機物和不可溶性有機物。其中，可溶性有機物的有效分解去除，主要是利用濕地內植物的根系生物膜進行吸附、吸收以及厭氧代謝降解，而不可溶性有機物是通過濕地基質中的沉積、過濾等作用，將其充分存留，然后被微生物進行分解和應用。在人工濕地中，微生物作為該系統的核心構成，主要肩負著大量廢水內污染物的降解工作，是將內部的大量有機物進行轉化，最終以水和二氧化碳的形式呈現。并且，人工濕地系統的內部可吸收氮素，并將其通過有效的處理完成凈化。通常，人工濕地內產生的硝化過程主要包括兩大程序，第一步，將氨氣通過亞硝化最終轉變為NO2-；第二步，通過反硝化的反應實現NO2-和NO3-的還原，最終以氣態氨的形式表現。

2 人工濕地對污水廠尾水處理的凈化方式

人工濕地對污水廠的尾水具有較佳的處理成效，其去除污染物的范圍較廣，主要包含N、P、SS、有機物等。而針對尾水中不同污染物的處理，其實際的處理方式也不一樣，主要體現在以下幾方面。

2.1 去除尾水中的氮

在實際應用人工濕地去除氮時，可選取的方式較多，如吸附、過濾和沉淀等，且不同的處理方式其基本原理也不同，但需要充分結合實際狀況進行高效處理。通常，在污水廠的尾水中會含有較多的氮，可最大限度被人工濕地內的植物吸收，而氮作為植物生長的關鍵元素，最終會轉化合成為植物蛋白質，可以通過收割植物的方式將尾水中的氮有效去除[2]。而微生物自身的硝化、反硝化功效和作用，對尾水中的氮去除具備較佳的作用。此外，在人工濕地內存在著大量植物，其根毛具有輸氧功能，因此，按照濕地周圍氧氣的分布狀況，可將其劃分為三個區域，即好氧狀態、缺氧狀態、厭氧狀態，這些區域可為各類微生物產生的硝化、反硝化作用提供良好的環境，同時，上述反應還可以同步完成。相比于常規的污水處理系統，人工濕地實際去除氮的效率更高。

2.2 去除尾水中的磷

磷和氮均是生物生長的必備元素，而水體中的磷是水體富營養化的關鍵約束元素，若污水處理廠的尾水中存在大量的磷，就會為藻類大面積的繁殖提供助力，從而使水體陷入富營養化狀態。若污水處理廠的尾水中磷是以自身的形式存在，這主要是與原水體中磷的類型密切相關，但通過實踐發現，常包含多個鹽類。因此，人工濕地去除尾水中的磷可選取多元化途徑，其中，可利用基質自身的吸收和過濾的手段，及時將無機磷予以有效去除。但最重要的是，由于人工濕地內的實際填料不同，所以最終獲取的去除率也會不同。如果人工濕地內部的土壤所含有的鐵、鋁氧化物含量較高，就會有助于生成磷酸鐵或磷酸鋁；但如果實際溶解度較低，就可以大幅度強化整個土壤的固磷水平。而填料選取為礫石的人工濕地，由于礫石內部的鈣可最終轉換為不可溶性的磷酸鈣，所以，可將其通過沉淀方式及時去除。此外，植物吸收無機磷的基本原理和作用與無機氮相同，可將其轉換為植物生長的所需養分，最終利用植物收割的方法將其進行徹底處理。

而利用微生物去除污水廠尾水中的磷，其基本原理也是進行吸收和積累，是利用人工濕地根部區域的不同含氧狀態，即可視為多個處理模塊，從而充分確保不同細菌在厭氧條件下可持續性地吸收有機物，并及時釋放存在于細胞原生質內部聚合磷酸鹽的磷，來為其實際生存提供足夠的養分和能量；而在好氧條件下，可氧化吸收的有機物能其提供充分的相應能量。此外，微生物從廢水內部吸收的多于正常生長的磷，可將其進行存儲并為微生物細胞提供支持，所以，人工濕地也可以選取此類方式去除污水廠尾水中的磷[3]。

2.3 去除尾水中的有機物

通常，在污水廠的尾水中會含量大量的有機物，而選用人工濕地去除有機物，也是污水廠尾水處理的核心工藝，其效果較佳。如尾水中存在著大量的有機物，均可利用沉淀、過濾的方式，先利用大量微生先進行存儲收集，然后再對其進行分解應用；而針對可溶性的有機物，可最大限度利用植物根系的生物膜通過吸收、生物代謝等方式，及時有效去除。當前，從多個尾水工程實踐中獲知，當尾水濃度較低的狀況下，可選用人工濕地對BOD5進行有效去除，其去除率可達到85%～95%，而CODCr的去除率也可以達到80%以上。一般情況下，處理尾水中BOD5的濃度在10 mg/L左右，而SS小于20 mg/L。

3 項目案例實踐分析

3.1 工程設計

某城市內部污水處理廠結合其實際處理狀況，每天處理污水量為5 000 m3。在實際處理過程中，其處理工藝為先進行預處理，隨后進入生化處理環節，最終進入濾池內進行過濾、消毒，最終出水滿足我國的相關規范和要求，可排放至下游河道內。但為了進一步優化改善水體環境，保證水環境的質量達標，選取垂直潛流人工濕地工藝對污水處理廠的尾水再進行處理。

通過對污水處理廠的實際出水進行分析，掌握了實際治理重難點。其工程設計為后續一共布設91座人工濕地，以并聯方式進行連接，出水端增設8座生態調節池，最終出水排放至下游。不同構筑物自身設計參數如下：

（1）蓄水池：蓄水池的主要功能是進行沉淀，結合該項目實際狀況，其水深度控制在1.55 m，水力停留時間≥0.32 h，其主要處于整個尾水處理流程的前端，可將水位進行抬高并保持其水面，主要為垂直潛流人工濕地的配水奠定良好基礎；

（2）進水渠和出水渠。為了使整個尾水處理程序中的出水穩定性較佳，進出水渠寬度應合理布設，結合該項目實際狀況，進水渠的寬度為2.0 m，一共布設9個變化點，不同變化點渠底寬度減少0.1 m；出水渠的寬度為0.5 m，共布設9個變化點，不同變化點其底部寬度建議增加0.2 m。

（3）垂直潛流人工濕地共計91塊，有效面積約為10 hm2，表面水力負荷為0.5 m3/m2·d，水力實際停留時間為17.28 h，濕地床深度為0.8 m，濕地實際填料主要是由于三層塊石和碎石構成，其構成塊石和碎石粒徑不一，填料實際孔隙率為40%。第一層粒徑主要為8～12 mm，填料厚度為250 mm；第二層粒徑為15～25 mm，填料厚度為250 mm，第三層填料應保證厚度為300 mm，選取粒徑為30～60 mm。該垂直潛流人工濕地系統選用進水渠－配水主管－配水支管，結合實際處理尾水體量合理布設不同人工濕地的負荷，保證其更具合理性。濕地內部建議增設蘆葦、香蒲等植物，其主要功能是處理凈化尾水中的污染物，其處理成效較佳。

（4）生態調節池。生態調節池實際布設長、寬分別為50 m、17 m，共計8座，水力停留時間≥3.7 h，應充分引入相應的沉水植物，營造完善的生態凈化系統，以確保內部生物更具有多樣性，實現積極改善優化人工濕地內的水質，營造較佳的生態水景觀。

（5）出水展示池。整個展示池自身面積約為3 000 m2，展示最終的生態處理系統成效，要布設親水平臺及棧道，且末端池壁可作為出水滾水壩。

3.2 工程運行維護重點

3.2.1 植物栽種初期養護管理

植物作為人工濕地內的重要構成元素，需重視對其的種植管理。通過選取合理的種植種類，以確保其植物成活率較高。通常，濕地植物栽種一般選取春季，以提高整個植物的實際成活率；而選擇氣溫較低的冬季種植時，應第一時間做好防凍保護策略；夏季則應及時做好遮陽。同時，為了保證初期栽種的植物根部深度滿足需求，應結合實際狀況，及時調整人工濕地內的水位，以確保其滿足相關規范和要求，但在初期要有效控制較低的濕地運行水位，以促使其植物根莖朝下進行生長，確保植物的生長成活率。若植物在實際生長過程中穩定性較佳，其生態系統處于均衡狀態，就可保證持續性進出水，從而為內部植物的生長密度、正常生長提供助力。

3.2.2 運行防堵塞措施

人工濕地在進行處理尾水過程中，應充分采取強有力的措施，避免其運行發生堵塞，主要在以下幾方面：首先，要在濕地內部增設進出水的控制閥門，當濕地床填料充分積累生物膜時，會產生大量的淤泥，這時可第一時間終止排水，并啟動較大管徑的管道，及時將內部存在的淤泥和生物膜進行排放，避免長時間運行使管道出現堵塞；其次，定期完成植物收割，及時清除濕地內積累的植物殘留體，避免其堵塞整個填料層，因為這非常不利于后續尾水的處理凈化成效；最后，保證內部營養物質的實際供應，隨著人工濕度內實際生物量的持續增加，這會成為發生堵塞的關鍵因素，因此，結合此類問題可通過一系列處理措施，控制填料內部微生物的實際生長速度，從而確保微生物有序進行脫落外排。

3.2.3 保證冬季運行效果

一方面，在氣溫較低的冬季進行運行工作時，可結合實際狀況適當調整水位。一般是將水位控制在填料上方的20 cm左右，將其視為濕地實際保溫層，可配置管道、生物膜等系統，確保其實現正常代謝；另一方面，在冬季為保證人工濕地具備相應的溫度，可將收割的各類植物平鋪于填料上，保證其內部溫度不會在短周期內下降，以緩解內部的實際凍結速度。

3.2.4 進出水水質和水量的監測

為了精準掌握整個人工濕地內的實際工作狀況，以及獲取最終處理凈化成效，應選取合理的方式，聯合先進的技術對不同濕地的出水水質做好檢測；再通過取樣做好系統性分析，以明晰不同層級濕地內是否發生斷流現象，若發現應及時分析其形成原因，并采取有效策略減少死區產生。

3.3 工程運行成效

該項目在2018年正式啟動使用，工程施工完成后處于后續運維環節。人工濕地對污水廠的尾水處理效率和成效均較佳，整個系統實際總水水質達到地表IV類標準，其中，有機物去除率在20%～35%，B0D5去除率在30%～55%，NH3-N去除率在20%～30%，TP去除率在40%～55%。工程實施后水質檢測情況詳見表1。

表1 2020年人工濕地污染物凈化后檢測狀況

4 提高人工濕地處理污水廠尾水效果的應用策略

污水廠作為當下污水處理的核心構成，為確保人工濕地在處理污水廠尾水中的積極作用能最大限度地發揮，應合理選取相應的解決策略，以提高污水的處理質量，主要體現在以下幾方面。

4.1 加強人工濕地建設場地的考量

為確保人工濕地建設目標的實際完成，應保證人工濕地基本面積，并充分考量各方面區域內的實際狀況，以確定其對人工濕地的影響，同時，結合整個工程項目的建設成本、資源耗損等，明確人工濕地建設場地。一般情況下，污水廠會選取池塘為人工濕地，因其內部生態結構穩定，可減少初期污水廠的耗損資源，且水生植物無需額外大量種植，這對于污水廠尾水的處理成效有很大幫助。同時，在人工濕地的正式建設過程中，應考量多方面因素，要預先做好深層次調研和準備工作，并有效收集匯總各方面數據信息，以保證人工濕地建設目標的達成。

4.2 加強人工濕地的環境監管

通常情況下，人工濕地的內部環境并非為固定，其始終處于動態化變更，這與后續尾水的處理成效密切相關，因此，應結合項目的實際狀況，不斷優化升級人工濕地的環境，以此為污水處理創設較佳條件。首先，應用的技術要持續更新，這主要是因為人工濕地的環境無法與自然環境相比，其自身穩定性不佳，如果缺少強有力的技術作以支撐，易產生問題，而高效的選取信息技術，可促使人工濕地的應用更高效；其次，實現實時監管，可利用先進的信息技術對整個人工濕地做好動態化監控，如發現異常問題要及時進行檢測，同時，要充分了解水生態、植物的實際狀況，以免產生植物、動物大面積死亡的現象。

5 結語

綜上所述，人工濕地作為一類生態處理污水的方法，可對污水廠的尾水進行深度處理，既獲取了較佳的處理成效，又緩解了出水排至附近水體后對周邊環境產生的影響。在實際應用中，人工濕地的工程建設投資較少、成本較低，還可與周圍景觀相結合，具有較佳的綜合效益，值得推廣和應用。