淺談人工濕地技術(shù)在污水廠尾水提標(biāo)中的應(yīng)用
淺談人工濕地技術(shù)在污水廠尾水提標(biāo)中的應(yīng)用
2015年4月，國(guó)務(wù)院正式發(fā)布的《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（“水十條”）中明確提出消滅劣Ⅴ類水體。國(guó)家環(huán)保部2015年發(fā)布的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中新標(biāo)準(zhǔn)排放限值總體與《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)中的Ⅳ類水質(zhì)要求相當(dāng)(TN除外)。目前，蘇州地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠已基本達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，但排出的水質(zhì)依然為劣Ⅴ類。同時(shí)污水廠出水中氮、磷含量依然偏高，如果直接補(bǔ)充河道、湖泊、城市景觀用水時(shí)，會(huì)產(chǎn)生水體富營(yíng)養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)。因此，城鎮(zhèn)污水處理廠尾水必須要進(jìn)行深度提標(biāo)處理后排放。
現(xiàn)階段，針對(duì)不同工藝和運(yùn)行狀況的城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)的主要技術(shù)有Fenton催化氧化、碳源投加、短程硝化反硝化、厭氧氨氧化、同步硝化反硝化技術(shù)、反硝化除磷技術(shù)、好氧顆粒污泥、膜生物反應(yīng)器、反硝化濾池、人工濕地等。而人工濕地技術(shù)由于其具有污水凈化和景觀營(yíng)造的雙重作用，且建造運(yùn)行成本較低、維護(hù)管理相對(duì)簡(jiǎn)便，在城鎮(zhèn)污水處理廠尾水深度處理中受到了較為廣泛的關(guān)注，比較適宜作為城鎮(zhèn)污水處理廠尾水深度處理的技術(shù)，并成為江蘇省太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理提標(biāo)推薦技術(shù)之一。
一.人工濕地的概念和原理
人工濕地（ConstructedWetland，CW）起源于20世紀(jì)50年代中期，并在上世紀(jì)90年代發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛應(yīng)用。人工濕地是由人工建造和控制運(yùn)行的類似沼澤地的地面，通過模擬自然濕地，人為設(shè)計(jì)、建造由“基質(zhì)填料（土壤、石、砂、陶粒等）—水生植物—微生物—水體”組成可調(diào)控的四位一體復(fù)合污水處理生態(tài)系統(tǒng)，利用系統(tǒng)內(nèi)物理、生物、化學(xué)三重協(xié)同作用，通過過濾、吸附、共沉、離子交換、化學(xué)降解、植物吸收和微生物分解等作用來實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的高效凈化。
二.人工濕地的主要分類
通常根據(jù)水流的行徑來進(jìn)行分類，分為：表面流濕地、潛流濕地（水平潛流濕地、垂直流濕地）。
1.人工濕地分類：
2.人工濕地示意圖：
3.人工濕地示意圖：
三.國(guó)內(nèi)應(yīng)用案例調(diào)研情況
1.山東省聊城經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)人工濕地中水生態(tài)凈化工程
聊城經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)污水處理廠排水達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，出水原經(jīng)小湄河流入徒駭河。結(jié)合小湄河整體規(guī)劃與生態(tài)景觀建設(shè)，采用人工濕地技術(shù)對(duì)尾水進(jìn)行深度處理，使其水質(zhì)達(dá)到地表水體IV類標(biāo)準(zhǔn)(TN除外)。人工濕地占地面積4.5公頃，其中潛流人工濕地面積2.5公頃，表面流人工濕地2公頃，日處理水量1萬方/天。
工藝流程：
2.河南省許昌市清泥河人工濕地
許昌市屯南污水處理廠出水水質(zhì)達(dá)到一級(jí)A類排放標(biāo)準(zhǔn)，出水原排入清泥河。結(jié)合清泥河綜合整治，采用人工濕地技術(shù)尾水進(jìn)行深度處理，使其水質(zhì)達(dá)到地表水體IV類標(biāo)準(zhǔn)(TN除外)。人工濕地占地面積8.6公頃，其中復(fù)合垂直流人工濕地面積6公頃，濕地型河道表面流人工濕地2.6公頃，設(shè)計(jì)總規(guī)模6萬噸/日，一期規(guī)模3萬噸/日。
工藝流程：
3.浙江省嘉興市城東再生水廠人工濕地
嘉興市城東再生水廠主要分流城中片及湘家蕩南片區(qū)域的部分生活污水。進(jìn)水來自城東再生水廠排放尾水，排入人工濕地及活水公園深度處理，使其水質(zhì)達(dá)到地表水體IV類標(biāo)準(zhǔn)(TN除外)，最后排入南側(cè)平湖塘。人工濕地占地面積16公頃，其中水平潛流人工濕地面積6.7公頃，表面流人工濕地3公頃，穩(wěn)定塘3公頃，處理水量4萬方/天。
工藝流程：
4.深圳茅洲河燕羅人工濕地
燕羅濕地位于松崗水質(zhì)凈化廠北側(cè)，燕山排澇泵站西側(cè)，洋涌橋大閘上游，處于茅洲河河灘地上，場(chǎng)地呈“彎月形”。燕羅濕地定位為水質(zhì)凈化型濕地，以改善茅洲河中上游干流截污箱涵末端水質(zhì)改善工程2#應(yīng)急處理設(shè)施部分出水水質(zhì)為主要目標(biāo)，同時(shí)兼顧生態(tài)保護(hù)和生態(tài)修復(fù)、生態(tài)景觀游憩休閑功能，出水最后排入茅洲河。濕地占地面積6.5公頃，其中垂直潛流人工濕地面積1.77公頃，表面流人工濕地0.49公頃，處理水量1.8萬方/天。
工藝流程：
四.太倉市港城組團(tuán)污水處理廠配套濕地凈水工程設(shè)計(jì)方案中的人工濕地技術(shù)的應(yīng)用
港城污水處理廠總規(guī)模為3萬噸/天，主要接納并處理石化工業(yè)區(qū)的工業(yè)廢水和瀏家港鎮(zhèn)區(qū)的生活污水，工業(yè)廢水占比80%以上，出水原直排入長(zhǎng)江。
污水處理廠出水COD平均濃度高達(dá)53.3mg/L，BOD平均濃度高達(dá)13.5mg/L，已超過DB32新標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，為了保障長(zhǎng)江水安全，出水將改為排放到內(nèi)河水體，為了達(dá)到受納水體（六里塘）的水功能區(qū)劃要求，需對(duì)目前污水處理廠尾水進(jìn)行深度處理，以達(dá)到地表IV類水標(biāo)準(zhǔn)。由于該污水處理廠進(jìn)水中80%為工業(yè)廢水，繼續(xù)采用傳統(tǒng)生物方法，很難去除剩余的有機(jī)物。若采用化學(xué)方法，則會(huì)提高污水處理廠的處理成本，同時(shí)產(chǎn)生的剩余污泥處理難度大，易造成二次污染，經(jīng)過各類工藝/技術(shù)比選，參考結(jié)合國(guó)內(nèi)成功案例，最終采用人工濕地技術(shù)方案進(jìn)行提標(biāo)改造。
人工濕地總占地11公頃，其中，復(fù)合垂直流人工濕地占地面積7.2公頃，表面流人工濕地占地面積2公頃，沉水植物塘占地面積1公頃。采用“復(fù)合垂直流人工濕地+表面流人工濕地+沉水植物塘”的組合處理工藝：以復(fù)合垂直流人工濕地作為主要處理工藝，直接接入污水廠尾水，發(fā)揮水質(zhì)凈化的主要作用；表面流人工濕地作為輔助二級(jí)凈化工藝，進(jìn)一步進(jìn)行反硝化脫氮，保障出水水質(zhì)；沉水植物塘強(qiáng)化水質(zhì)凈化效果，提高景觀效果，出水達(dá)到地表水體IV類標(biāo)準(zhǔn)(TN除外)，日處理量為3萬方/天。
工藝流程：
人工濕地的出水作為生態(tài)補(bǔ)水流入六里塘，增加內(nèi)河水動(dòng)力，對(duì)改善六里塘水質(zhì)，削減排入長(zhǎng)江污染負(fù)荷具有重要意義；同時(shí)，結(jié)合中心河和六里塘整體規(guī)劃與生態(tài)景觀建設(shè)，將有限的景觀用地轉(zhuǎn)化為貫穿場(chǎng)地的景觀游步道，串聯(lián)場(chǎng)地內(nèi)重要濕地展示節(jié)點(diǎn)，提供景觀休憩點(diǎn)，形成連續(xù)、有節(jié)奏的濕地景觀游覽系統(tǒng)，促進(jìn)人水和諧,為太倉市生態(tài)文明建設(shè)豐富內(nèi)容與亮點(diǎn)，為長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供樣板。
五.人工濕地技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)與前景展望
人工濕地是一個(gè)綜合的生態(tài)系統(tǒng)，基于生物作用，核心工藝流程無需耗能，比較適合于土地豐富和對(duì)生態(tài)環(huán)境及景觀要求比較高的區(qū)域。
隨著城鎮(zhèn)居民生活品質(zhì)的不斷提高，污水處理僅做到達(dá)標(biāo)排放已經(jīng)不能滿足生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的要求，建設(shè)人工濕地污水處理系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)污染物減排，還能美化環(huán)境，實(shí)現(xiàn)社會(huì)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益的有機(jī)統(tǒng)一，其在污水處理廠提標(biāo)和消除城市黑臭水體領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用發(fā)展前景。此外，發(fā)達(dá)國(guó)家已將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)為利用人工濕地處理特殊工業(yè)廢水，這也是人工濕地未來發(fā)展的一個(gè)新特點(diǎn)和新趨向。
現(xiàn)階段，針對(duì)不同工藝和運(yùn)行狀況的城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)的主要技術(shù)有Fenton催化氧化、碳源投加、短程硝化反硝化、厭氧氨氧化、同步硝化反硝化技術(shù)、反硝化除磷技術(shù)、好氧顆粒污泥、膜生物反應(yīng)器、反硝化濾池、人工濕地等。而人工濕地技術(shù)由于其具有污水凈化和景觀營(yíng)造的雙重作用，且建造運(yùn)行成本較低、維護(hù)管理相對(duì)簡(jiǎn)便，在城鎮(zhèn)污水處理廠尾水深度處理中受到了較為廣泛的關(guān)注，比較適宜作為城鎮(zhèn)污水處理廠尾水深度處理的技術(shù)，并成為江蘇省太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理提標(biāo)推薦技術(shù)之一。
一.人工濕地的概念和原理
人工濕地（ConstructedWetland，CW）起源于20世紀(jì)50年代中期，并在上世紀(jì)90年代發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛應(yīng)用。人工濕地是由人工建造和控制運(yùn)行的類似沼澤地的地面，通過模擬自然濕地，人為設(shè)計(jì)、建造由“基質(zhì)填料（土壤、石、砂、陶粒等）—水生植物—微生物—水體”組成可調(diào)控的四位一體復(fù)合污水處理生態(tài)系統(tǒng)，利用系統(tǒng)內(nèi)物理、生物、化學(xué)三重協(xié)同作用，通過過濾、吸附、共沉、離子交換、化學(xué)降解、植物吸收和微生物分解等作用來實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的高效凈化。
二.人工濕地的主要分類
通常根據(jù)水流的行徑來進(jìn)行分類，分為：表面流濕地、潛流濕地（水平潛流濕地、垂直流濕地）。
1.人工濕地分類：
2.人工濕地示意圖：
3.人工濕地示意圖：
三.國(guó)內(nèi)應(yīng)用案例調(diào)研情況
1.山東省聊城經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)人工濕地中水生態(tài)凈化工程
聊城經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)污水處理廠排水達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，出水原經(jīng)小湄河流入徒駭河。結(jié)合小湄河整體規(guī)劃與生態(tài)景觀建設(shè)，采用人工濕地技術(shù)對(duì)尾水進(jìn)行深度處理，使其水質(zhì)達(dá)到地表水體IV類標(biāo)準(zhǔn)(TN除外)。人工濕地占地面積4.5公頃，其中潛流人工濕地面積2.5公頃，表面流人工濕地2公頃，日處理水量1萬方/天。
工藝流程：
2.河南省許昌市清泥河人工濕地
許昌市屯南污水處理廠出水水質(zhì)達(dá)到一級(jí)A類排放標(biāo)準(zhǔn)，出水原排入清泥河。結(jié)合清泥河綜合整治，采用人工濕地技術(shù)尾水進(jìn)行深度處理，使其水質(zhì)達(dá)到地表水體IV類標(biāo)準(zhǔn)(TN除外)。人工濕地占地面積8.6公頃，其中復(fù)合垂直流人工濕地面積6公頃，濕地型河道表面流人工濕地2.6公頃，設(shè)計(jì)總規(guī)模6萬噸/日，一期規(guī)模3萬噸/日。
工藝流程：
3.浙江省嘉興市城東再生水廠人工濕地
嘉興市城東再生水廠主要分流城中片及湘家蕩南片區(qū)域的部分生活污水。進(jìn)水來自城東再生水廠排放尾水，排入人工濕地及活水公園深度處理，使其水質(zhì)達(dá)到地表水體IV類標(biāo)準(zhǔn)(TN除外)，最后排入南側(cè)平湖塘。人工濕地占地面積16公頃，其中水平潛流人工濕地面積6.7公頃，表面流人工濕地3公頃，穩(wěn)定塘3公頃，處理水量4萬方/天。
工藝流程：
4.深圳茅洲河燕羅人工濕地
燕羅濕地位于松崗水質(zhì)凈化廠北側(cè)，燕山排澇泵站西側(cè)，洋涌橋大閘上游，處于茅洲河河灘地上，場(chǎng)地呈“彎月形”。燕羅濕地定位為水質(zhì)凈化型濕地，以改善茅洲河中上游干流截污箱涵末端水質(zhì)改善工程2#應(yīng)急處理設(shè)施部分出水水質(zhì)為主要目標(biāo)，同時(shí)兼顧生態(tài)保護(hù)和生態(tài)修復(fù)、生態(tài)景觀游憩休閑功能，出水最后排入茅洲河。濕地占地面積6.5公頃，其中垂直潛流人工濕地面積1.77公頃，表面流人工濕地0.49公頃，處理水量1.8萬方/天。
工藝流程：
四.太倉市港城組團(tuán)污水處理廠配套濕地凈水工程設(shè)計(jì)方案中的人工濕地技術(shù)的應(yīng)用
港城污水處理廠總規(guī)模為3萬噸/天，主要接納并處理石化工業(yè)區(qū)的工業(yè)廢水和瀏家港鎮(zhèn)區(qū)的生活污水，工業(yè)廢水占比80%以上，出水原直排入長(zhǎng)江。
污水處理廠出水COD平均濃度高達(dá)53.3mg/L，BOD平均濃度高達(dá)13.5mg/L，已超過DB32新標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，為了保障長(zhǎng)江水安全，出水將改為排放到內(nèi)河水體，為了達(dá)到受納水體（六里塘）的水功能區(qū)劃要求，需對(duì)目前污水處理廠尾水進(jìn)行深度處理，以達(dá)到地表IV類水標(biāo)準(zhǔn)。由于該污水處理廠進(jìn)水中80%為工業(yè)廢水，繼續(xù)采用傳統(tǒng)生物方法，很難去除剩余的有機(jī)物。若采用化學(xué)方法，則會(huì)提高污水處理廠的處理成本，同時(shí)產(chǎn)生的剩余污泥處理難度大，易造成二次污染，經(jīng)過各類工藝/技術(shù)比選，參考結(jié)合國(guó)內(nèi)成功案例，最終采用人工濕地技術(shù)方案進(jìn)行提標(biāo)改造。
人工濕地總占地11公頃，其中，復(fù)合垂直流人工濕地占地面積7.2公頃，表面流人工濕地占地面積2公頃，沉水植物塘占地面積1公頃。采用“復(fù)合垂直流人工濕地+表面流人工濕地+沉水植物塘”的組合處理工藝：以復(fù)合垂直流人工濕地作為主要處理工藝，直接接入污水廠尾水，發(fā)揮水質(zhì)凈化的主要作用；表面流人工濕地作為輔助二級(jí)凈化工藝，進(jìn)一步進(jìn)行反硝化脫氮，保障出水水質(zhì)；沉水植物塘強(qiáng)化水質(zhì)凈化效果，提高景觀效果，出水達(dá)到地表水體IV類標(biāo)準(zhǔn)(TN除外)，日處理量為3萬方/天。
工藝流程：
人工濕地的出水作為生態(tài)補(bǔ)水流入六里塘，增加內(nèi)河水動(dòng)力，對(duì)改善六里塘水質(zhì)，削減排入長(zhǎng)江污染負(fù)荷具有重要意義；同時(shí)，結(jié)合中心河和六里塘整體規(guī)劃與生態(tài)景觀建設(shè)，將有限的景觀用地轉(zhuǎn)化為貫穿場(chǎng)地的景觀游步道，串聯(lián)場(chǎng)地內(nèi)重要濕地展示節(jié)點(diǎn)，提供景觀休憩點(diǎn)，形成連續(xù)、有節(jié)奏的濕地景觀游覽系統(tǒng)，促進(jìn)人水和諧,為太倉市生態(tài)文明建設(shè)豐富內(nèi)容與亮點(diǎn)，為長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供樣板。
五.人工濕地技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)與前景展望
人工濕地是一個(gè)綜合的生態(tài)系統(tǒng)，基于生物作用，核心工藝流程無需耗能，比較適合于土地豐富和對(duì)生態(tài)環(huán)境及景觀要求比較高的區(qū)域。
隨著城鎮(zhèn)居民生活品質(zhì)的不斷提高，污水處理僅做到達(dá)標(biāo)排放已經(jīng)不能滿足生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的要求，建設(shè)人工濕地污水處理系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)污染物減排，還能美化環(huán)境，實(shí)現(xiàn)社會(huì)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益的有機(jī)統(tǒng)一，其在污水處理廠提標(biāo)和消除城市黑臭水體領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用發(fā)展前景。此外，發(fā)達(dá)國(guó)家已將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)為利用人工濕地處理特殊工業(yè)廢水，這也是人工濕地未來發(fā)展的一個(gè)新特點(diǎn)和新趨向。