城鎮(zhèn)地區(qū)污水處理的技術(shù)應(yīng)用

　　隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)面源、工業(yè)點(diǎn)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(jī)制。

　　《凈水技術(shù)》創(chuàng)刊24年來在傳播國(guó)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(cè)等方面提供了大量信息。內(nèi)容有理論有實(shí)踐，深受凈水工作者的歡迎。

　　面對(duì)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(shí)湖泊水體的富營(yíng)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(duì)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(huì)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(diǎn)，有針對(duì)性地構(gòu)建人工濕地植物系統(tǒng)，進(jìn)行合理的養(yǎng)護(hù)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(shí)現(xiàn)對(duì)污水的凈化。當(dāng)污水通過濕地系統(tǒng)時(shí)， 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(shí)，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(dòng)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(qiáng)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(wú)植物系統(tǒng)。植物的種類對(duì)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(duì)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(duì)有機(jī)污染和重金屬污染具有很強(qiáng)的凈化能力。人工濕地中多采用挺水植物。國(guó)際上公認(rèn)的濕地淡水水生植物優(yōu)勢(shì)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(qiáng)的輸氧能力，而茭白對(duì)氮、磷的吸收能力強(qiáng)，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(tuán)混植。如千屈菜、再力花、睡蓮組團(tuán)栽植;水蔥、千屈菜、美人蕉組團(tuán)等。混植構(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(qiáng)，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(duì)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(duì)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(zhǎng)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(duì)水體污染物有較強(qiáng)凈化能力的植物。

　　選用生長(zhǎng)良好的本地土著植物構(gòu)建人工濕地系統(tǒng)將提高對(duì)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(qiáng)適應(yīng)能力的植物，具有較強(qiáng)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(duì)植物生長(zhǎng)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(duì)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(jì)和建造中應(yīng)同時(shí)考慮景觀的觀賞價(jià)值和效果， 營(yíng)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(jià)值。發(fā)達(dá)國(guó)家的人工濕地污水處理系統(tǒng)在治污的同時(shí)引入園林設(shè)計(jì)的理念，將治污與營(yíng)造生態(tài)公園融為一體。

　　3.4 經(jīng)濟(jì)性原則

　　建造人工濕地時(shí)應(yīng)考慮一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，引入實(shí)現(xiàn)生態(tài)和經(jīng)濟(jì)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?bào)w用于堆肥以生產(chǎn)生物肥，回收的植物可以用作造紙?jiān)稀⒕幙棽牧稀⑸蟮娘暳匣蛉剂系取＾r(nóng)村污水治理中，應(yīng)考慮當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)村經(jīng)濟(jì)水平和農(nóng)民增收要求，選擇污水治理效果好、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的濕地植物，實(shí)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(duì)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(duì)光、水和營(yíng)養(yǎng)等資源的競(jìng)爭(zhēng);二是植物通過釋放化感物質(zhì)，影響周圍植物的生長(zhǎng)。

　　4 工程實(shí)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(zhǎng)，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(jì)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(yùn)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(jì)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(qiáng)化凈化功能，并兼具景觀功能。

　　4.3 設(shè)計(jì)規(guī)模

　　日處理規(guī)模為3000噸/日，總投資為700 萬(wàn)。

　　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(jìn)水水質(zhì)

　　采用五個(gè)生活污水點(diǎn)水樣進(jìn)行平均測(cè)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(jí)污水處理廠第二時(shí)段一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

　　4.7 總投資及運(yùn)行費(fèi)用

　　各系統(tǒng)投入低、能耗低、運(yùn)行費(fèi)用低、效率高，并且操作管理簡(jiǎn)便。一般基建投資少于常規(guī)處理投資20%，運(yùn)行費(fèi)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(yùn)行費(fèi)0.2 元/m3以下。從已建的示范工程項(xiàng)目測(cè)算，約0.16元/噸處理費(fèi)。

　　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(xiàng)l件，遵循適地適種、耐污能力強(qiáng)、凈化能力強(qiáng)、根系發(fā)達(dá)、經(jīng)濟(jì)和觀賞價(jià)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(duì)農(nóng)村生活污水的污染特征，方案選取了抗污染能力強(qiáng)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(jì)效益。

　　4.9 人工濕地植物系統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)管理

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

　　(1)促進(jìn)人工濕地運(yùn)行初期的植物的正常生長(zhǎng)。濕地植物在運(yùn)行初期的生長(zhǎng)狀況影響植物的后期生長(zhǎng)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(yùn)行初期植物成活率及生長(zhǎng)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(zhǎng)易對(duì)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(zhǎng)。

　　(3)定期收割濕地植物。如果不及時(shí)收割，大部分進(jìn)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(shí)收割有助于延續(xù)利用植被系統(tǒng)的凈化能力，延長(zhǎng)濕地系統(tǒng)的處理壽命。

　　(4)加強(qiáng)人工濕地植物雜草和病蟲害的防治。病蟲害的發(fā)生對(duì)植物的生長(zhǎng)和濕地的運(yùn)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?bào)w通過微生物的作用進(jìn)入床體，還會(huì)增加污水的有機(jī)負(fù)荷，降低出水水質(zhì)。對(duì)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(hù)利用益蟲等有益動(dòng)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(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，濕地植物種間競(jìng)爭(zhēng)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(zhǎng)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(hù)管理中要做到適合人工濕地的生態(tài)環(huán)境。

　　5.結(jié)束語(yǔ)

　　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(yùn)行費(fèi)用低、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、處理效果穩(wěn)定、出水水質(zhì)好，水生植物有一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值等諸多優(yōu)點(diǎn)，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(jìn)行看管和維護(hù)。如清理垃圾、雜草、修剪濕地植物管道和濕地植物。維護(hù)設(shè)備，設(shè)置清淤裝置，進(jìn)行人工濕地的監(jiān)測(cè)，以判斷處理人工濕地是否達(dá)標(biāo)。隨著時(shí)間的推移，在廣大科研工作者和一切社會(huì)力量的共同努力下，這項(xiàng)技術(shù)將日趨成熟，造福人類。

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