張德蘭 吳惠民

摘要：水質(zhì)凈化工藝是水質(zhì)凈化工程建設(shè)的關(guān)鍵，本文以稻屯洼濕地為載體，在結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境的基礎(chǔ)上，通過多種技術(shù)比選、優(yōu)化組合，將生態(tài)處理工藝相結(jié)合，通過水生植物（包括挺水、浮葉、沉水等植物帶）的優(yōu)化配置和多品種水生動(dòng)物的投加與布水集水系統(tǒng)相結(jié)合，研發(fā)成功了人工濕地深度水質(zhì)凈化新工藝，即前處理床—表流濕地I—潛流濕地—表流濕地II的組合，既具有良好水質(zhì)凈化效果，同時(shí)取得顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，以供參考。

關(guān)鍵詞：水質(zhì)凈化；稻屯洼；表流濕地；潛流濕地

DOI：10.12433/zgkjtz.20240143

東平湖是山東省第二大淡水湖，是南水北調(diào)東線工程最后一級(jí)調(diào)蓄水湖泊，確保進(jìn)入東平湖的水質(zhì)安全達(dá)標(biāo)意義重大。按照南水北調(diào)要求，整個(gè)調(diào)水沿線水質(zhì)應(yīng)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)：COD≤20mg/L、氨氮≤1.0mg/L、總磷≤0.2mg/L、總氮≤1.0mg/L。目前，全縣城區(qū)生活污水、企業(yè)外排廢水及工業(yè)園區(qū)的外排水經(jīng)縣污水處理廠處理后再通過稻屯洼注入東平湖，然而縣污水處理廠外排水的標(biāo)準(zhǔn)，化學(xué)需氧量≤50mg/L、氨氮≤5.0mg/L、總磷≤0.5mg/L、總氮≤15mg/L，超過地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的V類水質(zhì)，嚴(yán)重影響了自然濕地生態(tài)系統(tǒng)中生物的生長(zhǎng)。所以在污水處理廠尾水與自然濕地之間增加濕地深度強(qiáng)化處理是十分必要的。

稻屯洼現(xiàn)為灘涂，具有大片的洼地，便于生態(tài)處理系統(tǒng)的布置，不占用大量耕地，東平湖入湖口和出湖口也有大量未修復(fù)的自然濕地，基于東平湖流域的環(huán)境和地形特點(diǎn)，本文就如何利用生物/生態(tài)技術(shù)相結(jié)合治理低濃度廢水展開了研究。

一、工藝技術(shù)研究方案

（一）研究思路

水質(zhì)凈化工藝是水質(zhì)凈化工程建設(shè)的重要因素，處理工藝的先進(jìn)性、適用性不僅會(huì)影響處理效率，還會(huì)影響整個(gè)工程基建投資、占地面積、運(yùn)行費(fèi)用、運(yùn)行可靠程度以及工程運(yùn)行管理等。因此，水質(zhì)凈化工藝的研究必須結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂?、氣象、地理、?jīng)濟(jì)和水量和水質(zhì)等實(shí)際情況。根據(jù)東平縣的自然地理?xiàng)l件和水質(zhì)特點(diǎn)，滿足地表水III類標(biāo)準(zhǔn)及生態(tài)利用部分內(nèi)各功能對(duì)水質(zhì)水量的要求，選擇合理、經(jīng)濟(jì)、可行和可靠的污水綜合處理方案。根據(jù)水質(zhì)凈化工程已確定的水質(zhì)凈化進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)和出水水質(zhì)要求，處理工藝主要以進(jìn)一步去除污水處理廠的出水、大汶河污水和雨水中的有機(jī)物、懸浮固體、營養(yǎng)性物質(zhì)氮和磷等污染物質(zhì)為目的，在結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)有的濕地資源、并與多種生態(tài)處理工藝相結(jié)合，成功研發(fā)了人工濕地深度水質(zhì)凈化新工藝，即前處理床—表流濕地I—潛流濕地—表流濕地II的組合工藝，既具有良好水質(zhì)凈化效果，又能取得顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

（二）主要技術(shù)原理及主要性能指標(biāo)

該工藝水質(zhì)主要凈化機(jī)理是：對(duì)污染物的沉降、對(duì)懸浮物的過濾、吸附、離子交換、對(duì)污染物的降解、植物對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收、對(duì)病原體的滅活。其功能是對(duì)低濃度廢水通過礪石之間形成的生物膜吸附、植物根系對(duì)等營養(yǎng)物質(zhì)的吸收以及水生動(dòng)物直接或間接以水生植物和微生物為食進(jìn)行深度降解處理。進(jìn)水水質(zhì)：化學(xué)需氧量≤50mg/L、氨氮≤5.0mg/L、總磷≤0.5 mg/L、總氮≤15mg/L，降解為出水水質(zhì)COD≤20mg/L、氨氮≤1.0mg/L、總磷≤0.2mg/L、總氮≤1.0mg/L，最大限度上削減污染負(fù)荷。

二、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)

該工藝克服了傳統(tǒng)單一生物/生態(tài)廢水處理模式，通過多種技術(shù)比選、優(yōu)化組合，結(jié)合東平湖流域的環(huán)境和地形特點(diǎn)，研發(fā)人工濕地深度強(qiáng)化處理廢水新工藝，從根本上解決了東平縣的地表水污染問題，確保調(diào)水水質(zhì)的安全性。該工藝從濕地類型的組合到填料、植物的篩選配置以及布水和集水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，均屬國內(nèi)領(lǐng)先。

潛流濕地是人工濕地深度水質(zhì)凈化新工藝的核心，在稻屯洼原有天然濕地基礎(chǔ)上進(jìn)一步人工構(gòu)筑水池或溝槽，在底面鋪設(shè)防滲層，并充填一定深度的礪石、聚酯類組成填料床，在表面種植黃菖蒲、再力花、千屈菜等耐水植物，形成一個(gè)含多種基質(zhì)和生物的獨(dú)特生態(tài)環(huán)境。在潛流濕地系統(tǒng)中，污水在濕地床體內(nèi)部緩慢流動(dòng)，充分利用基質(zhì)截留的作用，有效延長(zhǎng)污水停留時(shí)間，并通過豐富的植物根系及基質(zhì)層表面生長(zhǎng)的生物膜對(duì)污水中氮、磷的吸收，提高濕地系統(tǒng)的處理效能，同時(shí)由于污水在土壤層以下流動(dòng)，具有保溫性較好、處理效果受外界影響小、不會(huì)因氣味和感官再次污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。

表流濕地是該工藝的重要組成部分，現(xiàn)有的大量天然沼澤濕地具有效率高、投資低、低運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用、低維持技術(shù)和基本不耗電的優(yōu)點(diǎn)。潛流濕地填料的選擇對(duì)于潛流濕地污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行效能也至關(guān)重要，填料的物理和化學(xué)性質(zhì)都可能影響污水處理效果。在綜合考慮各種填料的特點(diǎn)、造價(jià)及就近取材等因素的基礎(chǔ)上，選用礪石、聚酯類作為工藝的填料。填料使?jié)摿鳚竦貎?nèi)空隙變大，有效地使?jié)竦卮搀w比表面積變大，使微生物有更大的附著面積，極大地增加填料內(nèi)部微生物活性，提高系統(tǒng)對(duì)污染物的去除能力。

對(duì)于人工濕地處理系統(tǒng)而言，選擇合適的水生植物顯得尤為重要。根據(jù)對(duì)東平湖流域的現(xiàn)場(chǎng)考察和調(diào)研結(jié)果，基于因地制宜、本土和強(qiáng)凈化能力、生物多樣性、經(jīng)濟(jì)效益和景觀協(xié)調(diào)的原則，選擇魚藻、苦草等作為人工濕地的沉水植物主要物種，選擇菱角、蓮藕等作為人工濕地的浮葉植物的主要物種，選擇千屈菜、再力花、美人蕉 、水蔥、黃昌蒲等作為挺水植物的主要物種。

選擇植物還主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：生命力強(qiáng)、抗冰凍、抗炎熱、能抗病蟲害、對(duì)污染物耐受能力強(qiáng)、植物的年生長(zhǎng)期長(zhǎng)、是冬季半枯萎或常綠植物、具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值、文化及景觀效益和綜合利用價(jià)值。

濕地的進(jìn)出水控制措施極大地增加了濕地的處理效果和運(yùn)行的可靠性。第一，把集水裝置布水的均勻性作為設(shè)計(jì)關(guān)鍵，前處理床進(jìn)水采用五個(gè)單元并聯(lián)，每個(gè)單元前都設(shè)有閥門井及流量計(jì)。進(jìn)水端采用配水管穿孔，使進(jìn)水在前處理床上均勻分布。第二，出水裝置對(duì)水位進(jìn)行控制，減少水流短路現(xiàn)象，出水端采用三角集水堰，確保集水的連續(xù)性。

水質(zhì)處理效果，歷時(shí)一年對(duì)進(jìn)水水質(zhì)和出水水質(zhì)進(jìn)行采樣分析，結(jié)果如表2所示：

從表中數(shù)據(jù)看出，COD降解率達(dá)到50%以上，氮、磷的去除率達(dá)80%以上。

三、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益分析

新工藝已成功應(yīng)用于稻屯洼水質(zhì)凈化工程，取得了顯著的環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

該工藝的成功應(yīng)用使進(jìn)水水質(zhì)COD≤60mg/L、NH3－N≤5mg/L降解為出水水質(zhì)COD≤20mg/L、NH3－N≤1mg/L，為確保東平湖調(diào)水水質(zhì)的安全穩(wěn)定發(fā)揮了重要作用。

新工藝應(yīng)用后，年削減COD720t、氨氮72t，增加了環(huán)境容量，發(fā)揮了巨大的減排效益，也避免了汛期可能出現(xiàn)的突發(fā)性污染事故，大大降低了面源性污染對(duì)東平湖的影響。

應(yīng)用該工藝后，可以改善稻屯洼的生態(tài)環(huán)境，調(diào)節(jié)流域的小氣候，重現(xiàn)“稻蒲荷香”古景，成為縣城西區(qū)新的亮點(diǎn)，為居民提供一個(gè)觀光、旅游和休閑度假的場(chǎng)所，環(huán)境效益顯著。同時(shí)，生態(tài)工程建成后，種植葦、蒲、藕水生植物，獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益。

四、結(jié)語

采用人工濕地深度水質(zhì)凈化新工藝處理污水，基建投資少，運(yùn)行費(fèi)用低，治理效果好，不僅能有效治污，還能使處理后的污水得到綜合利用，是典型的小流域末端控制性污水綜合“治、用、?！毙鹿に?，使污水處理從以處理為主要目的“處理型”向以處理與利用相結(jié)合，或以利用為主要目的的“利用型”轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)了自然資源開發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境保護(hù)和改善的相協(xié)調(diào)，該水質(zhì)凈化新工藝為小流域污水綜合治理探索出良性循環(huán)和可持續(xù)發(fā)展的出路。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫連鵬，馮晨，劉陽，等.強(qiáng)化生態(tài)浮床對(duì)珠江水中氮污染物去除研究[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，48（01）：93-97.

[2]劉華波，楊海真.穩(wěn)定塘污水處理技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展[J].天津城市建設(shè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，09（01）：19-22.

[3]陳開寧，鄒晶，陳曉峰，等.五里湖富營養(yǎng)水體生態(tài)重建試驗(yàn)[J].現(xiàn)代城市研究，2005（05）：47-52.

[4]盧少勇，金相燦，余剛.人工濕地的氮去除機(jī)理[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2006，26（08）：2670-2677.

[5]江紅梅.城市河流綜合治理與生態(tài)建設(shè)理論及方法探索[D].西安：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2006.

[6]鐘建紅，黃廷，林解岳，等.城市河湖水質(zhì)改善與保障技術(shù)研究[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006，38（06）：771-776.

[7]林靜，凌云，徐亞同.表面流人工濕地中磷的季節(jié)性遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，50（16）：3307-3309.

[8]陳曉強(qiáng)，劉若鵬，申亮.生態(tài)塘應(yīng)用于污水深度處理的技術(shù)現(xiàn)狀及前景展望[J].環(huán)境科學(xué)，2010，23（Z2）：107-110.

[9]胥丁文，陳玲娜，馬前.生態(tài)浮床技術(shù)的應(yīng)用及研究新進(jìn)展[J].中國給水排水，2010，26（14）：11-15.