新型人工濕地在污水處理廠尾水深度凈化中的研究進展

黎 廣，占明飛，王 偉，張 喚，戚甫長

（安徽水韻環保股份有限公司，安徽 蕪湖 241002）

引言

黨的二十大報告提出尊重自然、順應自然、保護自然，是全面建設社會主義現代化國家的內在要求，必須牢固樹立和踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念，站在人與自然和諧共生的高度謀劃發展。堅持山水林田湖草沙一體化系統治理，按照水資源、水環境、水生態“三水統籌”的思路，力爭有河有水、有魚有草、人水和諧。

要想促進我國社會經濟的可持續發展，必須要解決水資源污染和水資源短缺的問題，對污水處理廠尾水進行深度凈化處理是解決水資源匱乏的重要途徑之一。當前，《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）[1]中的一級A標準是我國絕大部分污水處理廠執行的出水標準，其允許排放的氨氮、總磷（TP）、總氮（TN）質量濃度限值分別為5 mg/L、0.5 mg/L和15.0 mg/L，仍然比《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）[2]中V類水氨氮、總磷（TP）、總氮（TN）限值高出2.5倍、1.25倍和7.5倍[3]。以其作為生態補水，直接排入河湖水質敏感、河道生態脆弱的受納水體，超過了其水環境容量，會導致河道水體進一步惡化，水質超標甚至黑臭等一系列水環境問題[4]。

1 污水處理廠尾水深度凈化的研究進展

目前，針對污水處理廠尾水深度凈化處理最常用的工藝包含常規方法、物理化學方法、生物方法、生態方法和聯合方法等。其中，常規方法主要采用的是混凝沉淀法和過濾法等；物理化學方法主要包括吸附法、臭氧氧化法、反滲透法、高級氧化法等；生物處理方法包括生物脫氮法、生物濾池、生物膜反應器、微生物固定技術等；生態處理方法主要以人工濕地法為核心[5]。

1.1 常規方法

常規方法是應用比較廣泛的污水深度處理和中水回用方法，主要包括混凝沉淀、快速過濾、超濾以及微濾等幾種形式。

混凝沉淀法是目前最常用的傳統污水深度處理方法，該方法可以明顯提高污水的透明度；如果需要去除污水中的顆粒懸浮物及雜質則需要通過過濾法；超濾和微濾都屬于膜分離法，其主要特點是設備簡單、投資成本低、能耗低、無相變、操作方便安全、出水穩定等，但其強度差、壽命短、抗污染能力差、預處理要求嚴格、膜壓控制要求高、易阻塞需頻繁清洗或更新、運行成本高。因此，常規方法常被作為預處理工序應用。

1.2 物理化學方法

所謂物理化學方法主要是指物理法、化學氧化技術、電化學技術等。

1.2.1 物理法

物理法主要是指沉淀、物理過濾和吸附處理技術等，其中沉淀是最常見的物理處理手段。吸附法主要是利用吸附劑吸附污水中的污染物來凈化水體，活性炭吸附法是最常用的物理方法，其充分利用多孔活性炭有效吸附可溶性的有機物、微生物、病毒、重金屬等，來實現脫色和除臭的目的。然而，其建設成本和運行費用均較高，運行過程中易產生亞硝酸鹽等致癌物質，對突發性污染適應性差及活性炭的再生成本高等缺點嚴重制約了其產業化應用。

1.2.2 化學氧化法

化學氧化法是指利用氧化劑（如臭氧、Fenton試劑、高錳酸鉀等）的氧化能力，通過在污水中投入氧化劑，對水中的污染物進行分解，進而實現水質凈化。化學氧化法運行成本高，產生的氧化副產品易造成二次污染，對生態系統破壞性較大，這些都制約了其應用和推廣。

1.2.3 電化學法

直接氧化法和間接氧化法都屬于電化學法。（1）使陽極直接與污水中的有機物接觸發生反應，稱為直接氧化法。（2）利用電化學反應，產生具有強氧化性的中間產物，再將污水中難降解的污染物進行氧化分解的方法稱為間接氧化法。目前，已有很多科研機構對電化學法進行了深度研究和產業化試驗，新型電化學技術在污水深度凈化中效果顯著，將是未來的發展方向之一。

1.3 生物方法

生物方法是利用微生物的新陳代謝和生化作用來降解污水中的有機物，以此達到凈化水質的目的。生物方法主要包括生物濾池、MBR、生物固定床、生物接觸氧化法、生物流化床、生物脫氮法等。（1）曝氣生物濾池的基本原理是在濾池內填充大量填料，通過培養和馴化，讓填料掛上有用生物膜，利用生物膜的代謝、絮凝、吸附和截留來實現對污染物的去除。（2）MBR膜生物反應器技術屬于一種新技術，這種技術把生物處理技術和膜分離過濾處理技術進行有機結合。MBR集生物降解、脫氮除磷、去除懸浮物、去除濁度與色度、消毒等功效于一體，具有占地面積小、容積負荷高、硝化能力強、降解效率高、出水穩定等優點。（3）生物固定床是一種介于活性污泥法與生物濾池兩者之間的生物處理技術，在生物固定床處理設備中，微生物與有機污染物充分接觸，利用微生物的代謝作用，不斷分解轉化污水中的有機污染物，使廢水得以凈化。（4）生物接觸氧化法是通過附著在填料上的微生物的新陳代謝作用，高效去除污水中的N、P等元素。

1.4 生態方法

生態方法主要以人工濕地法為主。人工濕地是由人工建造和運維，由植物、動物、微生物和介質填料等體系構成的一個模擬天然濕地的生態系統。通過對生態系統的優化組合進行調控，使污染物與水生動植物、微生物和介質之間發生一系列物理化學和生化反應，以實現對污染物的去除和凈化。它充分發揮生態系統中物種共生和資源的生產潛力，促進各生態元素的良性循環，以實現污水資源化、產業生態化[6]。

人工濕地根據不同的水徑流方向，可以分為表面流人工濕地和潛流人工濕地，潛流人工濕地又可以分為水平潛流人工濕地和垂直潛流人工濕地。（1）表面流人工濕地，水面一般都較為寬廣，水力路徑以地表推流為主，在處理過程中，主要通過污染物自然沉降、水生植物莖葉攔截和土壤吸附過濾來達到去除污染物的目的。（2）水平潛流人工濕地由一個或多個由介質和防滲層組合的填料床構成，其對BOD、COD、SS、重金屬等污染指標的去除效果顯著。（3）垂直潛流人工濕地中，污水在填料表面下介質間滲流，水面低于介質面，呈潛流狀態。

人工濕地技術是一種模擬天然濕地的復合體技術，具有結構簡單、成本低、運行管理方便、耐高負荷、水質凈化效果好、景觀效果好等優點，同時兼具其它生態功能。目前，人工濕地已廣泛應用于污水處理廠尾水深度凈化提標，但濕地長期運行的基質選擇、堵塞、安全保障、水力負荷、二次污染、季節性變化、抗沖擊能力、運行管理機制等問題仍有待解決。組合人工濕地對進水污染物濃度變化具有一定的抗沖擊能力，是一種既傳統又新穎的尾水深度處理工藝，已成為當前污水處理廠尾水深度凈化的主要處理方式，并隨著社會發展得到越來越廣泛的應用，具有良好的發展前景。

1.5 聯合處理聯用技術

將物理化學法、生態法和生物法有機高效地結合起來，充分發揮其各自優點，以達到污水凈化的最佳效果，稱之為聯合處理聯用技術。聯合處理聯用技術是污水深度處理技術的一個發展趨勢和方向，其更好地發揮了各種處理技術的協同效應。相關人員可以采用常規方法和物理方法去除懸浮物、顆粒物、雜質等；采用化學或電化學方法去除難降解的有機物、無機鹽類等；采用生物方法去除可溶性有機質、氮、磷等；采用生態方法既可去除污染物，又可恢復水體生態系統的多樣性。

將聯合處理聯用技術應用于污水處理廠尾水深度凈化水生態系統，能夠促進生態環境保護、增加生物多樣性、提升生態系統的復雜性和穩定性、提升資源回用率、維持自然平衡和生態人居環境建設的良性循環。

2 新型多維交叉人工濕地的研究進展

秉承生態系統性理念，尊重自然、順應自然、保護自然，全面改善污水處理廠流出水的水質，提高綜合治理能力，促進生態系統結構和功能良性發展，構建大自然的人工濕地，實現自然資源可持續利用是大勢所趨。其本質是與區域生態系統高度協調、融合的濕地生態系統，涉及污染物去除、營養物質轉化、植被群落選擇、水生動植物恢復、區域生態系統相容等多維度、多學科、多視角、全方位、立體式的交叉融合。

國內外大量研究表明，底棲動物作為水生態系統中的重要消費者，在水體環境和水生態系統中具有舉足輕重的地位，對維持生態系統功能，促進物質能量循環有著重要作用。然而目前卻很少應用于人工濕地中。

常見的可用于水質凈化的底棲動物類群主要分為濾食性和刮食性兩類，濾食性底棲動物（蚌類、河蜆等）以濾食為主，可有效降低水體中浮游藻類、有機碎屑、顆粒物的含量，提高水體透明度。刮食性底棲動物（螺類等）以刮食水生植物葉片附著顆粒和著生藻類為主，“螺-草共生”可有效降低附著藻類對沉水植物的損害，充分利用光合作用來促進沉水植物的生長和繁殖。同時，絕大多數底棲動物在冬季仍能保持一定的代謝，能夠徹底解決人工濕地受季節性制約的問題。因此將底棲動物引入人工濕地，可以提升水質凈化效果和穩定性，大大降低后期運營成本，對恢復生態系統多樣性和物種保護意義重大，具有較強的環境效益、生態效益、經濟效益和社會效益。

安徽水韻環保股份有限公司致力于水污染治理、水生態修復和水資源產業研究，公司自主開發的淡水貝類規模化人工繁育技術、以淡水貝類為主導的污水資源化利用技術等相關技術，在水污染治理及水生態修復領域取得重大突破并通過科技成果鑒定，技術整體達到國際先進、部分達到國際領先水平。其獨創構建的貝魚草菌藻立體生態修復系統有效地將水體的生態特征與水生生物生態及生理特性相結合，采用沉水植物、挺水植物、浮葉植物、貝類（蚌、螺等）、草食性魚類、肉食性魚類、刮食性魚類、雜食性魚類、濾食性魚類等多物種協同共生的方式，對水體生態進行修復和重建。同時，將該系統嫁接融合進人工濕地中，可充分發揮水體生態系統的互利共生、自償自凈能力。目前該系統已成功應用于多個污水處理廠尾水深度凈化項目中，不僅能高效解決尾水深度凈化難題，還實現了服務當地生態系統、恢復生物多樣性、景觀提升、發展區域經濟等多重成效。

3 展望

黨的二十大指明了生態文明建設和環境保護工作的方向，現已上升到前所未有的戰略高度。作為生態文明建設過程中最基礎、也是最重要的內容—水生態文明建設具有先行性、基礎性和重點性。水環境治理已成為近年來我國改善生態環境的重要工作之一，污水處理廠在改善水環境的過程中起著重要作用，加大污水處理廠尾水提標的治理力度越來越受到關注。

在生態文明建設的評價體系下，污水處理廠尾水深度凈化提標后的監測指標，并未從水生態系統的完整性出發，對水體中各個理化要素、生物要素、環境要素及其之間的響應關系進行監測，而是僅僅監測考核其常規理化指標。將魚類、浮游動植物、底棲動物等作為水生態監測內容，可以為水生態修復提供依據，對運行效果形成標準化評價。基于此，加強綠色生態系統建設，進行生態系統穩定性考核，建立效能評價體系勢在必行[7]。