【導(dǎo)讀】呼和浩特托克托縣。人工濕地水質(zhì)凈化工程項(xiàng)目。哈爾濱辰能工大環(huán)保科技股份有限公司。北京林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院

　　

【正文】 便于管理，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和人工費(fèi)用。 （ 4） 能帶來一定的生態(tài)環(huán)境效益。 （ 4） 能帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益 和社會(huì)效益 。 工藝比選 根據(jù) 托克托縣 人工濕地水質(zhì)凈化工程 的水質(zhì)特點(diǎn)，要達(dá)到處 理后的出水水質(zhì)要求，必須選擇合理、經(jīng)濟(jì)、可行、可靠 的 污水綜合處理方案。 目前， 可供選擇的 污水處理工藝 主要有 活性污泥工藝、生物膜工藝和生態(tài)處理工藝 。它們又分別衍生出多種適合不同污水水質(zhì)特點(diǎn)的污水處理工藝，例如， 普通活性污泥法衍生出 AB 工藝、氧化溝系列工藝、 SBR 系列工藝、 A2/O 工藝等； 生物膜法 包括 普 22 通生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化、 曝氣 生物濾池等 ； 生態(tài)處理 方法包括 氧化塘處理系統(tǒng)（厭氧穩(wěn)定塘、好氧穩(wěn)定塘、兼性穩(wěn)定塘） 、 土地處理系統(tǒng)（土地慢速滲濾處理系統(tǒng)、土地快速滲濾處理系統(tǒng) ）和人工濕地處理系統(tǒng) 等。 我國已建和 在建的許多污水治理工程中， 大多采用 活性污泥工藝 和 生物膜工藝，這兩大類污水處理 方法 比較適合于處理污染 物 濃度較高的污水，其核心是利用機(jī)械設(shè)備、通過大量的電能消耗、人工強(qiáng)化微生物的凈化能力，以能量的高消耗換取污染物質(zhì)的去除， 它們的顯著 特點(diǎn) 是占地面積小、處理效率高、建設(shè)成本高、運(yùn)行能耗大、運(yùn)行費(fèi)用高、運(yùn)行管理技術(shù)要求高 。 污水 生態(tài)處理技術(shù)是運(yùn)用系統(tǒng)科學(xué)、生態(tài)學(xué)、生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)的原理，應(yīng)用工程學(xué)的方法，綜合形成的污水處理新技術(shù)。 污水生態(tài)處理技術(shù)的 核心是以太陽能、風(fēng)能為初始能源，通過穩(wěn)定塘、 人工 濕地系統(tǒng)中微生物、動(dòng)植物 的協(xié)同 作用 ，將進(jìn)入 污水 處理系統(tǒng)中的 有機(jī)污染物 、氮磷營養(yǎng)物等 進(jìn)行降解和轉(zhuǎn)化，最后不僅能從污水中去除污染物質(zhì)，而且以產(chǎn)出動(dòng)植物的形成進(jìn)行資源回收，使污水處理與利用有機(jī)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)污水 處理過程的 資源化。該技術(shù)尤其適合于處理污染濃度 較 低的污水，而且處理效果好、處理成本低，并能產(chǎn)生顯著的生態(tài)環(huán)境效益。 污水 生態(tài)處理技術(shù)相比 于 活性污泥法 和 生物膜法 ， 具有以下優(yōu)點(diǎn)：處理效果好 (特別是脫氮除磷效果好 )、投資少、能耗低、運(yùn)行費(fèi)用低、處理成本低、有直接經(jīng)濟(jì)效益、能改善周圍的生態(tài)環(huán)境 ； 其缺點(diǎn)是占地面積大 、處理效果受季節(jié)影響大 。 在污水生態(tài) 處理技術(shù)中，人工濕地應(yīng)用的最為廣泛， 下面將對(duì)人工濕地進(jìn)行詳細(xì)介紹。 人工濕地的概念 濕地是陸地與水體之間的 過渡 地帶，是一種高功能的生態(tài)系統(tǒng)，具有獨(dú)特的生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能。人工濕地（ Constructed wetland）是一種由人工建造和控制的，與沼澤地類似的地面，是在 20 世紀(jì) 70 年代發(fā)展起來的新型廢水處理工藝。它根據(jù)自然濕地生態(tài)系統(tǒng)中物理、化學(xué)、生化反應(yīng)的協(xié)同作用來處理廢水，一般由人工基質(zhì)（ 如 碎石）和生長在其上的水生植物（如蘆葦、香蒲等）組成，是一個(gè)獨(dú)特的土壤－植物－微生物生態(tài)系統(tǒng)。 人工 濕地的構(gòu)造 人工濕地 主要 由五部分組成（見圖 51）： 23 圖 51 人工濕地的構(gòu)造 （ 1） 各種透水性的基質(zhì)，如土壤、砂、礫石； （ 2） 適于在飽和水和厭氧基質(zhì)中生長的植物，如蘆葦 、香蒲 等； （ 3） 水體（在基質(zhì)表面下或上流動(dòng)的水）； （ 4） 好氧或厭氧微生物種群； （ 5） 無脊椎或脊椎動(dòng)物。 人工濕地的類型 人工濕地可以促進(jìn)廢水中植物營養(yǎng)素的循環(huán)，使廢水中所含的有用物質(zhì)以作物形式再利用，能綠化土地，改善區(qū)域氣候，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)。根據(jù)污水的水流方式，人工濕地可分為四種類型：地表流濕地、潛流濕地、垂直流濕地和潮汐濕地。 在污水處理實(shí) 際工程中，經(jīng)常采用表流人工濕地和潛流人工濕地的組合形式。 人工濕地處理系統(tǒng)中植物 、 填料和微生物的功能 （ 1）植物的功能 植物是濕地中必不可少的一部分。它通過自身的生長及協(xié)助濕地內(nèi)的物理、化學(xué)、生物等作用 來 去除濕地中的營養(yǎng)物質(zhì)。植物還可以延長水在濕地內(nèi)的停留時(shí)間、沉淀懸浮顆粒、為微生物的生 長 提供可依附的表面，同時(shí)還有輸送氧氣到根區(qū)、提高水在土壤中的傳導(dǎo)等作用。 不同的生長環(huán)境，適宜的濕地植物是不同的。但所選擇的濕地植物通常應(yīng)具有下列特性： ① 能忍受較大變化范圍內(nèi)的水位、 含鹽量、溫度和 pH 值； ② 在本地適應(yīng)性好的植物，最好是本地的原有植物； 24 ③ 被證實(shí)對(duì)污染物有較好的去除效果； ④ 有廣泛用途或經(jīng)濟(jì)價(jià)值高。 （ 2）填料的功能 濕地中的基質(zhì)為植物根系提供物理支撐的基礎(chǔ)。為污水中各種復(fù)雜的污染 物提供一個(gè)反應(yīng)的界面和區(qū)域；為水體中生長的各種微生物提供一個(gè)生長繁殖的環(huán)境。因此，填料的選擇對(duì)于人工濕地污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行效果 具 有重要意義。填料是濕地的基質(zhì)與載體，其去污過程來自離子交換、專性與非專性吸附 、螯合作用及沉降反應(yīng)等。填料的所有理化性狀都可能影響到它對(duì)污水的處理效果。在床體內(nèi)部填充多孔的、有較大比表面積的填料 (介質(zhì) )，可改善濕地的水力學(xué)性能，為微生物提供更大的附著面積，增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)污染物 (尤其是氮、磷 )的去除能力。 目前應(yīng)用較多的有土壤填料、卵石填料、塑料填料、爐渣填料、陶瓷填料、活性炭填料、自然巖石與礦物材料等。每種填料性能各有優(yōu)缺點(diǎn) ， 應(yīng)根據(jù)具體原污水的水質(zhì)和經(jīng)濟(jì)分析結(jié)論進(jìn)行選擇 ， 以充分發(fā)揮填料的作用 ， 但所選填料都應(yīng)滿足： ① 質(zhì)輕 ， 松散容量小 ， 有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。 ② 比表面積大 ， 孔隙率高 ， 屬多孔惰性載體。 ③ 不含有害于人體健康和妨礙工業(yè)生產(chǎn)的有害物質(zhì) ， 化學(xué)穩(wěn)定性良好。 ④ 水頭損失小 ， 形狀系數(shù)好 ， 吸附能力強(qiáng)。 ⑤ 濾速高 ， 工作周期長 ， 產(chǎn)水量大 ， 水質(zhì)好。 為了綜合發(fā)揮各填料優(yōu)勢(shì) ， 濕地床應(yīng)由多種填料組成 ， 填料級(jí)配十分重要 ，以有效去除各種污染物質(zhì) ， 同時(shí)有效避免堵塞 ， 提高運(yùn)行周期。 （ 3）微生物功能 自然界中碳、氮、磷等元素的循環(huán)離不開微生物的活動(dòng)。人工濕地處理污水時(shí)，有機(jī)物的降解和轉(zhuǎn)化也主要是由植物根區(qū)微生物活動(dòng)來完成的。人工濕地中的微生物是極其豐富的，這為人工濕地污水處理系統(tǒng)提供了足夠的分解者。 國外人工濕地技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀 自西德 1974 年首次建造人工濕地以來，各種不同的濕地在世界各地已被 大量 用來處理不同的廢水。 1996 年 9 月在奧地利維也納召開的第四次國際研討會(huì)，標(biāo)志著人工濕地作為一種獨(dú)具特色的新型廢水處理技術(shù)已經(jīng)正式進(jìn)入水污染控 25 制領(lǐng)域。 自由表面流濕地在歐洲發(fā)展緩慢。瑞典 1994 年在 Wittgren 建一座處理6500PE，占地 22hm2的自由表面流濕 地。在北美約 200 座濕地處理系統(tǒng)有 2/3 是自由表面流濕地，其中一半又是自然濕地。自然濕地的大小從 1～ 1000hm2，其中一半在 10～ 100hm2。人工自然表面流濕地通常較小， 60％小于 10hm2。自然濕地水力負(fù)荷小于人工濕地。系統(tǒng)水深范圍 5～ 90cm， 30～ 40cm 較普及。最常用的預(yù)處理是兼性或好氧塘， 研究 表明許多濕地系統(tǒng) 都是 用于現(xiàn)行塘系統(tǒng)的精處理。地下潛流系統(tǒng)在歐洲應(yīng)用較多，有幾百座 已建成運(yùn)行 。 在丹麥 、 德國 、 英國等國家都至少有 200 個(gè)系統(tǒng)在運(yùn)行。此技術(shù)還在快速發(fā)展 中 ，特別是在一些東歐國家。絕大多數(shù)系統(tǒng)種植 有蘆葦，也有種植其它濕地植物的。 在德國大多數(shù) 人工濕地 系統(tǒng)介質(zhì)是土壤，人們認(rèn)為根的生長和蘆葦根區(qū)會(huì)增加和穩(wěn)定導(dǎo)水性，但幾乎所有土壤系統(tǒng)都遇到表面斷流問題。為保證潛流，英國和北美絕大多數(shù)采用礫石床。雖有些礫石床也堵塞，但主要是由于預(yù)處理不足。 美國 國家環(huán)保局 目前正在開發(fā)北美人工濕地?cái)?shù)據(jù)庫，地方數(shù)據(jù)庫在其它國家已存在，為減少重復(fù)勞動(dòng)和改良經(jīng)驗(yàn)濕地設(shè)計(jì)方法，所有這些濕地都應(yīng)通過公共數(shù)據(jù)庫使世界各地的工程師和科技人員能夠獲得。 國內(nèi)人工濕地技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀 （ 1）深圳白泥坑人工濕地處理系統(tǒng) 我國自 “ 七五 ” 開始對(duì)人工濕地的研究，已建成一些示范工程，并于 1990年 7 月在深圳建起我國第一個(gè)人工濕地污水處理工程 ― 白泥坑人工濕地處理系統(tǒng)。白泥坑人工濕地污水處理系統(tǒng)位于深圳市寶安縣百泥坑村南 500m 處。水系沿山角流向海灣屬海洋性氣候。占地面積 189 畝，日處理量 3100m3/d 廢水。其處理流程見圖 52。 人工濕地及氧化塘系統(tǒng)各單元的設(shè)計(jì)參數(shù)見表 51。 26 圖 52 深圳白泥坑人工濕地處 理工藝流程 表 51 深圳白泥坑人工濕地系統(tǒng)各單元 項(xiàng)目 單元數(shù) 長 （ m） 寬 （ m） 碎石粒徑（ mm） 碎石層厚（ cm） 池底坡度 （ %） 水 力 負(fù)荷（ m3/） 第一級(jí) 3 42 11～ 10～ 50 40～ 100 1, 第二級(jí) 2 47 10～ 30 50～ 120 , 第三級(jí) 3 30 19 5～ 10 150（水深） 0, （停留一天） 第四級(jí) 3 31 19 60～ 100 , 實(shí)踐表明 ， 該處理系統(tǒng) 出水 水質(zhì) 較好 ， 除氨氮指標(biāo) 略差外， 其余指標(biāo)均能達(dá)到國家規(guī)定的二級(jí)處理排放標(biāo)準(zhǔn)。該工程無動(dòng)力消耗，管 理較方便，除每月作一次水質(zhì)監(jiān)測(cè)外，平時(shí)無需其它管理。 該工程的 運(yùn)行費(fèi)用 僅 為 元 /m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于 傳統(tǒng)活性污泥法的 運(yùn)行成本 。深圳白泥坑人工濕地處理系統(tǒng)與其它污水處理廠的比較見表 52。 表 52 深圳人工濕地系統(tǒng)與其它污水處理 廠的比較 工程名稱 總投資 （萬元） 單位污水投資額（元 /m3） 年運(yùn)行費(fèi)用 （萬元） 噸水處理成本 （元 /m3） 單位污水用地 （ m2/m3） 深圳某廠 3300 660 100 蛇口某廠 833 100 珠海某廠 1500 574 100 海南某廠 547 138 白泥坑 429 1380 約 從表 52可以看出，人工濕地的 單位污水投資額雖然要高于其他的處理單元 ， 27 但其 年運(yùn)行費(fèi)用 和噸水處理成本卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于 其它 處理 方法。 （ 2）山東膠南市污水處理廠 膠南市污水處理廠處理規(guī)模為 6104m3/d，進(jìn)廠原水為 工業(yè)廢水與生活污水的混合污水 ， 其中 工業(yè)廢水主要來源于造紙、化工、印染、紡織、食品加工、釀造、橡膠、熱電等企業(yè)。在建造 該 污水處理廠前對(duì)各種處理流程進(jìn)行 了經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，見表 53。 表 53 幾 種污水處理工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較 工程名稱 特點(diǎn) 工程投資（億元） 運(yùn)行費(fèi)用（萬元 /年） 處理成本（元 /m3） 耗電量（ kwh） /m3 占地面積（ hm2） AB 法 可有效除去有機(jī)物，對(duì) N、 P去除率高。 876 14 氧化溝法 可有效除去有機(jī)物，對(duì) N、 P去除率高。 700 22 傳統(tǒng)活性 污泥法 可有效除去有機(jī)物，對(duì) N、 P去除率高。 788 14 蘆葦濕地法 可有效除去有機(jī)物，對(duì) N、 P去除效果較好，占地面積大。 164 80 由表 53 可以看出，蘆葦濕地處理工藝具有投資省、運(yùn)行費(fèi)用低和便于管理等特點(diǎn) ， 而膠南市風(fēng)河下游北岸的大片鹽堿荒灘恰好可滿足該工藝占地面積大這一要求 ， 因此蘆葦濕地處理工藝成為最終選擇。 該工程占地面積為 hm2，全部為鹽堿荒灘。 該工程運(yùn)行結(jié)果表明，人工濕地系統(tǒng)具有較好的處理效果，各項(xiàng)出水指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)。此外，濕地內(nèi)鷗鷺、燕鵲棲息葦田，行人游客駐足觀光，其生態(tài)效益可見一斑。 （ 3）內(nèi)蒙赤峰市寧城污水處理廠 寧 城污水處理廠是赤峰市建委及寧城縣建設(shè)局承擔(dān)的國家建設(shè)部下達(dá)的 “ 八 28 五 ” 科技 研 究重點(diǎn)課題 “ 人工濕地污水處理技術(shù)在我國北方地區(qū)的研究和應(yīng)用 ”的項(xiàng)目，該項(xiàng)目曾于 1997 年 6 月通過國家建設(shè)部科技司主持的技術(shù)鑒定，并于1998 年 6 月將該項(xiàng)成果予以推廣。其工藝流程為原污水通過格柵 、 集水井、沉淀池 ， 進(jìn)入一級(jí)碎石床后，再進(jìn)入二級(jí)碎石床 ， 從二級(jí)碎石床流出 的 處理水，排入天然河道。在一級(jí)碎石床栽植蘆葦，在二級(jí)碎石床栽植香蒲。采用此工藝處理每噸污水需土建費(fèi)用 元 ，運(yùn)行 維護(hù)費(fèi)用 為 元 /噸水 。 針對(duì) 托克托縣 的 具體情況， 在 現(xiàn)有氧化塘周邊有大量的閑置鹽堿地可供利用，因此采用以人工濕地為核心的 生態(tài) 處理工藝是本工程較為適宜的選擇。 2021年 11 月，在托克托縣政府的牽頭組織下，各相關(guān)部門邀請(qǐng)有關(guān)專家對(duì)人工濕地污水深度處理技術(shù)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)考察，包括 遼寧鐵嶺市蓮花湖人工濕地公園項(xiàng)目和山東省東平縣稻屯洼人工濕地水質(zhì)凈化工程項(xiàng)目。 國內(nèi)已建成人工濕地 水質(zhì)凈化項(xiàng)目 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研 2021 年 10 月份自治區(qū)發(fā)改委、托克托縣政府、縣發(fā)改委、縣環(huán)保局的領(lǐng)導(dǎo)，對(duì)國內(nèi)規(guī)模較大的人工濕地生態(tài)水體水凈化設(shè)施項(xiàng)目進(jìn)行了考察調(diào)研。 （ 1） 遼寧鐵嶺市蓮花湖人工 濕地公園項(xiàng)目 遼寧鐵嶺蓮花湖濕地公園占地面積 4226 公頃， 是以人工庫塘、稻田、河流及淺水型小型湖泊群為主的復(fù)合濕地類型， 具有湖湖相扣、泡泡相聯(lián)的水網(wǎng)結(jié)構(gòu)。該復(fù)合結(jié)構(gòu)在東北地區(qū)具有一定代表性。 該園區(qū)土壤結(jié)構(gòu)、生物區(qū)系及其生態(tài)過程的濕地性質(zhì)明顯；濕地