陳述蔚，徐 進(jìn)，駱靈喜

（1.深圳市龍華新區(qū)城市建設(shè)局，廣東 深圳 518000；2.深圳市深港產(chǎn)學(xué)研環(huán)保工程技術(shù)股份有限公司，廣東 深圳 518000；3.深圳市海岸與大氣研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 深圳 518000）

人工快滲-人工濕地工藝在河道水凈化中的應(yīng)用

陳述蔚1，徐 進(jìn)2，駱靈喜3

（1.深圳市龍華新區(qū)城市建設(shè)局，廣東 深圳 518000；2.深圳市深港產(chǎn)學(xué)研環(huán)保工程技術(shù)股份有限公司，廣東 深圳 518000；3.深圳市海岸與大氣研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 深圳 518000）

通過(guò)人工快滲-人工濕地組合工藝處理河道水的工程案例，分析了人工快滲-人工濕地組合工藝在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)污染物的去除效果和工藝優(yōu)勢(shì)，結(jié)果表明該組合工藝出水水質(zhì)中的COD、BOD5、NH3-N 達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）中IV類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，TN、TP、SS達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，不僅實(shí)現(xiàn)了人工快滲技術(shù)和人工濕地技術(shù)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，并且能夠提高污水處理設(shè)施的視覺(jué)美感和觀賞價(jià)值，改善周邊環(huán)境質(zhì)量。

人工快滲；人工濕地；河道水體；水體凈化

1 概述

城市是以人口密集和土地、空間、供排水的高負(fù)荷為特征的。河流作為城市的血脈，是城市景觀和空間文化的組成部分，是城市發(fā)展所依托的生態(tài)基礎(chǔ)。城市河流作為重要的資源和環(huán)境載體，關(guān)系到城市的生存，制約著城市的發(fā)展。近年來(lái)，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，以及居民生活條件的改善，城鎮(zhèn)居民對(duì)居住環(huán)境的要求不斷提高。為了滿足城鎮(zhèn)居民的需求，提升居民的生活品質(zhì)，優(yōu)化城鎮(zhèn)居民生活環(huán)境，眾多城市都加大了城市河道、景觀水體和人工湖泊的建設(shè)力度。

我國(guó)大部分城市水資源緊缺，水體補(bǔ)水困難，加上有外源性污染物進(jìn)入水體，很容易造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，其具體表現(xiàn)為藻類(lèi)爆發(fā)、水體變綠、產(chǎn)生惡臭，嚴(yán)重影響周?chē)用竦纳?。城市河道被污染，不僅威脅了人民生命財(cái)產(chǎn)安全，也影響了城市投資環(huán)境，制約城市品位的提升，與城市發(fā)展目標(biāo)定位不相適應(yīng)。河流本身雖具有一定的自凈能力，河岸滲濾系統(tǒng)對(duì)河水也有一定的凈化作用，但城市外源性污染物的進(jìn)入量一般都會(huì)超過(guò)河流本身的自凈能力，因此，城市河道水體凈化技術(shù)是河道水體發(fā)揮正常功能的重要保障。

目前國(guó)內(nèi)采用的河流修復(fù)方法主要有物理法、化學(xué)法及生態(tài)修復(fù)方法。

物理治理技術(shù)主要包括污水截排、引水稀釋、底泥疏浚、機(jī)械除藻、人工曝氣等，技術(shù)存在暫時(shí)性、不穩(wěn)定性以及治標(biāo)不治本的問(wèn)題，不能在修復(fù)水體的同時(shí)完善水生生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、提高水體自凈的能力，只能作為對(duì)付突發(fā)性水體污染的應(yīng)急措施。

化學(xué)法主要為混凝沉淀方法，通?？勺鳛橹卮笫鹿蕬?yīng)急處置方法，具有能較快處理危險(xiǎn)性污染物的特點(diǎn)，但不具有可持續(xù)性，具有較高的治理成本，而且存在二次污染的風(fēng)險(xiǎn)。

生態(tài)修復(fù)技術(shù)是采用人工措施利用植物、微生物的生命活動(dòng)，對(duì)水中污染物進(jìn)行降解或轉(zhuǎn)化成無(wú)害物質(zhì)的水體凈化技術(shù)，該技術(shù)克服了物理、化學(xué)修復(fù)技術(shù)的缺點(diǎn)，具有處理效果好、費(fèi)用低廉、不需耗能或低耗能等優(yōu)點(diǎn)，最重要的是該技術(shù)可以使污染水體的自凈能力逐漸恢復(fù)，是人與自然和諧相處的治污途徑[1]。

人工快滲技術(shù)（CRI）和人工濕地技術(shù)是兩種較為常用的生態(tài)處理技術(shù)，CRI系統(tǒng)對(duì)CODCr、BOD5、SS和氨氮等污染物去除效果較好[2]；而人工濕地通過(guò)植物吸收及微生物分解，對(duì)總氮及總磷能夠有效去除。本研究提出了人工快滲技術(shù)和人工濕地技術(shù)組合工藝處理河道水，通過(guò)工程案例分析該組合工藝的去除效果及優(yōu)勢(shì)，為解決河道水質(zhì)惡化問(wèn)題提供一種組合型生態(tài)處理工藝。

2 人工快滲-人工濕地組合工藝概述

2.1 工藝原理

人工快速滲濾技術(shù)（Constructed Rapid Infiltration Technology，簡(jiǎn)稱CRI技術(shù)）是近年來(lái)發(fā)展迅速的新型土地處理技術(shù)。該技術(shù)采用天然河沙作為主要滲濾介質(zhì)人工構(gòu)造的快速滲濾系統(tǒng)，繼承了土地處理工藝建設(shè)成本和運(yùn)營(yíng)成本低、操作方便、管理簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)工藝相比，還大大地提高了水力負(fù)荷，不受土地等自然環(huán)境的影響，提高了工藝的實(shí)用性。人工快滲系統(tǒng)采用干濕交替的運(yùn)行方式，淹水期和落干期構(gòu)成一個(gè)水力負(fù)荷周期。當(dāng)污水流經(jīng)時(shí)，由于濾料呈壓實(shí)狀態(tài)，利用濾料粒徑較小的特點(diǎn)，通過(guò)濾料中黏土性礦物和有機(jī)質(zhì)的吸附作用以及生物膜的生物微絮凝作用，截流和吸附污水中的懸浮物和溶解性物質(zhì)；在落干期，系統(tǒng)內(nèi)處于充分好氧狀態(tài)，濾料的高比表面積帶來(lái)的高濃度生物膜對(duì)附著于其表面的污染物進(jìn)行好氧生物降解使污染物得到最終去除[3-6]。CRI系統(tǒng)是在過(guò)濾截留、吸附和生物降解的協(xié)同作用下去除污染物[7-8]。CRI過(guò)濾截流和吸附作用在系統(tǒng)中主要起調(diào)節(jié)機(jī)制，而有機(jī)污染物的真正去除主要靠好氧生物降解[9]。CRI技術(shù)具有工藝流程簡(jiǎn)單、系統(tǒng)水力負(fù)荷高、投資運(yùn)行成本低、建設(shè)周期短、出水質(zhì)量好、操作維護(hù)簡(jiǎn)便、不產(chǎn)生活性污泥等優(yōu)點(diǎn)，并已成功解決在北方地區(qū)應(yīng)用時(shí)的保溫防凍問(wèn)題。

人工濕地本身是一個(gè)綜合的生態(tài)系統(tǒng)。各種植物對(duì)不同污染物有不同的吸收、分解能力，通過(guò)綜合、合理地配置植物，可以人為構(gòu)造出一個(gè)物種共生、物質(zhì)循環(huán)再生的生態(tài)系統(tǒng)。水體中的污染物通過(guò)這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)被植物分解、吸收，使水體得到凈化。人工濕地可以充分發(fā)揮資源的再生潛力，防止環(huán)境的二次污染，進(jìn)而獲得水體凈化與資源化的最佳效益，是一種較好的生態(tài)廢水處理方式。其優(yōu)點(diǎn)是處理成本低、管理簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是占地面積大、水力負(fù)荷低、冬季運(yùn)行效果不明顯。將人工快滲和人工濕地有機(jī)結(jié)合起來(lái)，可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)。

2.2 工藝流程簡(jiǎn)述

人工快滲-人工濕地組合工藝流程如圖1所示，主要由前處理工藝—混凝沉淀，人工快滲池及人工濕地三部分組成。河水通過(guò)自流的方式進(jìn)入格柵渠，經(jīng)格柵去除大顆粒雜質(zhì)，繼而通過(guò)提升泵提升至混凝反應(yīng)池，投加絮凝劑及混凝劑進(jìn)行反應(yīng)，混凝區(qū)形成的礬花進(jìn)入沉淀區(qū)進(jìn)行泥水分離，主要去除水中部分有機(jī)物、SS及TP；沉淀池出水進(jìn)入配水池，尾水通過(guò)配水池分配到各人工快滲池進(jìn)行處理，快滲池通過(guò)過(guò)濾、吸附、生物降解等物理化學(xué)過(guò)程去除水中CODCr、SS及氨氮。快滲池出水進(jìn)入人工濕地，通過(guò)植物吸附及微生物降解等作用，去除殘余的CODCr、總氮及總磷等物質(zhì)，保證出水水質(zhì)。

圖1 工藝流程示意

3 應(yīng)用工程案例

3.1 成都鳳凰河二溝污水處理工程

成都市鳳凰河二溝屬沙河上游的支流，其上游沿岸及周?chē)菂^(qū)無(wú)截污分流的排水管網(wǎng)，所有生活污水、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)污水、農(nóng)灌廢水及地表徑流水都未經(jīng)治理直接排入鳳凰河二溝，造成鳳凰河二溝河水發(fā)黑發(fā)臭，并直接排入府南河中，污染了當(dāng)?shù)丨h(huán)境，影響了城市市容。為保護(hù)水質(zhì)并解決河水的污染問(wèn)題，采用人工快滲-人工濕地組合工藝對(duì)鳳凰河二溝污水進(jìn)行了綜合治理，于2007年4月竣工并投入使用。鳳凰河二溝水污染治理示范工程建設(shè)規(guī)模2萬(wàn)噸/日，采用的CRI工藝流程見(jiàn)圖2，河道處理后的效果見(jiàn)圖3。

圖2 成都鳳凰河二溝污水處理工程工藝流程圖

圖3 處理后的河道

該工程自運(yùn)行以來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定。表1為該工程2013年2月至2013年12月出水水質(zhì)的變化情況，由系統(tǒng)運(yùn)行情況和水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果可知，系統(tǒng)對(duì)COD、BOD、氨氮及SS的去除效果非常好，整體能夠達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）中IV類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)， TN、TP優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

表1 出水水質(zhì)

3.2 重慶桃花溪彩云湖補(bǔ)水凈化工程

彩云湖城市濕地公園是重慶市首個(gè)國(guó)家級(jí)濕地公園，也是重慶市最大的生態(tài)公園和城市濕地公園。彩云湖濕地公園位于重慶市九龍坡區(qū)和高新區(qū)交界處，總面積為83.1公頃，整個(gè)公園由彩云湖水庫(kù)、桃花溪河與其他的濕地景觀共同組成。彩云湖公園的主打風(fēng)格是“立體濕地”，形成溪流、池塘、梯田的組合，在立面展開(kāi)濕地。公園的溪流和湖泊主要是桃花溪河和彩云湖水庫(kù)，梯田是指湖濱補(bǔ)水凈化系統(tǒng)。彩云湖濕地公園建成后，從根本上改變了所在地區(qū)的居住環(huán)境和建筑風(fēng)貌，形成了一個(gè)天然氧吧，成為該區(qū)域居民休閑娛樂(lè)的絕佳場(chǎng)所，并使得彩云湖片區(qū)成為重慶最適合居住的地方之一。

彩云湖水庫(kù)作為重慶主城區(qū)修建的面積最大的人工湖泊，2003年開(kāi)始規(guī)劃，2007年6月開(kāi)始進(jìn)行全面施工建設(shè)，2010年公園東西區(qū)全面完工。建成后的彩云湖水庫(kù)成為一個(gè)湖面面積約300畝，蓄水容積達(dá)168萬(wàn)平方米的生態(tài)湖。彩云湖補(bǔ)水凈化工程是整個(gè)桃花溪流域彩云湖水污染控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，補(bǔ)水凈化系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行意義重大。該工程建設(shè)規(guī)模為1.7萬(wàn)噸/日，占地面積為122.5畝，采取人工快滲-人工濕地組合工藝，將上游河水進(jìn)行處理后補(bǔ)充進(jìn)入彩云湖。彩云湖補(bǔ)水凈化工程從2007年7月1日動(dòng)工建設(shè)，2008年2月正式通水運(yùn)行。

該項(xiàng)目的工藝流程見(jiàn)圖4，改造后的效果見(jiàn)圖5。

圖4 工藝流程圖

圖5 改造后的效果

該工程自運(yùn)行以來(lái)，出水穩(wěn)定。表2為2014年度工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，其中COD、BOD、氨氮達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）中IV類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，TN、TP、SS優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。該工程建成以后，為桃花溪流域彩云湖提供了補(bǔ)充水源，是桃花溪流域治理工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

表2 出水水質(zhì)

4 結(jié)論

（1）人工快滲-人工濕地組合工藝用于河道水質(zhì)凈化中，對(duì) COD、BOD5、SS、NH3-N的去除效果很好，能夠達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）中IV類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，TN、TP、SS優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

（2）人工快滲技術(shù)具有水力負(fù)荷高、出水水質(zhì)好、建設(shè)成本低等優(yōu)點(diǎn)；人工濕地對(duì)總氮、總磷具有較好的去除效果。人工快滲-人工濕地組合工藝在保證出水效果的同時(shí)，能夠增加景觀的視覺(jué)美感和觀賞價(jià)值，有利于改善周邊環(huán)境質(zhì)量，在河道水質(zhì)凈化中具有好的應(yīng)用前景。

[1] 董哲仁，劉倩，曾向輝.受污染水體的生物生態(tài)修復(fù)技術(shù)[J].水利水電技術(shù)，2002，33（2）：1-4.

[2] Kadam A .，O za G .，Nem ade P.，et al .Municipal wastewater treatment using novel constructed so infilter system.Chemosphere，2008，71（5）：975-981.

[3] 何江濤，鐘佐燊，湯鳴皋，等.人工構(gòu)建快速滲濾污水處理系統(tǒng)的試驗(yàn)研究[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2002，22（3）：239-243.

[4] 何江濤.人工快滲污水處理系統(tǒng)水力負(fù)荷周期的設(shè)計(jì)[J].地學(xué)前緣，2005，12：49-54.

[5] 張金炳.污水處理人工快速滲慮系統(tǒng)研究[D].北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），2002．

[6] 郭勁松.濕干比對(duì)人工快滲系統(tǒng)除污性能的影響[J].中國(guó)給水排水，2006，22（17）：9-12．

[7] Katsutos seki，Tsuyoshi Miyazaki.A mathematical model for biological clogging wniform porus media[J].Wat Resou Res，2001，37：2995-2999.

[8] 況琪軍，胡征宇，夏宜.污水處理生物技術(shù)的應(yīng)用[J].長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2003，12（3）：259-264．

[9] 喻治平，趙智杰，楊小毛，等.人工快速滲濾池微生物活性的研究[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2005，25（5）：589-593.

Application of Constructed Rapid Infiltration Man-made Swamp Technology in Water Purification of River Course

CHEN Shu-wei1,XU Jin2,LUO Ling-xi3
(1.Shenzhen Longhua New District City Construction Bureau,Guangdong Shenzhen 518000; 2.Shenzhen-Hong Kong Institution of Industry,Education,Research & Environmental Protection Engineering Technology Co.,Ltd,Guangdong Shenzhen 518000; 3.Shenzhen Key Laboratory for Coastal and Atmospheric Research,Guangdong Shenzhen 518000,China)

The article analyzes the removal effect of pollutants and the technological advantages of the assembled technology of constructed rapid infiltration—man-made power swamp in the actual application.The result shows that COD、BOD5、NH3-N of the water quality meet IV standard of (GB 3838-2002),and TN、TP、SS meet the standard of grade one of (GB 18918- 2002).It can not only realize the mutual supplement of advantage of constructed rapid infiltration technology and manmade swamp technology,but also can improve the vision aesthetic feeling and view value and improve the environmental quality around.

constructed rapid infiltration; man-made swamp; water body of river course; purification of water body

X522

A

1006-5377（2015）06-0024-04