人工湿地保护水源地的探讨

宋晨 李岩

水源地-大多为水库是人类赖以生存的根本，同时在城市发展中具有重要的地位。虽然，人们运用现有技术通过引水等方式暂时缓解了水源的紧张，很多水源地也被作为备用水源而不被人们重视，但是真正的淡水资源匮乏没有得到根本的缓解。很多人缺少水源保护的意识，浪费、污染现象随处可见，尤其是水源地周边地理环境的优势，风景秀丽，越来越多的开发在其周围展开，很多水源地面临着污染甚至已经受到了不同程度的污染。在很多现实问题难以解决的情况下，只有将水源地武装起来才能避免被污染破坏。

人工湿地污水处理技术是一种水体生物生态综合治理技术，其原理是利用自然生态系统中物理、生物和生物化学的三重作用共同来实现对污水的处理。人工湿地技术在的广泛应用表明，它是一种处理效果稳定、投资低、运行成本低、易管理的污水处理技术。

20世纪70年代，西德首次建造人工湿地，由此开始了对人工湿地的研究和应用。该水处理技术在我国起步较晚，研究开始于1987年在天津建成的第一个实验芦苇湿地，目前该技术在我国仍处于起步阶段。人工湿地技术已被广泛应用，涉及领域包括处理生活污水、工业废水、矿山及石油开采废水等[1]，已发展成为进行湖泊水库等大型水体水质改善的一个有效方法。

点源污染是水体污染的重要原因之一。而生活污水和工业废水是最主要的点源排放。水源地附近的开发虽然考虑到了这些问题，将周边生活和工业污水截流不进入水源地处理排放，却忽视了初期雨水的污染问题。由于人类的活动，造成了地面存在着污染物，这些污染物质随着雨水进入水源地，对水源地造成了污染。初期雨水不同于一般污水，其污染物含量相对较低，且流量比较大，运用常规技术处理具有一定的难度。本论文将讨论人工湿地技术在这方面的应用。同时考虑到降雨的不确定性和收集等方面的问题，本论文中采用和雨水水质类似的污水处理厂二级出水作为实验对象。

本研究根据上述方面的考虑，基于唐皓等人的研究 [2]，改进了传统人工湿地实验设备的结构和运行方式，研究该装置在我国北方（大连）对城市污水的深度净化效果，为初期雨水的处理起到指导作用，进而达到保护水源地的目的。

一、水源地保护流程

二、实验内容及方法

2.1实验设计及流程

为了反映在北方户外的运行效果，本实验设计的实验装置安放于户外，常年运行于户外自然条件下，以得到真实的运行效果。整个装置包括三级串联人工湿地单元，第一单元采用上向流、潜流方式，其他单元采用下向流、表面流的方式，各级单元由管路连结，污水经泵提升后进入第一单元，然后靠重力流方式进入后续单元。同时设计对照反应器，与第一单元进行对照，考察植物在处理过程中的作用，其体积为第一单元的十分之一。

具体设计参数：

（1）各级实验装置均为长1.0m、宽0.7m，一级单元布水区在底部设置，而二、三级单元底部为集水区，各级底部铺放钢网，防止填料泄露。第一级单元深为1.5m，其他单元均为1.2m；第一级单元有效水深为1.3m，其他单元均为1m。为了在实验装置下部形成厌氧区域，各级装置的深度均大于一般湿地，该厌氧区域相当于前处理系统的稳定塘或厌氧塘，进而节省湿地系统的占地面积；

（2为了避免土壤系统表面短流现象，同时增加填料表面积以利于微生物代谢活动，本实验采用轻质陶粒滤料代替传统的土壤或砂石作基质。下层由粒径为7-8mm的大粒径陶粒填装，填装高度一级单元为80cm，其他单元为60cm；上层由粒径为2.5-3.5mm的小粒径陶粒填装，填装高度一级单元为40cm，其他单元为30cm。平均孔隙率为46.1%。植物采用芦苇，为大连地区常见的；

本实验装置对传统湿地实验装置作了结构上的改进：在进水和出水端设置了不同高度的进水口和出水口，可以通过改变进、出水的方式和水的流动方式来改变湿地的类型，以适应不同类型的原水水质，进而达到较好的处理效果，以便节省投资。最后，建立无植物的对照单元，用以考察植物的作用。

2.2实验的操作管理

分两阶段进行实验：5月中旬至7月下旬为第一阶段，作为初运行阶段，该阶段温度较低，采用停留时间较长，设计流量260L/d，表面负荷372mm/d，各级停留时间均为3d，总停留时间9 d，对照单元设计流量26L/d，停留时间约3d；从7月下旬开始为第二阶段，该阶段气温较高且设备内部环境较稳定，采用停留时间较短，设计流量380L/d，表面负荷543mm/d，各级停留时间均为2d，总停留时间6 d，对照单元设计流量38L/d，停留时间约2d。

2.3原水水质

本实验进水采用水质类似雨水的大连某污水处理厂的二级出水，主要水质指标如下：

CODcr：30-60mg/l，TN：20-60mg/l，NH3-N：10-30mg/l，NO2-N：0.5-5mg/l，TP：1-5mg/l。

三、实验结果

经过实验分析结论如下【3】：

（1）三级串联人工湿地系统能够较好的处理低浓度的污水，其出水可以达到中水回用的标准。同时该装置能够脱氮除磷效果，可有效防治“水体富营养化”。

（2）人工湿地系统设计中的重要参数之一是停留时间，选择适当的停留时间可以达到预期的净化效果。

（3）因为TN的去除以生物反应为主，因此TN的去除需要的停留时间较长；而TP以吸附去除为主， 故TP的去除需要的停留时間较短，停留时间长会造成解吸附现象，也会造成厌氧释磷现象，从而影响效果。

（4）植物是人工湿地中重要的组成部分之一，在很大很大程度上影响处理效果。因此选择植物很重要。

四、结论

实验结果表明，人工湿地技术作为处理污水处理厂二级出水深度处理技术是可行的。虽然实验没有用初期雨水作为实验对象，但是人工湿地技术用作初期雨水的处理单元在理论上是可行的。这就为水源地的保护提供了新的思路，为进一步的研究打下了基础。

参考文献

[1]籍国东，孙铁珩等.人工潜流湿地处理稠油采出水的实验研究[J].环境科学学报，2001，

21（5）：619-621.

[2]唐皓，项学敏.周集体.表面流人工湿地设计的改进及污水净化效果的研究[J].农业环境科学学报，2005，24（增刊）：125-129.

[3]宋晨，项学敏.周集体.人工湿地对北方城市污水深度处理效果的研究[J].环境污染与防治，2007，29（6）：433-436，442.

（作者单位：大连大化工程设计有限公司；大连市城市交通设计研究院）