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人工湿地在城市污水处理工程中的应用
　　［摘要]人工湿地处理污水作为一种较新型的技术，以其低能耗、高效益的特性在城市中、小型处理污水中被逐步认可并推广。文章结合工程实例，阐述该工艺的工作原理、技术特点及在实际中的应用。
　　[关键词]人工湿地；植物；污水处理
　　［作者简介］马胜华,南宁市城市规划设计院工程师,研究方向：给排水专业设计，广西南宁，530012；刘存莉，广西工联工业工程咨询设计有限公司工程师，研究方向：给排水专业设计,广西　南宁，530003
　　[中图分类号]X703
　　[文献标识码]A
　　［文章编号］1007—7723(2007）08―0033—0003
　　一、前言
　　城市污水是目前我国江河、湖泊水域污染的重要原因，已越来越成为制约我国经济发展和社会可持续发展的因素，各种水污染事件已严重影响到人们的生产、生活(如太湖蓝藻事件等），加强城市污水处理已刻不容缓。目前，我国正处于城市污水处理事业的大发展时期.随着国家西部大开发战略的实施,中西部环境与生态保护已被提上首要议事日程。位于广西南宁市隆安县的“邕江水源地上游人工湿地处理污水示范工程”是南宁市创建国家级生态示范区的重点工程之一，该项目是人工湿地处理污水技术在南宁市的首次应用。
　　二、工作原理
　　人工湿地处理污水技术是一种生态工程方法，其基本原理是在一定的填料上种植特定的湿地植物，从而建立起一个类似沼泽湿地的生态系统;当污水通过系统时，利用土壤―植物―微生物之间的复合生态系统，通过物理、化学和生物等方面的协同作用对污水进行净化处理，其中的污染物质和营养物质被系统吸收或分解,使水质得到净化，并实现水与营养物质的生态循环。
　　人工湿地通过植物的光合作用及其根系的输氧作用、水自流负压吸氧等获取湿地床的除污需氧量。人工湿地通过发达的植物根系及填料表面生长的生物膜的作用、填料床体的截流作用及植物对营养物的吸收等作用，实现对污水的净化;同时由于存在根系周围的好氧区、缺氧区和厌氧区，依靠细菌的硝化和反硝化作用，可完成脱氮效果;通过植物的吸收、微生物的积累及湿地床的物理化学等几方面共同作用完成除磷效果；此外，还可依靠流动相在湿地系统流动过程中产生沉淀、过滤、络合、吸附等作用去除重金属。
　　三、设计实例：邕江水源地上游人工湿地处理污水示范工程
　　(一）项目概况
　　南宁市是广西壮族自治区首府，是一年一度的中国―东盟博览会举办城市。邕江是南宁市的唯一饮用水源，但邕江上游左、右江流域各县市的污水治理却相对滞后。随着经济的发展，直接排入江河的污水大量增加，致使邕江水质逐年下降,特别是在枯水季节，南宁市的水质安全受到严重影响，个别时段其水质已低于《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）V类标准。“邕江水源地上游人工湿地处理污水示范工程位于南宁市隆安县下游2公里处，滨临右江，是自治区环保局为保障首府南宁市饮用水安全而设的项目；按照规划，该项目的污水处理规模为2x104m3/d，占地99亩，其中一期工程1.2x104m3/d.
　　（二）污水处理工艺选择
　　1、生物处理可行性
　　根据隆安县环境保护监测站对县城生活总排污口的水质监测结果，待建污水厂的设计进水水质见表1。
　　城市污水能否采用生物处理工艺主要取决于生物处理过程中自身营养能否平衡，其相关指标分析如下：
　　(1）BOD5/COD:该指标是鉴定城市污水可生化性的最常用、最简单的方法,比值＞0.45可生化性较好，比值＜0.3较难生化，比值＜0.25不易生化。本项目BOD5/COD＝0。6，可采用生物处理方法.
　　(2）BOD5/TP：该指标是鉴别污水能否采用生物除磷的主要指标，一般认为该值应〉20，比值越大,生物除磷效果越好.本项目BOD5/TP＝50，可采用生物除磷工艺.
　　2、工艺选择
　　本项目采用人工湿地处理污水。近年来,根据国内外专家的论证与实际工程的运行情况，对比传统活性污泥法及目前中、小型城市污水处理厂较流行的氧化沟和SBR工艺，人工湿地处理污水的技术特点有:
　　(1)生态协同作用处理污水，抗冲击负荷强,出水水质非常好；
　　(2)使用设备少,操作、管理简单，无需大量专业人员管理；
　　（3）相对其他各种处理技术，其建造成本、运行费用都较低，无需人工充氧，无需污泥处理，节约能耗；
　　（4)配合选择植物品种,可建成公园、景观绿地,可美化城市环境；
　　（5)可通过植物利用,形成循环产业链获取一定的经济效益;
　　（6)人工湿地系统主要缺点是布置不够紧凑，占地面积大，只适用于中、小型污水厂.
　　3、工艺流程
　　本项目人工湿地工艺流程如下:
　　城区污水首先经过格栅、沉砂池拦截、沉淀污水中较大杂质后，进入水解酸化池（兼做调节池),在水解酸化池中细小的颗粒、部分的SS、BOD5、COD可以得到部分去除，水质经均化、水解酸化后由泵站提升，在满足流量、压力的要求下，通过配水管网分配进入主处理单元――人工湿地，污水经过两级人工湿地处理后，利用地形高差重力流进入氧化塘(兼做事故排放池）,出水达标后排入右江。由于本工艺不产生剩余污泥，主要是格栅产生的栅渣及沉砂池积砂，对于这部分杂质只需定期进行外运填埋处理。项目污水经过处理后的排放标准执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002)一级标准的B标准.见表2:
　　(三）设计湿地基本参数的确定
　　　根据国内外人工湿地系统运行经验，本项目采用潜流型人工湿地，其主要物点是:污水基本上在湿地床表面下流动，保湿效果、卫生条件好，污水处理能力较强。
　　1、湿地床表面积的确定
　　湿地床表面积计算公式：
　　As＝Q(lnS0―lnSe)/KTDn
　　式中：S0，Se―进水、出水BOD5，mg/L(本项目设计值分别为105mg/L，21mg/L）
　　As――湿地床表面积，m2
　　Q――平均设计流量,m3/d
　　KT――温度T℃时的速率常数，d-1
　　D――湿地床深度，m
　　n――床体填料的孔隙率
　　KT的确定
　　KT＝K20（1.1)T—20
　　K20＝K0(37.3n4172）
　　式中:K20，KT――温度20℃,T℃时的速率常数，d-1 　　K0――某一填料中植物根系充分发展后的速率常数，d—1
　　对于城市污水一般取KO＝1.839d—1
　　对于本项目生活污水，平均温度取20℃，床体填料的空隙率0。40～0.47，取n＝0.44，
　　则计算得：
　　KT＝1。839×37。3×0。444172×1。1(T—20）＝2.23
　　湿地床深度一般根据所栽种的植物种类及其根系的生长深度来确定，以保证湿地床中必要的好氧条件。本设计中取D＝1.2m,超高高度为0.3m.则
　　2、水力负荷
　　湿地平均的水力负荷为:
　　3、水力停留时间
　　下式是基于BOD去除率参数计算：
　　水力停留时间的理论值为0.77d，即1848h，取19h。
　　(四）植物的选择
　　植物在人工湿地中起着非常重要的作用，人工湿地植物的选择直接关系到污水的处理效果。其主要作用可归纳为以下三个方面：
　　(1）直接吸收利用污水中可利用态的营养物质，吸附和富集重金属和一些有毒有害物质;
　　（2）为根区好氧微生物输送氧气，在根系周围形成好氧/缺氧，厌氧区;
　　（3）增强和维持介质的水力传输。
　　因此，筛选出适种的、优良的植物种类,是构建人工湿地的关键之一.选择人工湿地的植物时考虑的因素主要有：适合本地，来源广泛；耐污染能力、净化能力、抗虫害能力强；根系发达,成活率高,生长周期较长；具有经济、观赏价值；合理搭配，易管理。
　　隆安县位于北回归线以南，属南亚热带季风气候,湿润多雨,日照充足,年平均气温21。6℃，年平均降雨量1301mm，年平均日照时数为1528.4h，年平均相对湿度80%。根据项目的环境条件及相关因素所选湿地植物主要有:芦苇、风车草、灯心草、美人蕉、香根草、象草、黑麦草、皇竹草.同时，按一定比例在空间分布和时间分布方面进行合理布局，以使整个湿地生态系统高效运转,最终形成稳定可持续利用的生态系统。
　　（五）人工湿地系统的处理效果
　　人工湿地系统的出水水质较好，完全能达标排放.本工程在设计过程中对国内已建成的一些人工湿地系统项目进行了实地调查，其中较早建成运行的“深圳洪湖公园人工湿地污水处理系统”最具代表性.该项目由深圳市环境科学研究所设计，于1999年9月建成运行，日处理能力为5000T，其目的是抽取污染严重的布吉河水,经人工湿地系统处理净化后补充入洪湖，同时对洪湖周边进行截污，从而达到改善洪湖水质、美化公园环境的目的。经调查其出水水质优于景观用水标准，其处理效果见表3：
　　（六）人工湿地系统的不足与应对
　　人工湿地系统的主要缺点是占地面积大，并由此存在着污水渗入地下水，造成二次污染的隐患.针对上述情况，本工程在设计中对湿地床采用了严格的防渗漏措施：(1)在整个湿地床底下铺设一定厚度的防水黏土层(经实际检验其封水效果较明显）；(2）在各湿地处理池内壁设防水层，其是主要的防渗措施必须保证施工质量。
　　人工湿地系统的实际运行中还存在着初期处理效果不佳、稳定周期长的特点（一般在半年左右).出现这种情况的主要原因是湿地植物的适应期较长、初期死亡率较高。本设计的植物选种试验由广西大学的相关部门负责。在初次试验中不同植物都出现了较大面积的死亡，后期相关人员在植物的培养过程中给予逐步的耐污性试验，尤其在选种后成活率明显提高。
　　四、结语
　　人工湿地污水处理系统是一个综合的生态系统，经国外的研究证明，湿地对BOD、COD的去除率可达80％～90%。虽然存在一些缺点，但同时具有建造和运行费用便宜、技术要求不高、易于维护等多项优点。广西是欠发达地区，大量中、小城镇在处理污水方面都受到经费、技术等方面的严重制约，污水处理率极低，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，非常适用于在广西中、小城市的污水处理中推广应用。