污水处理厂尾水人工湿地处理示范工程案例

刘晋

摘 要： 采用多级湿地+塘串联方式，将生态塘、多级表流湿地、多级沉水植物塘进行组合，对污水处理厂低碳氮比尾水进行深度净化，打造具有涵养水源、维护生物多样性、稳定生态功能等功能的湿地系统，促进区域水环境质量改善。

关键词： 人工湿地;污水处理厂尾水;多级湿地+塘串联;生态功能

【中图分类号】X703.1     【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）07-0238-02

1 工程概况

1.1 工程建设背景

无锡市某污水处理厂总设计规模为30万m3/d，分四期进行建设。该厂在2015年之前出水水质执行GB18918-2002一级A标准，尾水就近排放至周边河道。随着国家水污染防治行动计划的颁布，江苏省、无锡市政府相应的水环境整治政策也陆续出台，对河道水环境的要求不断提高，为减少该污水厂尾水对入河氮磷污染负荷，拟将污水厂尾水引入周边拟建的大型湿地公园进行深度处理。湿地公园建设之前，在污水厂周边空地选址建设一处尾水深度处理示范工程，采用人工湿地深度净化技术，通过示范工程的建设与运行，为后续湿地公园的的设计与实施提供完整的设计参数与运行数据，进而促进区域水环境质量改善、提升水生态系统完整性。

人工湿地示范工程建设用地约10780m2，其中湿地水域面积为7665m2，占总建设用地的71.1%，进水源自于污水处理厂尾水。设计尾水深度处理规模2000m3/d。

1.2 进出水水质

该污水处理厂尾水水质执行一级A标准（GB18918-2002），2015年全年水质指标见表1：

由上表可以看出，污水厂尾水有机物浓度低，出水中B/C比值平均不到0.20，有机物含量较少，可生化较差。同时，尾水中碳氮比很低，碳源明显不足，且多为难生物降解有机物，不利于反硝化脱氮。

由于尾水排放至周边河道，TN、NH4-N和TP污染物对水体水质影响较大。污水厂尾水中TP、TN指标均高于地表水环境Ⅴ类水质（GB3838-2002）水质标准，NH4-N维持在地表水环境Ⅲ～Ⅳ类水质。因此，本湿地示范工程主要目标是降低尾水中氮磷污染，尤其是硝酸盐氮和总氮。根据污染物总量消减要求，设计出水目标为TN、TP的平均去除率不小于20%。

2 工艺设计

本湿地示范主要目标是降低尾水中氮磷污染，设计出水目标是氮磷平均去除率不小于20%。因此，在湿地系统工艺设计时，针对进水水质特征做了较为详细的分析，结合国内外湿地研究进展，以工艺运行高效稳定、维护简便、景观良好为目标，提出湿地系统工艺方案，详见图1：

该系统采用多级湿地+塘串联方式，将生态塘、多级表流湿地、多级沉水植物塘进行组合，分为预处理区、主处理区及水质保障区，各单元的功能区分但互为补充，抗冲击能力强，功能分区合理，同时可保证冬季时运行效果。各功能区主要作用如下：

生态塘：水体底层兼氧区预期可发生有机物的形态转化和反硝化脱氮过程，水体表面植物可强化去除水中各种形态的有机物、氮、磷等污染物。

表流湿地：依靠其较大的水面面积和丰富的植物群落，能通过植物吸收及基质的微生物作用强化去除污染物。同时表流湿地中强大的水面面积和缓慢的水流速度，促使水体的透明度进一步提高，强化了后续单元的污染物去除功能，如果进水碳氮比较低，可通過在表流湿地中增加缓释碳源，以促进后续单元的反硝化作用。

沉水植物塘：主要起水质净化并稳定水质的作用。在塘内部依靠丰富的沉水植物，不仅能促进悬浮物的沉淀，提高水质透明度，更重要的是为微生物提供丰富多样的活动场所，促进微生物繁殖成长，依靠丰富多样的微生物可有效去除COD、TN、TP等污染物，是去除污染物并稳定水质的功能保障场所。

污染物去除功能分析（以TN为例，为达到去除率不小于20%设计目标，湿地系统的TN去除负荷约为（1.8mg/L～3.0mg/L），每个单元污染物降解比例分别为：

预处理区-生态塘：10%

主处理单元（三级表流湿地——沉水植物塘）：70%

水质保障区-沉水植物塘：20%

3 工程设计

3.1 总图布置

本湿地系统总水面面积为7665m2，总设计流量为2000 t/d，水力负荷0.27m3/（m2·d），凭借湿地丰富的植物群落配置和很好的水质净化能力，可实现TN、TP不小于20%的去除率。

污水厂尾水通过DN200压力管引至湿地，再通过重力方式逐级跌水，最终进入周边河道。根据现场地形条件，对示范工程工艺平面进行优化布置，平面布置图见图2。

3.2 各单元设计

（1）预处理区——生态塘

生态塘占地面积为830m2，设计停留时间设计为15h，有效水深为1.5m，总有效容积为1250m3。

在塘内设置两道软围挡，通过软围挡将生态塘分割成三道回转型水流廊道，延长进水在塘内流程，增加进水与周边岸线及水生植物接触时间;同时，在塘内设置立体生态浮床，单个浮床尺寸为3x3m，上部种植挺水植物及浮水植物，下部悬挂组合填料。

生态塘边坡采用土质边坡，坡度为1：2，边坡及池底均要求将原地基压实处理，压实度达90%以上。

（2）主处理区——三级表流湿地+沉水植物塘（一）

主处理区分为四个单元，设计总有效面积为4850m2，设计停留时间为，水力负荷为0.4m3/（m2/d）。各单元面积如下：表流湿地（一）面积为1700m2，表流湿地（二）面积为1190m2，表流湿地（三）面积为660m2，沉水植物塘（一）面积为1300m2。

表流湿地有效水深0.3～0.5m不等，边坡及底部采用原状土压实（压实度达到90%），再在其上覆30cm种植土。各单元之间为溢流出水，采用粘土坝分隔，并采用块石压顶，块石间采用素混凝土勾缝并找平，使各表面流湿地段水位保持在设计水位，且使水流均匀分布在整个水力断面上。表流湿地内植物以挺水为主，浮水为辅。

沉水植物塘（一）面积1300m2，有效水深1.00～1.60m，总容积1200m3。沉水植物塘中植物以沉水为主，挺水、浮水为辅，浮水植物总体配置比例低，控制塘内90%以上的开敞水面，以利于水体自然富氧和阳光入射，保障沉水植物的生长。沉水植物塘边坡采用土质边坡，坡度为1：3～1：5，边坡及底部采用原状土压实（压实度达到90%），再在其上覆30cm种植土。

（3）水质保障区——沉水植物塘（二）

沉水植物塘（二）由现状河道改造而成，河道现状为断头浜，面积为1285m2，有效水深0.60～3.67m。由于现状河道河底淤积情况较为严重，需先对其清淤以及边坡整治。河道清淤前应先抽水，按实际厚度挖除河道边坡及底部的淤泥及不良土质，包括块石、树枝及垃圾等，清理至原状土层，将边坡及底部平整并夯实，压实度达到80%以上。

塘内2.0m水位以下范围内，根据不同水深，分别配置浮叶植物、挺水植物以及沉水植物，对出水水质进行保障。

3.3 人工湿地植物配置

人工湿地构建中，水生植物是不可或缺的有机组成部分，水生植物发达的根系能够为微生物提供附着的场所，对有机污染物和氮磷等污染物进行分解和合成代谢，同时其生长也能有效的吸收水中氮磷污染物。在水生植物的选择上，应优先选择根系发达、抗水性强、生长周期长、成活率高、造型美观的本土植物品种，同时还可兼具一定的经济价值。

水生植物的合理構建系统是维持水环境健康可持续发展的必要条件，应根据水域状况与环境条件选择合理的植物布局与搭配是构建系统的基础。

4 小结

本示范工程前期工作开展之前，对无锡市已运行的几个人工湿地项目运行情况作了调研，设计工艺路线选择时，从投资省、可复制性强、抗冲击负荷能力强、运行维护便利等几个方面做了比选及优化，最终选定了工艺路线。该项目作为湿地公园实施前的一个示范研究项目，对后续湿地公园的设计建设具有指导和借鉴意义，将湿地公园打造成为具有涵养水源、维护生物多样性、稳定生态功能等生态功能区，进而促进区域水环境质量改善、提升水生态系统完整性。

参考文献

[1] 张伟.多级生态单元组合系统深度处理污水厂尾水工艺优化研究[D].南京：东南大学，2016，16-27.

[2] 袁园，吴义锋，浦秋芬，单国平，吕锡武，李淑萍.污水厂尾水阶式功能强化型湿地生态水质净化工艺，净水技术，2019 （11）.

[3] 许坤，吴义锋，肖宁，程方奎，吕锡武.高适应性复合人工湿地处理某污水处理厂尾水，中国给水排水，2019 （22）.