利用天然河浜及沟塘湿地深度净化污水处理厂尾水的研究

周艳文

摘 要：随着我国经济社会的不断发展，对水环境质量改善的需求也愈来愈迫切，以脱氮除磷为主要目标的污水处理厂深度处理和升级改造势在必行。推广应用污水处理厂除磷脱氮工艺的最大障碍是经济成本问题。因此，在条件适宜地区采用低成本的自然生态净化措施来取得除磷脱氮效果仍是合适的选择之一。该文研究提出了利用天然沟渠湿地进行污水处理厂出水深度净化与景观利用的技术集成方案，以期为类似工程设计和运行管理提供参考。

关键词：污水处理厂尾水；沟塘湿地；深度处理

中图分类号 X703 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2015）23-68-03

Study on Tail Water Purification by Combined Natural River Stream and Ditch-pond Wetland from Municipal Sewage Treatment Plant

Zhou Yanwen

（Nanjing Institute of Environmental Sciences，Nanjing 210000，China）

Abstract：With increasing development of our economic society，the requirement of improvement of water environmental quality is becoming more and more urgent. The deeply treatment and upgrading of water treatment plant which is mainly targeted with removing of nitrogen and phosphorus must be enforced. Therefore，in some areas with suitable environment，it is still a very appropriate choice to take low-cost deeply ecology cleaning measures for removing of nitrogen and phosphorus. In this paper，it is proposed to apply the combined technology to clean deeply the water by natural river stream and ditch-pond wetland，so as to provide reference for similar engineering design and operating management.

Key words：Tail water from waste water treatment plant；Ditch-pond wetland；Deeply treatment

1 前言

隨着经济的发展和科学技术的不断进步，城市污水处理厂如雨后春笋般不断涌现出来，城市污水的达标率也在不断提高，但城市受纳水域的水质却依然不见好转，反而有进一步恶化的趋势。究其原因，一方面是面源污染的结果，另一方面是城市污水处理厂的出水存在水质问题。目前，我国绝大多数污水处理厂采用的是二级生物处理工艺[1]，执行的是GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级B标准。自2007年5月太湖流域发生蓝藻暴发重大水污染事件以及引发无锡供水危机之后，环太湖流域城镇污水处理厂开始严格执行一级A标准，并推动了全国城镇污水处理厂一级A提标改造和扩建、新建工作[2]。但是，即使污水处理厂排放的尾水达到一级A标准，尾水中的污染物浓度仍明显高于地表水环境质量标准，且超过当地受纳水体水环境容量。

充分利用现有的太湖流域广泛分布的废弃河浜、沟塘坑洼湿地，将其构建成丰富、多层、稳定、高效的人工湿地生态系统，用来对污水处理厂的尾水进行深度净化，同时根据地形因地制宜，进行适当的改良和技术集成，探索适用于污水处理厂尾水治理的沟塘湿地模式。太湖流域某污水处理厂尾水排放沟塘湿地治理工程经过近5a的运行，发挥了较好的减污作用，生态环境效应明显。笔者以此为例探讨尾水污染沟塘湿地治理的模式，旨在为该模式提供借鉴。

2 河浜沟塘湿地处理模式简介

2.1 河浜沟塘湿地处理系统 太湖流域属于平原河网地区，水系众多，将尾水引入改造过的河浜沟塘湿地，利用生态生物组合技术去除尾水中的营养物质。由于这种尾水深度处理充分利用了当地的地形条件，往往能够减少投资、运行及维护费用。沟塘湿地不仅具有水质净化与生态维护功能，而且具有良好的景观效果。

2.2 构建生态沟塘湿地的常用工艺 总的来说包括3种方法，一是植物净化法，包括人工湿地、草带、草沟、人工浮岛等；二是土壤处理法，如慢渗、快渗、漫地流、地下渗滤；三是接触氧化法，如砾间接触氧化法、生物绳等。可以根据具体的沟塘湿地的功能、断面等具体条件来选择单项技术或几种技术组合，同时辅以曝气等强化措施进一步提高处理效率。

3 沟塘湿地处理系统工程设计

本项目针对某污水处理厂20 000t/d尾水，拟利用污水处理厂旁侧的天然河道及沟塘湿地进行生物—生态处理，处理后的尾水回用于周边林地浇灌用水，多余部分排入河道。

该污水厂外有2条条村级河浜，其中一条河浜为断头状态，这2条村级河浜在污水处理厂的河段不作为主要的排涝和泄洪通道，也没作通航的要求。两侧是自然状况的护坡，地形较为平缓。2条河道相距约200m，河道断面呈锅底状，最大水深为1.5～2.5m，河口宽度约为15～25m；2条河道之间现有2条明渠贯通，明渠长200m，断面为梯形，上宽1.5m，底宽0.3m，深2m，现状水深0.8m。

注：①、②污水处理厂尾水、受纳水体为2009年11月27～30日连续3d取样平均值。

3.1总体设计思路 针对污水处理厂的尾水的排放特征，利用原有2条河道，采用工程措施和生态修复综合技术对其污染进行控制与治理。采用推流设备来实现水系循环，在水系貫通的前提下，在局部区域加强生物强化措施，在全范围的进行生态修复措施，增强水体自净能力，提高尾水的水质。

3.2 处理工艺流程 综合考虑本项目，整个水系通过推流系统进行活水循环系统，同时在水面开阔的区域作为集中控制区，加强工程措施，在开挖的明渠里加强生物强化措施的方法，即在重要节点加强工程措施来集中污染治理，达到削减污染的目的，对于集中治理下游段河岸周边的面源污染，在重点流入区域，设置生态缓冲带，并建立拦截体系，对农业面源等进行缓冲和截留。在水面开阔处，流速变慢，通过生态恢复的办法构建生态塘，通过种植挺水-浮水-沉水植物，构建生物性多的丰富的生态系统来增强自净能力。

3.3 具体工艺设计

3.3.1 活水循环系统 将污水处理厂尾水就近导入该循环生态河道系统，利用现有河道、明渠等水利通道形成一个循环流通的水系，通过推流系统使得水体循环起来，在输送河道中，采取一定的工程措施和生态修复措施来加强水体自净能力，进一步处理尾水，提高尾水水质。本项目水系贯通设计水量为20 000t/d、850t/h。在对河网贯通处理时，坚持生态河道开放性的理念，打通节点，结合河道整治，贯通水系，恢复区域内河道引排功能，畅通河道水系，从而有效控制高低水位，使河道达到“水系通、水体活、水质好”的要求。

3.3.2 接触氧化段 生物绳是新型的接触氧化材料，接触比表面积大，有很高的生物量，净化效率高。净化功能主要通过水体连续不断的循环接触氧化实现，生物绳和河道推流增氧系统有机结合起来，更有助于挂膜。采用生物接触氧化处理工艺在沟渠内（约210m）分段布设生物绳，曝气设备采用沉水曝气机。该设备管理安装简便、噪声小，充氧效率好。在曝气的条件下，借助生物绳表面附着的微生物降解有机物，增强河道的自净能力。在治理范围内分段布设生物绳，在沿水流方向上，每间隔15m布置30m长的生物绳，一共有4段，总长度为120m。水面宽度为4m，在垂直水流方向上有每间隔0.2m布置1根，水平方向上布置11根，深度上布置8根，横截面积为2.0m×1.4m。

3.3.3 改良型表面流人工湿地 从污水流入河浜开始，首先进入第一密植区，种植耐污性较强的茭草、香蒲、千屈菜等可大量吸收降解后的氮、磷等物质，经植物体的代谢机制转化为湿地旺盛的初级生产力，造就了生物多样性的重要基础。然后进入相对广阔的水面，配合浅水域的微栖地，有效增加日光的穿透率，并加深补偿点的深度，营造出底栖生物适存的最佳环境。护岸植物种植可分为2个部分：在护岸表面喷播固土能力强的草本植物，局部点缀扎根能力强的灌木，增强抗冲刷、水土保持能力，提高堤岸稳定性。选用植物：脱壳狗牙根+矮生百慕大+多年生黑麦草+波斯菊。水面近岸处构建挺水-浮水-沉水植物带，有条件的河段可尽量将沉水植物种植延伸至河道中心。近岸水生植物带的构建一方面可以通过植物吸收水体中的氮磷等营养物质，另一方面为微生物的生长提供了有力条件。选用挺水植物如芦苇、菖蒲、再力花、水葱、黄花鸢尾等。

3.3.4 生态浮岛 主要浮岛植物为旱伞草、黄花鸢尾、水生美人蕉、千屈菜、菖蒲等。

3.3.5 沉水植被的恢复 主要是在水面较开阔、流速相对较慢的区域，恢复沉水植被。可以分别移栽冬绿型和春绿型的菹草和伊乐藻、夏绿型的马来眼子菜、黑藻、金鱼藻，以及常绿型的轮叶黑藻等，进行密植繁育。

4 沟塘湿地的生态效应和环境效应

由于沟塘湿地是一个相对开放的系统，评估这个沟塘湿地系统对污水的处理效率有一定的困难，一是本身尾水进入到整个系统就存在一个稀释作用；二是整个沟塘湿地是一个开放水体，还接纳雨水等地表径流，因此单纯的用进出水的水质标准来表征污水处理效率是不合理的。

而这种天然河道和沟渠湿地的生态效应体现在以下几个方面：一是作为水生动植物的重要栖息地，是生物多样性的一个重要的残存源，沟渠堤岸繁茂的植被不仅为陆上的昆虫和鸟类提供了栖息地，根系还可为鱼类产卵、繁衍生活提供了场所，形成一个生物共生完整的沟渠生态系统。二是生态调控效应，对建立和维护区域生态平衡有积极作用。三是生态廊道作用，作为农田中动物的迁移廊道，影响着动物的种类和数量，网络状的沟渠扩大了沟渠的水利连通性，将水分和养分分散储存起来。总之，通过构建天然河道和沟渠湿地的生态系统提高了净化功能，廊道功能及其抗干扰能力，有助于增加生物多样性和维护整个生态系统的健康发展。

5 沟塘湿地的管理维护

5.1 水生植物的管理维护 湿地植物是否能更成功的生长，取决于湿地内水位深度的管理与控制。虽然湿地植物可以暂时忍受环境的改变，但却无法在超过其耐受度太多或太长时间的条件下生长。在冬季的时候，水位高度可以提高一些，以增加水流滞留时间并避免植物冻死。而交替流量或是降低水位则有助于水中有机质的氧化，并促进湿地内植物的萌发。在缓冲带上的植物需视情况收割、增加肥料。高频率的收割有助于植被扩张与根系生长，需要定期的植被检查，并移除外来的侵略物种。湿地植物收割的次数，与水体的质量、植物本身的生长状态有关。收割水生植物主要的目的，是让植物保持较高的新陈代谢，达到去除水中营养盐的功效。例如，透过经常性收割水芹菜（约3～4周一次）可有效达到去除水中营养物质。收割后的水生植物，通常经过干燥、填埋，水生植物残体可以很快堆肥。不过如果植物不够干燥，那么所富含的水分将会降低堆肥的效果，并且产生渗滤液。对于水生植物进行持续地收割，将有助于水生植物生态系统的生长。

5.2 浮岛的维护 为移除人工浮岛中不受欢迎及侵入的物种，应间隔一段时间就要进行除草，以保持可接受与设计良好的景观。在植物管理上，人工浮岛设立后，1～3a内种植的植物就会十分的茂盛，成熟的植物群落自然就会形成。同时，除了人工种植的植物生长以外，浮岛上也会有外来入侵的植物物种。植物的生长过剩，常使重量超过浮岛的负荷，尤其是外来的禾本科植物，会造成浮岛的沉没或因重量不均造成翻覆，所以定期的收割及去除，可以控制浮岛的荷重、提高吸收营养盐的效能、提供鸟类及昆虫最佳的生存空间以及景观的创造。为了解在不同单元、固定绳索、锚与水生植物间的连结部分维持在良好状态，以便于整修损坏的部分，构造物管理项目有定时监管、故障报修、其他突发事件的排除。在构造物的管理方面，定期的巡视与紧急时如风雨过后的检查都是维护浮岛的基本工作，浮岛外观的完整性、固定浮岛的组件功能等，都是巡查的要点。一旦发现磨损、故障、破裂及流失等，必须在短时间内进行修复或更新，尤其是在暴风雨过后，都应该进行更详细的检查，以确认浮岛的结构安全与固定功能的正常。

6 结语

对有尾水深度处理和污水处理设施升级改造要求但占地面积严重不足的污水处理厂，充分利用地形条件，把河道附近废弃的河浜、水塘等因地制宜的充分利用起来。对整个河浜沟塘湿地生态系统的管理维护工作要充分重视起来，生态护坡、湿地塘及浮床等湿地植物的收割和维护也需要定期进行，以保证工程长效、稳定、可持续性的运行。

参考文献

[1]殷小伟，强志民，贲伟伟，等.污水处理厂不同生物处理工艺对抗生素的去除效[J].中国给水排水，2012，28（22）：22-26.

[2]陆桂华，张建华.太湖水环境综合治理的现状问题及对策[J].水资源保护，2014，30（2）：67-70.

[3]Wang H G，Jawitz J W.Hydraulic analysis of cell-network treatment wetlands[J].Journal of Hydrology，2006，330：721-734.

[4]Trepelm，Palmeri L.Quantifying nitrogen retention in surface flow wetlands for environmental planning at the landscape-scale[J].Ecological Engineering，2002，19：127-140. （责编：张宏民）