人工湿地在水源涵养地污水处理厂中的应用

摘 要：人工湿地在蓄洪防旱、调节气候、降污等方面有着重要作用。文章着重阐述了人工湿地的特点及对污水去除的原理，并结合人工湿地在水源涵养地污水处理中的应用要点进行了详细探讨与研究。从中表明：人工湿地基本能够实现将污水厂出水处理达到回用水标准的目标，能有效地保障水源安全。但在冬季时处理效率比较低，对于相关植物的选择和关键措施方面还需要进一步研究。

关键词：人工湿地水源地保护去除率

中图分类号：S342.2 文献标识码：A 文章编号：

人工湿地是模拟自然湿地的人工生态系统，类似自然沼泽地，但由人工建造和监督控制，是一种人为地将石、砂、土壤、煤渣等一种或几种介质按一定比例构成基质，并有选择性地植入植物的污水处理生态系统。它是一种集物理、化学、生化反应于一体的废水处理技术；是一个独特的土壤、植物、微生物综合生态系统。人工湿地是地球上水陆相互作用形成的独特的生态系统，它具有重要的生态功能，即在蓄洪防旱、调节气候、降解环境污染等方面起着重要的作用。本文就人工湿地在水源涵养地污水处理中的设计要点及应用进行了论述。

1人工湿地的特点

人工湿地污水处理技术具有处理效果好，出水水质稳定，氮磷去除率高，运转管理维护方便，工程基建和运转费用低，对负荷变化适应能力强，适于处理间歇排放的污水等特点。其技术具有投资费用低，运行成本低；处理过程能耗低；处理效果稳定可靠；处理系统的组合具有多样性和针对性等优点；同时也存在一些缺点，如受气候条件限制较大；占地面积相对较大；对恶劣气候条件抵御能力弱；净化能力受作物生长成熟程度的影响大等。

2 人工湿地用于污水处理的基本原理

人工湿地污水处理是物理、化学和生物处理相结合的过程。其物理处理过程主要是过滤和吸附，化学处理过程主要是氧化分解，生物处理过程主要是吸收污染物主要为氮、磷、悬浮物、有机物等。其处理原理如图1所示。

图1 人工湿地基本原理图

3 人工湿地在水源涵养地污水处理中的应用

3.1 项目概况

派潭镇高滩污水处理厂位于派潭镇东洞村，高滩风景区东南侧。其中二级生化处理部分总用地面积为15亩；人工湿地总占地面积约30亩，其中包括一期工程人工湿地用地面积为10亩。本工程一期工程中：厂前区、预处理系统土建按总规模10000m3/d设计建设，生化处理系统及污泥处理系统主要构筑物按二期工程5000m3/d设计建设，二级生化处理设备和深度处理按一期工程3000m3/d规模设计。人工湿地一期工的有效利用面积为6667m2，水力负荷为0.45m3/m2d。

3.2污水厂进出水质设计

（1）进水水质

污水经二级生化处理后达到到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级标准的A类标准和广东省地方标准《水污染物排放限值》（DB44/26-2001）中的第二类污染物第二时段一级标准后进入人工湿地。具体进水水质指标见下表1。

表1 人工湿地进水水质

（2）出水水质情况

按照招标文件要求，本项目人工湿地出水水质要求如表2。

表2 人工湿地出水水质

数据来源为2012年5月15日广州市环境监测中心站出具的清洁生产竣工验收监测报告。

L代表未检出。

3.3人工湿地系统设计

（1）设计方案构思

根据人工湿地对污水处理的性能、工艺特点要求，将其划分为大小不同的池块，形成首、远期人工湿地的大致轮廓平面的统一。采用表面流与潜流进行工艺组合，同时考虑水质净化和景观美化的需要，在不同的单元块内栽种不同的浮叶植物、挺水植物、浮水植物和湿生植物，在局部可以采取不同植物相互搭配。根据各单元块所种植的植物品种对生长环境的需要，将各个单元块设置成水塘或碎石床。并在人工湿地中央适当安置小品，小品设计力求在造型、颜色做法上有新意，使之与厂房相适应。

（2）处理工艺选择

根据出水水质要求（地表水Ⅲ类标准），本项目采用以表面流床体与潜流式床体相组合的复合式强化人工湿地处理系统，对二级生化处理出水进行强化处理，进一步综合去除水中各种污染物质。

3.4工艺流程

本项目人工湿地系统（一期）主要分为四个分区：

污水进入人工湿地后，循着：“表面流湿地——一级潜流湿地——二级潜流湿地———景观强化塘”的工艺顺序逐次达到净化。

各单元根据不同的处理要求，种植不同水生或湿生植物。污水进入人工湿地后，经过各单元植物、生物等的综合作用，进一步消解污水中所含的有机污染物和氮、磷等营养物质，最终达标排放。

3.5 单元设计

（1）表面流湿地

主要功能：利用湿地植物的生长发育、悬浮物的沉积、湿地植物茎干表面微生物膜的形成以及土壤中的微生物吸附和分解作用，达到吸收去除污水中的碳、氮、磷等污染物及降低有机污染。

布水方式：进水由穿孔管布水，并设置渗水管，穿孔墙进入一级潜流湿地。

主要植物配置：香蒲、芦苇、菰、藨草、荷花等。

（2）潜流湿地

主要功能：利用潜流湿地碎石床内水生植物的生长发育对水体中的冗余养分进行吸收和富积，利用碎石床内的碎石对悬浮物进行过滤和拦截，通过膜反应在床内的碎石表面形成生物膜，通过以上物理、化学和生物的作用，而达到去除污水中碳、氮、磷等富营养物及降低水体BOD5、COD及SS。

布水方式：进水由穿孔管布水，底部设置导流管。

主要植物配置：菖蒲、再力花、美人蕉、水葱、慈姑、风车草等。

（3）景观强化塘

主要功能：景观强化塘作为景点设计。同时，根据出水特点，在景观水塘中配置一些沉水植物，利用沉水植物对水体净化所具备的强大功能，来达到强化出水水质，提高污水净化处理效果的目的。

主要植物配置：荷花、睡莲、凤眼莲、沉水植物沮草、眼子菜等。

3.6 景观设计

经过对本项目进行系统分析，在景观设计中遵循如下设计思想：

（1）尊重功能、结合规则。在尊重人工湿地水体净化处理的功能前提下，在原有规则化种植分配方式下，适度增加部分植物品种。

（2）植物选配。在保证工艺设计的基础上，局部植物采用仿自然种植，淡化人工痕迹，弱化单一植物群落景观。湿地内以草本为主，周边可种植乔木、灌木或竹子，形成绿色屏障，隔离周边不协调的环境。

（3）园景的构建。湿地各单元间堤埂通道上点缀拱桥、汀步等、作为导向、稳流设施，略加艺术处理、或建筑雕塑小品，构成湿地景观。

3.7 结构设计

（1）人工湿地外堤埂（挡水墙）

湿地周边外挡水墙呈不规则多边形，其外型变化根据场地布置，挡水墙为浅基础砖石砌体，内外抹防水砂浆，挡墙顶部及返边贴块料面层装饰；或以PE膜加自然土1：1放坡夯实构筑挡水墙，四周采取低标号素混凝土护坡（或块石砌筑）。

（2）人工湿地内堤埂（内隔墙）

中间墙体既作为人工湿地各功能池的分割堤埂，也作为巡视、检查、管理用工作通道，同时，也应具备湿地观光通道的功能作用。堤埂除局部岛状布置、短埂引导污水流向，平面尺寸略有变化外，墙体顶面在900～1100mm之间。堤埂采用浅基础砖石砌体，顶面基层60mm厚C15素混凝土垫层，30mm厚MU10.0水泥砂浆嵌镶20～30mm厚文化石，埂段局部贴砌花岗岩碎板面层。在局部亦可以使用大径鹅卵石堆砌，同时起到分隔、布水及美化的作用。

（3）人工湿地池底（基础）

本项目人工湿地基底为自然土组成，为避免松软填土层大量渗漏而引发湿地水量的过量损失，设计拟采用“开挖（清底）—碾压平整—敷设防渗膜—填土夯实—虚铺耕植土”的处理措施。

碎石床内填600～1000mm厚的碎石（碎石规格级配根据不同植物和设置位置确定），碎石床内选栽湿生植物（如美人蕉、文殊兰、姜花、菖蒲等）。潜流碎石床碎石面高出水面100mm左右，以避免青苔等的生长而影响环境卫生。

出水景观塘基础上铺设耕植土厚度约200～300mm，形成挺水植物（或浮叶植物）的种植层。

4 结束语

人工湿地作为一种低能耗、高效益、低技术的污水处理新技术。其技术对污水处理的效果明显，操作简单，节能环保，所以得到了广泛地应用。通过本工程的实施，应用湿地的水处理功能，可明显改善和提高水厂原水水质，为饮用水源安全提供了保障。为防止植物生长过度，对水质的影响，需要定期对植物进行收割整理，防止植物腐败对水质的影响，同时，防止腐败残渣堵塞碎石床。但是仍旧存在缺陷，那就是在水温比较低，特别是在冬季时处理效率比较低，对于相关植物的选择和关键措施方面还需要进一步研究调整。

参考文献

[1]汪俊三.人工湿地污水处理技术[M].广州，华南环境科学研究所，2007.

[2]耿琦鹏.人工湿地净化污水机理研究进展[J].南水北调与水利科技，2006.

[3]邓辅唐，等.湿地植物及其工程应用.云南，云南科技出版社出版发行，2007.