人工濕地系統在二級污水處理廠尾水深度處理中的應用

　隨著各級政府加大對環保基礎設施的投資，我國污水處理廠的建設有了很大的發展。截至2008年12月，城鎮污水處理設施已經達到了1521座。目前大部分污水處理廠執行的是《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中的二級或一級B的排放標準，要達到一級A的排放標準，一般都需要增加深度處理工藝，這將大大增加污水處理成本。人工濕地污水處理技術是一種天然凈化與人工處理相結合的復合工藝，具有投資少、操作簡單、維護和運行費用低等優點。它不但能夠直接處理污水，還可以對污水處理廠處理后的污水進行深度處理，而且能夠根據污水情況采取合適的規模與設計與之相適應，因此該技術的應用為解決上述問題提供了新選擇。
　　山東平陰污水處理廠因地制宜，將沿黃500畝洼地改造為人工濕地，進而對該廠二級處理后的尾水進行深度處理。經過兩年的探索與運行，監測數據顯示污染物去除效果明顯，并取得了較好的經濟效益和生態效益
　　一、基本情況
　　平陰位于魯中泰山西脈，屬于暖溫帶季風型濕潤氣候區。平陰污水處理廠位于城區西部，距離黃河約3公里，該廠采用倒傘表面曝氣氧化溝工藝，設計規模為4.0萬m3/d。人工濕地工程位于污水處理廠西側，項目地原為面積500畝的洼地，分布許多魚池、蘆葦地。2006年被征用為污水處理廠的深度處理配套設施，經投資改造為人工濕地，并于當年10月投入使用。
　　二、項目工程內容
　　（一）濕地工程總設計
　　濕地設計處理規模與污水處理廠配套，為4.0萬m3/d；設計進水水質情況為：COD，50～80mg/L；BOD5，20～40mg/L；SS，20～40mg/L；TP，0.5～2mg/L；NH3-N，2～5mg/L，出水達到一級A標準。考慮到濕地所處的外部因素，在滿足工藝流程順暢、布置規整的前提下，采用S型環流和回流，增加水體流程，延長水體滯留時間。將整個濕地按功能分為相對獨立的4個區，區內形成深淺、寬窄、融氧、生物種群不一的水域，利于污染物在不同狀態下充分降解。
　　（二）單體工程結構設計
　　1．圍堰和土方工程。結合地形，對濕地進行圍堰保護，隔斷與外界相互交叉的水流，有效防止周邊干擾。采用S型環流和回流，增加水體流程，使水體在人工濕地低速環形流動，有利于污染物的沉淀和排除吸收。經過改造治理，水體流程總長度達到3200米，單水體滯留時間17～20天，凈水面積375畝。結合濕地凈化水質應具有的特征，制造出不同的功能區：水深1.5米以下的區域保留為厭氧區；陸地部分開挖至0.5米深作為好氧區；兩者之間的過渡區則控制深度在0.5～1.5米之間，作為兼性區，三種功能區交替分布，各自發揮不同的凈化作用。
　　2．動植物工程。濕地Ⅰ區、Ⅱ區種植蓮、蘆葦和蒲草等挺水植物；中部Ⅲ區濕地種植浮萍、芡實、菱角作為浮水植物先鋒物種，眼子菜、金魚藻、枯草作為沉水植物先鋒物種，同時進行魚藕混養；達到漁業標準的水流入北部Ⅳ區進行養魚觀測試驗。在溝堤兩旁栽種柳樹等園林植物和枸杞、泥胡菜、野蔥等親水植物。項目區內自然生長的水生、半水生植物據統計已有40余種；已存在大量浮游動物、蛙、魚類；同時棲息白鷺、野鴨等十幾種鳥類，已形成一個完整的食物鏈。經過稀釋、吸收和絮凝、微生物代謝、螯合及沉淀、浮游生物、水生維管束等作用，對污染物進行有效去除。
　　3．水質監測系統。在濕地內設置水質監測點12個，并在出口設置水質自動監測設備，對各個區的水質進行實時監測。通過對數據進行分析，評估各個區內動植物對水的處理凈化效果，以利于調整動植物的布置，積累濕地凈化經驗。
　　三、運行結果及效益分析
　　（一）運行結果分析
　　該人工濕地于2006年10月正式投入運行。現將2007年1月至2009年3月各污染物入水和出水的季平均結果進行對比分析，數據如表1所示。
從表中數據可以得出：該人工濕地技術，對于指標污染物均具有很好的去除效果。出水水質除2007年一季度試運行期間不穩定外，其余時間均達到一級A的排放標準。去除率方面：COD47.11％～63.38%、BOD5 69.65％～85.30%、TP 36.96%～58.06%、NH3-N 43.88%～57.89%、SS 44.44%～66.67%；其中對BOD5的去除效果最佳，對NH3-N和TP的去除效果相對較差。COD與BOD5的去除效率顯示出一定的差異性，應于該水廠的進水中工業廢水的比例較高有一定的關系。季節性變化對該人工濕地污水處理系統影響明顯。不同季節間人工濕地處理效率的差別主要體現在對TP 和NH3-N的去除上，每年7～9月去除效果最佳，1～3月去除效果最差，其余各指標受溫度季節性變化影響相對較小。
　　（二）效益分析
　　平陰沿黃，是南水北調東線工程的重要通道。人工濕地升級改造工程的實施，使污水廠達到了一級A的排放標準，大大減輕了對黃河的污染，保證了輸水沿線水質安全。從建設成本來看，該濕地建設投資600萬元，遠遠低于傳統深度處理技術的建設投資成本；從運行成本來看，該工程噸水處理成本僅為0.02元，加上水產品的收益，年節約深度處理運行費400余萬元，經濟性顯著。
　　四、結語
　　1．山東平陰人工濕地系統的建設和運行，表明人工濕地應用于污水處理廠深度處理是可行的。各污染物的去除效果明顯，處理后水質穩定達標；而且大大節約了基建和運行成本，環境、經濟效益顯著。
　　2．項目出水水質達到了《城市污水再生利用景觀環境用水水質》（GB/T18921-2002）中的景觀環境用水水質標準，加之進水水質污染程度不高，如將人工濕地與城市景觀工程有機銜接，或進行中水回用，將產生更大的社會效益。
　　3．季節性變化對中緯度的人工濕地系統影響明顯。在冬季雖然采取了隔離覆蓋等保溫措施，但去除效果相對較差。如何進一步提高冬季的處理效果值得探討。
　　4．物種的引進，應以土著生物為主，防止生物入侵造成不可控的危害。水質監測系統的建立有利于全面掌握濕地水質的變化規律，對濕地的有效運行提供技術支撐。
　　5．人工濕地作為一種處理污水的新技術還有待于進一步改良。需要探討不同地區的運行特點和規律，進一步總結濕地的運行和管理經驗，以便在將來的建設中提供更合理的參考。