人工湿地系统在二级污水处理厂尾水深度处理中的应用

摘要:污水处理厂要达到一级A的排放标准,一般都需要增加深度处理环节,这加大了污水处理成本,成为污水处理厂升级改造的难点。山东平阴污水处理厂将沿黄洼地改造为人工湿地对该厂二级处理的尾水进行深度处理,取得了较好的治理效果。文章以此工程为实例,以期为污水处理厂的深度处理提供参考和借鉴。

关键词:人工湿地系统;尾水深度处理;污水处理;工程设计;处理效果;综合效益

中图分类号:X799文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)21-0121-02

随着各级政府加大对环保基础设施的投资,我国污水处理厂的建设有了很大的发展。截至2008年12月,城镇污水处理设施已经达到了1521座。目前大部分污水处理厂执行的是《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的二级或一级B的排放标准,要达到一级A的排放标准,一般都需要增加深度处理工艺,这将大大增加污水处理成本。人工湿地污水处理技术是一种天然净化与人工处理相结合的复合工艺,具有投资少、操作简单、维护和运行费用低等优点。它不但能够直接处理污水,还可以对污水处理厂处理后的污水进行深度处理,而且能够根据污水情况采取合适的规模与设计与之相适应,因此该技术的应用为解决上述问题提供了新选择。

山东平阴污水处理厂因地制宜,将沿黄500亩洼地改造为人工湿地,进而对该厂二级处理后的尾水进行深度处理。经过两年的探索与运行,监测数据显示污染物去除效果明显,并取得了较好的经济效益和生态效益

一、基本情况

平阴位于鲁中泰山西脉,属于暖温带季风型湿润气候区。平阴污水处理厂位于城区西部,距离黄河约3公里,该厂采用倒伞表面曝气氧化沟工艺,设计规模为4.0万m3/d。人工湿地工程位于污水处理厂西侧,项目地原为面积500亩的洼地,分布许多鱼池、芦苇地。2006年被征用为污水处理厂的深度处理配套设施,经投资改造为人工湿地,并于当年10月投入使用。

二、项目工程内容

(一)湿地工程总设计

湿地设计处理规模与污水处理厂配套,为4.0万m3/d;设计进水水质情况为:COD,50～80mg/L;BOD5,20～40mg/L;SS,20～40mg/L;TP,0.5～2mg/L;NH3-N,2～5mg/L,出水达到一级A标准。考虑到湿地所处的外部因素,在满足工艺流程顺畅、布置规整的前提下,采用S型环流和回流,增加水体流程,延长水体滞留时间。将整个湿地按功能分为相对独立的4个区,区内形成深浅、宽窄、融氧、生物种群不一的水域,利于污染物在不同状态下充分降解。

(二)单体工程结构设计

1.围堰和土方工程。结合地形,对湿地进行围堰保护,隔断与外界相互交叉的水流,有效防止周边干扰。采用S型环流和回流,增加水体流程,使水体在人工湿地低速环形流动,有利于污染物的沉淀和排除吸收。经过改造治理,水体流程总长度达到3200米,单水体滞留时间17～20天,净水面积375亩。结合湿地净化水质应具有的特征,制造出不同的功能区:水深1.5米以下的区域保留为厌氧区;陆地部分开挖至0.5米深作为好氧区;两者之间的过渡区则控制深度在0.5～1.5米之间,作为兼性区,三种功能区交替分布,各自发挥不同的净化作用。

2.动植物工程。湿地Ⅰ区、Ⅱ区种植莲、芦苇和蒲草等挺水植物;中部Ⅲ区湿地种植浮萍、芡实、菱角作为浮水植物先锋物种,眼子菜、金鱼藻、枯草作为沉水植物先锋物种,同时进行鱼藕混养;达到渔业标准的水流入北部Ⅳ区进行养鱼观测试验。在沟堤两旁栽种柳树等园林植物和枸杞、泥胡菜、野葱等亲水植物。项目区内自然生长的水生、半水生植物据统计已有40余种;已存在大量浮游动物、蛙、鱼类;同时栖息白鹭、野鸭等十几种鸟类,已形成一个完整的食物链。经过稀释、吸收和絮凝、微生物代谢、螯合及沉淀、浮游生物、水生维管束等作用,对污染物进行有效去除。

3.水质监测系统。在湿地内设置水质监测点12个,并在出口设置水质自动监测设备,对各个区的水质进行实时监测。通过对数据进行分析,评估各个区内动植物对水的处理净化效果,以利于调整动植物的布置,积累湿地净化经验。

三、运行结果及效益分析

(一)运行结果分析

该人工湿地于2006年10月正式投入运行。现将2007年1月至2009年3月各污染物入水和出水的季平均结果进行对比分析,数据如表1所示。

从表中数据可以得出:该人工湿地技术,对于指标污染物均具有很好的去除效果。出水水质除2007年一季度试运行期间不稳定外,其余时间均达到一级A的排放标准。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%;其中对BOD5的去除效果最佳,对NH3-N和TP的去除效果相对较差。COD与BOD5的去除效率显示出一定的差异性,应于该水厂的进水中工业废水的比例较高有一定的关系。季节性变化对该人工湿地污水处理系统影响明显。不同季节间人工湿地处理效率的差别主要体现在对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,其余各指标受温度季节性变化影响相对较小。

(二)效益分析

平阴沿黄,是南水北调东线工程的重要通道。人工湿地升级改造工程的实施,使污水厂达到了一级A的排放标准,大大减轻了对黄河的污染,保证了输水沿线水质安全。从建设成本来看,该湿地建设投资600万元,远远低于传统深度处理技术的建设投资成本;从运行成本来看,该工程吨水处理成本仅为0.02元,加上水产品的收益,年节约深度处理运行费400余万元,经济性显著。

四、结语

1.山东平阴人工湿地系统的建设和运行,表明人工湿地应用于污水处理厂深度处理是可行的。各污染物的去除效果明显,处理后水质稳定达标;而且大大节约了基建和运行成本,环境、经济效益显著。

2.项目出水水质达到了《城市污水再生利用景观环境用水水质》(GB/T18921-2002)中的景观环境用水水质标准,加之进水水质污染程度不高,如将人工湿地与城市景观工程有机衔接,或进行中水回用,将产生更大的社会效益。

3.季节性变化对中纬度的人工湿地系统影响明显。在冬季虽然采取了隔离覆盖等保温措施,但去除效果相对较差。如何进一步提高冬季的处理效果值得探讨。

4.物种的引进,应以土著生物为主,防止生物入侵造成不可控的危害。水质监测系统的建立有利于全面掌握湿地水质的变化规律,对湿地的有效运行提供技术支撑。

5.人工湿地作为一种处理污水的新技术还有待于进一步改良。需要探讨不同地区的运行特点和规律,进一步总结湿地的运行和管理经验,以便在将来的建设中提供更合理的参考。

参考文献

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作者简介:孙久振(1978-),男,山东平阴人,山东省平阴县环境保护局助理工程师,研究方向:环境工程与环境监测。