城鎮(zhèn)地區(qū)污水處理的技術(shù)應(yīng)用

　　隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，農(nóng)業(yè)面源、工業(yè)點源及城鎮(zhèn)生活污水的不斷增加，破換生態(tài)平衡造成環(huán)境污染，本文介紹了城鎮(zhèn)生活污水治理中人工濕地的污水處理機制。

　　《凈水技術(shù)》創(chuàng)刊24年來在傳播國內(nèi)外飲用水、城市給水、純凈水、工業(yè)用水、循環(huán)冷卻水、污水處理、離子交換及功能膜、中水回用、水質(zhì)檢測等方面提供了大量信息。內(nèi)容有理論有實踐，深受凈水工作者的歡迎。

　　面對污水處理和水質(zhì)管理則明顯落后，大量直接排出的未經(jīng)處理污水已造成水體環(huán)境嚴(yán)重污染，同時湖泊水體的富營養(yǎng)化問題也越來越嚴(yán)重，人工濕地的生態(tài)系統(tǒng)在對農(nóng)業(yè)面源污染、城鎮(zhèn)生活污水的處理中取得了十分滿意的社會環(huán)境效益。

　　在人工濕地技術(shù)的應(yīng)用中，濕地植物的篩選和合理配置是關(guān)系到這一技術(shù)能否正常發(fā)揮污染治理效能的關(guān)鍵。城鎮(zhèn)生活污水具有特定的污染物特征和地域特點，有針對性地構(gòu)建人工濕地植物系統(tǒng)，進行合理的養(yǎng)護管理，有效地發(fā)揮人工濕地的處理效能。

　　1 人工濕地污水處理技術(shù)原理

　　人工濕地的工藝原理是利用自然生態(tài)系統(tǒng)中物理、化學(xué)和生物的三重共同作用來實現(xiàn)對污水的凈化。當(dāng)污水通過濕地系統(tǒng)時， 其中的污染物質(zhì)通過沉積、過濾、吸附和分解等作用得到凈化。同時，人工濕地中的植物除了增加濕地基質(zhì)的透水性，還能與周圍環(huán)境的原生動物、微生物等形成各種小環(huán)境，通過氧的傳遞，形成特殊的根際微生態(tài)環(huán)境，這一微生態(tài)環(huán)境具有很強的凈化廢水的能力。研究表明，植物系統(tǒng)的人工濕地總氮(TN)的去除率明顯高于無植物系統(tǒng)。植物的種類對系統(tǒng)的除氮效率有不同的影響。挺水植物通過吸收后收割去除氮的能力是200-2500kg/(hm·年)，高產(chǎn)的水葫蘆有較高的除氮能力，大約為2000kg/(hm·年)，沉水植物的除氮能力較差，通常小于700kg/(hm年);城市污水在3-5h內(nèi)流過200hm2 以上的沼澤濕地后，硝酸鹽即可減少63%，磷減少57%。人工濕地對磷的去除是通過植物的吸收、微生物的積累和填料床的物理化學(xué)等幾方面的共同協(xié)調(diào)作用完成的。

　　2 人工濕地植物系統(tǒng)的組成

　　2.1 人工濕地植物種類

　　植物是人工濕地的重要組成部分，按生態(tài)類型可分為濕生植物、挺水植物、漂浮植物和沉水植物。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有很多種類對有機污染和重金屬污染具有很強的凈化能力。人工濕地中多采用挺水植物。國際上公認(rèn)的濕地淡水水生植物優(yōu)勢品種有寬葉香蒲、蘆葦、苦草、茭白、燈芯草等。

　　2.2 人工濕地植物系統(tǒng)的構(gòu)建方式

　　根據(jù)植物栽植種類，人工濕地植物系統(tǒng)的構(gòu)建方式主要有：(1) 單一植物栽植構(gòu)建的人工濕地植物系統(tǒng)，如蘆葦人工濕地。(2) 兩種植物混植：將兩種濕地植物混合栽植建立人工濕地植物系統(tǒng)。蘆葦具有較強的輸氧能力，而茭白對氮、磷的吸收能力強，蘆葦和茭白混種是一種較好的栽種方式;也有蘆葦和菖蒲混植的方式。(3)多種植物組團混植。如千屈菜、再力花、睡蓮組團栽植;水蔥、千屈菜、美人蕉組團等?；熘矘?gòu)建的人工濕地系統(tǒng)除具有污水凈化功能外，還呈現(xiàn)良好的景觀效果。

　　3 人工濕地植物的選擇與配置原則

　　3.1 功能性原則

　　為了充分發(fā)揮人工濕地的污水處理效果，應(yīng)選取和配置抗污染能力強，凈化效果好的植物。應(yīng)根據(jù)不同的人工濕地類型和工藝單元選擇適宜的植物。對于表面流人工濕地可配置沉水植物、漂浮植物以及挺水植物，對潛流和垂直流人工濕地可配置濕生植物和挺水植物。

　　3.2 地域性和環(huán)境適應(yīng)性原則

　　植物生長具有明顯的地域性，人工濕地植物選擇應(yīng)以本地植物為主，選用當(dāng)?shù)鼗虮镜貐^(qū)天然濕地中尚存的且對水體污染物有較強凈化能力的植物。

　　選用生長良好的本地土著植物構(gòu)建人工濕地系統(tǒng)將提高對污水的凈化能力。考慮具體的人工濕地環(huán)境因子的影響，選用有較強適應(yīng)能力的植物，具有較強的抗凍、抗熱、抗病蟲害等能力的植物。人工濕地基質(zhì)的種類較多，理化性質(zhì)差異比較大，對植物生長和根際微生物活性有一定影響，要根據(jù)基質(zhì)的pH值配置相應(yīng)的植物;對于含鹽量比較高的人工濕地基質(zhì)，應(yīng)選擇耐鹽性植物。

　　3.3 景觀美化原則

　　在人工濕地的設(shè)計和建造中應(yīng)同時考慮景觀的觀賞價值和效果， 營造景色優(yōu)美、兼顧人們休閑和游憩需求的人工濕地景觀。植物選擇上應(yīng)注意兼顧凈化功能和觀賞價值。發(fā)達(dá)國家的人工濕地污水處理系統(tǒng)在治污的同時引入園林設(shè)計的理念，將治污與營造生態(tài)公園融為一體。

　　3.4 經(jīng)濟性原則

　　建造人工濕地時應(yīng)考慮一定的經(jīng)濟價值，引入實現(xiàn)生態(tài)和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)工程管理模式。將收割后的植物殘體用于堆肥以生產(chǎn)生物肥，回收的植物可以用作造紙原料、編織材料、牲畜的飼料或燃料等。農(nóng)村污水治理中，應(yīng)考慮當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)村經(jīng)濟水平和農(nóng)民增收要求，選擇污水治理效果好、經(jīng)濟價值高的濕地植物，實現(xiàn)人工濕地系統(tǒng)的多用途目標(biāo)。

　　3.5 生態(tài)安全性原則

　　人工濕地植物群落構(gòu)建中應(yīng)根據(jù)濕地的不同區(qū)域配置多種植物，多物種的生態(tài)系統(tǒng)比單一物種的系統(tǒng)要穩(wěn)定，植物多樣性越高，資源利用越充分，根區(qū)對氮、磷的利用程度越高。考慮不同種類的植物相互之問的作用，一是對光、水和營養(yǎng)等資源的競爭;二是植物通過釋放化感物質(zhì)，影響周圍植物的生長。

　　4 工程實例——佛山市某人工濕地處理技術(shù)

　　4.1 工程地概況

　　南海區(qū)位于佛山市。屬南亞熱帶季風(fēng)海洋性氣候，冬短夏長，冬暖夏涼，雨量充沛，年平均氣溫23℃，年平均降雨量2300毫米。

　　4.2 技術(shù)方案設(shè)計思路

　　(1)以生態(tài)工程為手段，利用河灘荒地，建設(shè)以人工濕地為主，前處理為輔的處理工藝系統(tǒng)，以削減該城鎮(zhèn)污水的污染負(fù)荷。

　　(2)通過運用生態(tài)系統(tǒng)工程中限制因子、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、生態(tài)適宜性和生態(tài)位及生態(tài)群落演替等，綜合設(shè)計自凈人工濕地生態(tài)系統(tǒng)，既充分體現(xiàn)生物多樣性，又強化凈化功能，并兼具景觀功能。

　　4.3 設(shè)計規(guī)模

　　日處理規(guī)模為3000噸/日，總投資為700 萬。

　　4.4 工藝流程

　　污水→集水池→沉砂池→接觸氧化池→穩(wěn)定塘→表面流濕地→潛流濕地→生態(tài)塘→達(dá)標(biāo)排放

　　4.5 進水水質(zhì)

　　采用五個生活污水點水樣進行平均測算。得出如下污水水質(zhì)：

　　4.6 出水水質(zhì)

　　根據(jù)佛山環(huán)保部門的要求，污水尾水排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行廣東省《水污染物排放限值》(DB44/26—2001)城市二級污水處理廠第二時段一級標(biāo)準(zhǔn)。

　　4.7 總投資及運行費用

　　各系統(tǒng)投入低、能耗低、運行費用低、效率高，并且操作管理簡便。一般基建投資少于常規(guī)處理投資20%，運行費用約占常規(guī)處理20-30%。一般建設(shè)用地：2.5m2/m3 左右，建設(shè)投資800-1000 元/m3，運行費0.2 元/m3以下。從已建的示范工程項目測算，約0.16元/噸處理費。

　　4.8 人工濕地植物系統(tǒng)的構(gòu)建

　　結(jié)合當(dāng)?shù)氐淖匀坏乩項l件，遵循適地適種、耐污能力強、凈化能力強、根系發(fā)達(dá)、經(jīng)濟和觀賞價值高、重視物種間的合理搭配的原則，采用的濕地植物主要為挺水植物，注意引入部分常綠灌木以增加景觀效果，主要品種為寬葉香蒲、水蔥、茭草、蘆葦、菖蒲等。污水經(jīng)人工濕地潛流池和表流池處理，通過植物系統(tǒng)作用去除污染物。

　　針對農(nóng)村生活污水的污染特征，方案選取了抗污染能力強的多種植物構(gòu)建復(fù)合型的人工濕地系統(tǒng)，選取的植物既具有良好的污水凈化功能，也具有較好的觀賞特性，如將常綠型的寬葉香蒲、水蔥與富有季相變化的蘆葦、茭草等配置，形成了良好的景觀變化層次。人工濕地中的植物除污水凈化、景觀美化外，也兼顧了經(jīng)濟效益。

　　4.9 人工濕地植物系統(tǒng)的養(yǎng)護管理

　　人工濕地植物系統(tǒng)的養(yǎng)護管理對維持人工濕地污水凈化功能的正常運行非常重要。主要從以下幾方面采取措施：

　　(1)促進人工濕地運行初期的植物的正常生長。濕地植物在運行初期的生長狀況影響植物的后期生長和污染物的去除效率，除氣候、植物的適應(yīng)性等因素外，水力負(fù)荷和人工濕地床體水位是影響運行初期植物成活率及生長的主要因素。

　　(2)合理的種植密度。種植密度應(yīng)適中，密度太大，根部生長易對床體造成堵塞，降低水力負(fù)荷，縮短濕地使用壽命;太稀則降低水的處理效果，難以抑制雜草生長。

　　(3)定期收割濕地植物。如果不及時收割，大部分進入植物組織的氮將通過分解作用而又重新釋放到水體中，降低植物的除氮效果。植物的及時收割有助于延續(xù)利用植被系統(tǒng)的凈化能力，延長濕地系統(tǒng)的處理壽命。

　　(4)加強人工濕地植物雜草和病蟲害的防治。病蟲害的發(fā)生對植物的生長和濕地的運行效果將產(chǎn)生負(fù)面影響，雜草不僅沒有水處理功能，其碎屑和殘體通過微生物的作用進入床體，還會增加污水的有機負(fù)荷，降低出水水質(zhì)。對病蟲害和雜草可采用藥劑防治的方法，也可采用生物防治方法，保護利用益蟲等有益動物以及應(yīng)用病毒制劑等微生物農(nóng)藥和植物性農(nóng)藥，避免化學(xué)藥劑的二次污染。

　　(5)防止人工濕地植物衰退。隨著人工濕地運行時間的延長，濕地植物種間競爭在加劇。如果旱生植物在潛流人工濕地出現(xiàn)，表明潛流人工濕地的植物衰退程度較明顯。植物在人工濕地污水凈化過程中的作用與其生長狀況密切相關(guān)，濕地植物的衰退是人工濕地利用與管理中的重要問題，養(yǎng)護管理中要做到適合人工濕地的生態(tài)環(huán)境。

　　5.結(jié)束語

　　人工濕地技術(shù)作為綠色環(huán)保的污水處理新技術(shù)，它具有投資和運行費用低、抗沖擊負(fù)荷能力強、處理效果穩(wěn)定、出水水質(zhì)好，水生植物有一定經(jīng)濟價值等諸多優(yōu)點，已成為環(huán)境科學(xué)研究的重要領(lǐng)域之一。人工濕地不能一建了之，需要有人進行看管和維護。如清理垃圾、雜草、修剪濕地植物管道和濕地植物。維護設(shè)備，設(shè)置清淤裝置，進行人工濕地的監(jiān)測，以判斷處理人工濕地是否達(dá)標(biāo)。隨著時間的推移，在廣大科研工作者和一切社會力量的共同努力下，這項技術(shù)將日趨成熟，造福人類。

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