多级人工湿地对沛县污水处理厂尾水提标研究及应用

丁 军 ， 葛彩红， 范敬兰

(1.沛县清源供水有限公司， 江苏 徐州 221000； 2.沛县水务局红光排灌站， 江苏 徐州 221000；3.徐州市水利科学研究所， 江苏 徐州 221018)

安国湿地位于江苏省沛县西北部安国镇境内，是由沛县安国境内的张双楼煤矿开采造成10 km2以上的土地塌陷区改造而成的人工湿地。安国湿地的建设是通过工程措施和生态措施结合[1]进行的，将煤矿塌陷地改造成人工湿地[2]，该人工湿地又作为沛县污水处理厂尾水提标工程提标开发区和龙固污水处理厂的尾水。安国湿地公园采取的是“采煤塌陷地复垦，生态环境修复，湿地景观开发，中水治理”于一体的建设模式[3]。一期工程日处理6万m3尾水，用于沛县西部高亢地区的农业用水。

工程措施主要通过土地整理、桥涵闸建设完成项目区地形的整理，为方便实施生态治理措施做好准备；再通过水生态治理工程的实施，如挺水及沉水植物布设、生态滤床的构建实现湿地整体净化功能[4]，按此思路对安国煤塌地进行生态修复，先后启动了安国湿地、土地地复垦等项目。安国湿地项目于2012年5月经省林业厅批准为省级湿地，依托采煤塌陷地，结合南水北调尾水导流工程进行建设，规划建设面积10 km2，总投资5亿元。其中湿地一期投资1.66亿元，建设面积6 km2，2014年3月动工，工期2年，涉及地质地貌修复、土方、水利、水质净化、道路铺设、服务设施等工程。现湿地系统完好，运行正常。

1 工程建设情况

安国湿地考虑煤矿塌陷区特有的地理因素，建设重点采用采煤塌陷坑与生态岛相结合，串联的水塘景观，将其转化为湿地泡，联系安国湿地东、西2块湿地水系，形成一串明珠串联的湿地系统。由路网、湿地泡、湿地水面、湿地植被叠加而成的景观系统。项目区湿地范围内生物群落结构单一、多样性较低，湿地本身的补水量不足，周围污染的增加使得湿地内生境已遭破坏并退化[5-7]。

湿地建设主要用于处理污水处理厂来水，污水处理厂日处理污水6万m3/d，处理到一级A排放到安国湿地。污水来水主要为西北部和东南部进入。西北部龙固园区达标污水可利用重力流自流进入湿地；东南部沛县经济开发区处理后的污水通过自动泵站一次提升进入湿地，安国湿地一期工程工艺流程见图1。

图1 安国湿地一期工程工艺流程

1.1 湿地工程建设及运行管理

该工程主要包括表流湿地、园林绿化、基础设施、水利设施、服务设施等单元。基础设施：道路、广场、栈道、停车场等；园林绿化：乔木、灌木、地被等；表流湿地：土方、布水渠、堰、水生植物等；水利设施：泵房、引水管、涵洞、闸板、土方、桥梁等；服务设施：指示牌、移动厕所、垃圾桶、景石 、管理房、服务中心、路障、减速带等。

安国湿地运行管理主体为沛县安国镇政府，下设沛县安国湖湿地公园管理委员会，总体负责与2个污水处理厂协调、污水进水调度、湿地的维护、水质在线监测、出水的调度、人员管理等。

安国人工湿地于2015年建成，运行及监测管理时间自2016年3月开始。运行期间按各功能斑块逐月取样，其中春季为2014年3—5月，夏季为2014年6—8月，秋季为2014年9—11月，冬季为2014年12月至2015年2月。采样点设置：1—进水口，2—沉淀池出水，3—出水口。

1.2 湿地生态工程建设

安国湿地污水进水口分为东南、西北2个，工程总占地面积约235万m2，其中西区80万m2，东区155万m2。东南部接纳的是沛县经济开发区的生活污水，来水量为4万m3/d，西北部接纳的是龙固园区污水处理厂的生活污水，来水量为2万m3/d。总平面布置详见图2。

图2 安国湿地各功能区布设

安国湿地系统东西长4 500 m，南北宽1 350 m，长宽比为3.3∶1，水力坡度为0.35%，具体技术参数见表1。

表1 安国湿地主要技术参数

2 净化过程与结果

安国湿地东部区资料：沛县经济开发区污水处理厂来水利用污水泵站翻水进入输水管道，30 000 m3/d的尾水通过300 m长的管道进入沉淀区，然后通过溢流堰跌水进入长度300 m的一级表流湿地，10 000 m3/d的尾水通过910 m长的水平潜流湿地，再进入一级表流湿地；由一级表流区通过布水堰进入长950 m的二级表流区；由二级表流区进入生物滞留塘，由生物滞留塘进入植物缓冲沟，然后排入河道。入口沉淀区面积：50 000 m2，一级表流湿地面积55万m2，二级表流湿地面积29万m2，湿地水系面积66万m2；入口沉淀区水力停留时间1.3 d，一级表流湿地水力停留时间2.1 d，二级表流湿地水力停留时间1.1 d，滞留塘至缓冲沟(简称湿地水系)水力停留时间3.5 d。

安国湿地西北部资料：龙固园区污水处理厂来水自流进入210 m的入口沉淀池，通过溢流堰跌水进入长度750 m的一级表流湿地，再通过布水堰进入长600 m的二级表流区；由二级表流区进入生物滞留塘，由生物滞留塘进入植物缓冲沟。入口沉淀区面积：20 000 m2，一级表流湿地面积16万m2，二级表流湿地面积17万m2，湿地水系面积45万m2；入口沉淀区水力停留时间2 d，一级表流湿地水力停留时间8 d，二级表流湿地水力停留时间8.5 d，湿地水系水力停留时间22.5 d。

2.1 进水口水质

进入湿地的来水口有2处，一处为沛县经济开发区污水处理厂；另一处为龙固园区污水处理厂的来水。两进水口进水水质要求达到污水处理厂污染物排放标准(GB 18918—2002)国家一级A标准才能进入湿地。

从表3可以看出，龙固园区污水处理厂和沛县开发区污水处理厂进入湿地的水质达到了污水处理厂污染物排放标准(GB18918—2002)国家一级A标准，允许将处理厂的中水进入湿地入水口。经济开发区污水处理厂日进入湿地水量为4万m3/d；龙固开发区污水处理厂日进入湿地水量为2万m3/d。

2.2 各功能板块的处理效果

水平潜流湿地系统在经济开发区处理厂，接纳大约1万m3/d的污水，其他的3万m3/d污水直接进入沉淀池，水平潜流湿地尺寸为25 m×22 m×1.2 m，水力负荷为12 m3/(m2·d)，理论水力停留时间为10h．水平潜流湿地种植芦苇、菖蒲，见图3。

图3 水平潜流湿地布置(单位：cm)

沉淀池的作用是去除悬浮于污水中可以沉淀的悬浮物颗粒，2个污水处理厂的污水直接进入沉淀池，在安国湿地中布设两个沉淀池，一个是沛县经济开发区入水口沉淀池，另一个是龙固园区入水口沉淀池。主要降低水体悬浮物颗粒。

从沉淀池进入一级表流湿地、二级表流湿地、生物滞留塘，然后进入河道，为沛县西部高亢地区提供农业用水。其中东西两区一级表流湿地面积71万m2，平均水深0.5 m；二级表流湿地46万m2，平均水深0.5 m；生物滞留塘111万m2，平均水深1.0 m。

表2 入水口水质监测平均值

3 安国湿地治理效果

通过安国湿地在线水质监测系统，可实时监测到各控制点水质变化情况，按照《中华人民共和国行业标准水环境监测规范(SL 219—98)》湖泊(水库)采样垂线和采样点布设的要求进行采样垂线与采样点布设，共设置4个监测点(图4)，依次命名为1#、2#、3#、4#。1#、2#为2个污水处理厂的水进湿地口，3#为测定一级表流湿地指标变化情况，4#监测点位湿地总出水口。各样点监测指标包括： CODMn、NH3-N、TP、pH、SS、BOD5。

图4 安国湿地水质监测点布设

从2016年、2017年安国湿地出水口水质监测数据看(表4)，参评的各项指标均符合《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)Ⅲ类标准要求，符合农业用水要求，可将湿地出水用于西部高亢地区的农业灌溉。

表4 安国湿地出水口水质监测汇总

在进水水量为6万m3/d的条件下，多级人工湿地表现出了较强的调节能力和较高的去除效果，出水稳定。安国的多级人工湿地对SS、NH3-N、TP、CODcr和BOD5等污染物的去除率分别为86.6%、82.9%、71.4%、60.9%和61.2%，平均出水浓度均优于《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)的Ⅳ类水标准，满足农业用水水质要求。

多级人工湿地各净化单元对污染物的去除效果差异显著，COD的去除主要在沉淀池，削减的净化率为55.1%；NH3-N和TP的去除主要发生在潜流湿地单元，其削减的净化率分刷为76%、65%。

4 结论和建议

(1)通过工程措施，完成了安国煤矿塌陷地土地整理。该工程主要包括表流湿地系统、园林绿化、基础设施、水利设施、服务设施等建设单元，将煤矿塌陷地改造成人工湿地公园，摸索出一条煤矿塌陷地治理的新思路。

(2)依托人工湿地技术实现对污水处理厂中水的净化。应用生态湿地治理技术，将污水处理厂每天排放的6万m3污染物排放标准(GB 18918—2002)国家一级A标准的污水，净化为地表水环境质量标准(GB 3838—2002)Ⅳ类水，并对净化后的水资源进行利用，为沛县西部高亢地区的农业提供用水，摸索出了一条污水资源化利用的新模式。

(3)强化湿地管理。复合微生物的补充、陆生植物和水生植物的种植、补植、管理和收割要有严格的操作规程，植物从水体中吸收的富营养物质要合理转移出去，及时收割枯枝，打捞漂浮的植物的残体，这样才能保证水生植物的净水效果。目前安国湿地公园管理部门在湿地维护方面工作做的还不够，重建轻管。