人工湿地分散式污水处理系统的设计和运行

李 涛， 周 律， 武红功

（1. 清华大学 环境学院，北京 100084；2. 北控水务集团有限公司，北京 100124；3. 中国石油 吐哈油田公司，新疆 吐鲁番 838202）

专题报道

人工湿地分散式污水处理系统的设计和运行

李 涛1，2， 周 律1， 武红功3

（1. 清华大学 环境学院，北京 100084；2. 北控水务集团有限公司，北京 100124；3. 中国石油 吐哈油田公司，新疆 吐鲁番 838202）

采用由预处理单元、水平潜流人工湿地单元、消毒单元和污泥干化单元组成的分散式污水处理系统对采油区生活点污水进行了处理和资源化利用。核心工艺单元水平潜流人工湿地单元的优化设计参数为：人工湿地宽20 m、长80 m，采用多段串联布置形式。分散式污水处理系统实际处理水量为92～136 m3/d，在5年的实际运行过程中，COD，BOD5，NH3-N，SS的平均去除率分别为75.9%，77.3%，96.0%，96.1%。处理后出水经消毒后的水质优于GB/T18920—2002《城市污水再生利用 城市杂用水水质》标准中绿化用水的水质，可作为绿化灌溉用水回用；干化后的栅渣和污泥可作为绿化肥料使用，能实现污水的资源化利用和处理系统的零排放。

分散式污水处理系统；人工湿地；生活污水；工艺设计；运行管理

采油区生活点是采油工作人员临时生活和物资补给的重要场所，生活点运转过程中会排出大量的生活污水。多数采油区生活点缺少完备的污水收集系统和污水处理设施，未经处理的污水直接排放，对生活点周边的环境造成很大的影响。有效地解决采油区生活点污水处理问题是目前这些生活点环境保护的迫切需求。对污水进行分散处理可实现资源的高效利用［1］。分散式污水处理系统一直是污水处理研究和应用的热点［2-4］。

本工作建造了由预处理单元、水平潜流人工湿地单元、消毒单元和污泥干化单元组成的分散式污水处理系统，将某采油区生活点污水进行就地处理，以水平潜流人工湿地作为分散式污水处理系统的核心工艺单元，优化了人工湿地的设计和运行参数。

1 设计污水处理量和水质

该污水处理系统设计污水处理量为100 m3/d，出水水质执行GB 8978—1996《污水综合排放标准》［5］的二级标准。污水处理系统设计进出水的水质见表1。

表1 污水处理系统设计进出水的水质

2 工艺流程和工艺设计

2.1 工艺流程

分散式污水处理系统由预处理单元、水平潜流人工湿地单元、消毒单元、污泥干化单元组成。先将采油区生活点污水注入调节池，经过5 mm格栅后进入竖流式沉淀池，以去除污水中的悬浮物；沉淀池出水依次经过一段人工湿地、二段人工湿地、三段人工湿地，分别采用物理法、化学法和生物法去除污水中的有机物、NH3-N等；人工湿地出水在消毒池中经过次氯酸钠消毒后储存在清水池内，作为绿化灌溉用水回用。将格栅的栅渣和沉淀池产生的污泥送入污泥干化滤床，滤液回流至调节池，干化后的栅渣和污泥可作为绿化肥料使用。采油区生活点分散式污水处理的工艺流程见图1。

2.2 工艺设计

人工湿地单元是整个污水处理系统的核心，人工湿地的工艺设计应结合污水水质特点和水量变化情况，并充分考虑气候等影响因素，合理设计的人工湿地可以确保设施连续运行数十年［6］。本部分重点介绍人工湿地单元的设计参数，其他工艺单元的设计参数参考相关的设计规范。

2.2.1 人工湿地规模的确定

2.2.1.1 人工湿地面积的确定

采用有机物面积负荷法［7］计算人工湿地的面积，取BOD5面积负荷为6 g/（m2·d），则人工湿地面积为1600 m2。

图1 采油区生活点分散式污水处理的工艺流程

2.2.1.2 人工湿地宽度、长度、水头损失的确定

依据达西定律计算人工湿地的宽度［7-8］。人工湿地中主体填料为粒径5 ～ 25 mm的砾石。统计研究显示，粒径5～10 mm的洁净砾石的水力传导系数为3.4×104m/d，粒径10 ～15 mm的洁净砾石的水力传导系数为6.2×104m/d，粒径15～25 mm的洁净砾石的水力传导系数为1.2×105m/d［8］。考虑到人工湿地运行过程中填料之间的空隙会缓慢地发生堵塞，水力传导系数将下降90%～95%，取水力传导系数的设计值为2000 m/d［8］；根据实际地形，取人工湿地进水端和出水端液面差（最大允许水头损失）为0.4 m，冬季进水端水位为0.6 m，夏季进水端水位为1.1 m。计算得到人工湿地宽度为20 m，长度为80 m。

2.2.1.3 人工湿地深度的确定

人工湿地深度的确定取决于湿地超高、进水端填料厚度、填料表面沿水流方向的坡度（i1）、湿地底面沿水流方向的坡度（i2）以及湿地的布置形式。一般水平潜流人工湿地的填料厚度为0.3 ～ 0.7 m，为确保冬季系统能正常运行，设计中增加了填料厚度。冬季进水端水位为0.6 m，则进水端填料厚度至少为1.4 m（当地冻土层深度为0.8 m），取1.5 m；湿地超高设为0.3 m，则湿地进水端池体结构净深1.8 m。取i1和i2分别为0和0.005，可以计算出沿湿地长度方向上各点的深度，如沿湿地长度方向上距离进水端40 m处断面的池体结构净深为2.0 m。

2.2.1.4 人工湿地布置形式的确定

考虑到人工湿地内水头损失的影响以及场地的限制，人工湿地分为两个相等的部分串联布置，每部分的平面尺寸均为20 m×40 m。第一部分人工湿地进一步划分为两个部分，平面尺寸分别为20 m×5 m和20 m×35 m。三部分人工湿地从小到大分别称为一段人工湿地、二段人工湿地和三段人工湿地。二段人工湿地的出水端通过管道连接到三段人工湿地的进水端。为了避免短流现象和创造良好的推流条件，进一步将各段人工湿地划分为两组并列运行的湿地。

一段人工湿地主要用于拦截SS等，若发生堵塞，仅需要更换湿地的填料即可；二段人工湿地和三段人工湿地主要用于去除有机物、NH3-N、致病菌等。这种形式的设计与文献［9-10］报道的结果一致。

2.2.2 人工湿地植物的选择及种植

根据耐污能力强、根系发达、适合当地环境、抗冻抗害能力较强、容易管理的原则［11］，选用当地最常见的芦苇作为人工湿地的植物。

芦苇的种植密度为每平方米15 ～ 20 棵，在人工湿地经过闭水实验后进行移植栽培。栽培初期要保持湿地内水位位于湿地表面之上5 cm左右［7］，待芦苇成活后，逐渐将水位降低到正常设计运行的水位。

2.2.3 人工湿地的进出水装置

人工湿地的进水装置采用带阀门的穿孔布水管，布水管管径160 mm、孔径10 mm，两列。进水布水管设置在填料层中间，孔口朝下，避免老化现象及堵塞的发生。

人工湿地的出水装置包括穿孔收集管、连接竖管和出水汇集管。穿孔收集管管径160 mm、孔径10 mm，两列，孔口朝下；连接竖管管径160 mm，连接穿孔收集管和出水汇集管，避免人工湿地内污水短流，并输送污水至出水汇集管；出水汇集管分为两组，上下布置，管径均为160 mm，均与连接竖管连接，依靠各自的阀门控制其开启与关闭，控制湿地内污水水位：夏季下部出水汇集管关闭，人工湿地内水位升高，出水由上部出水汇集管流出；冬季下部出水汇集管开启，人工湿地内水位下降，出水由下部出水汇集管流出。污水处理系统构筑物的容积和数量见表2。

表2 污水处理系统构筑物的容积和数量

3 污水处理系统的运行效果

本污水处理系统于2009年竣工，实际处理水量为92～136 m3/d，连续运行至今。截止2014年12月，各项污染物的去除效果良好，达到设计要求。出水经消毒后的水质优于GB/T18920—2002《城市污水再生利用 城市杂用水水质》［12］标准中绿化用水的水质。干化后的栅渣和污泥可作为绿化肥料使用，能实现污水的资源化利用和处理系统的零排放。

人工湿地的主要污染物去除效果见表3。由表3可见，污水处理系统实际运行过程中COD去除率为30.6%～84.0%，平均去除率为75.9%；BOD5去除率为42.0%～82.6%，平均去除率为77.3%；NH3-N去除率为93.2%～98.7%，平均去除率为96.0%；SS去除率为61.9%～97.7%，平均去除率为96.1%。各主要指标的去除效果远优于设计值。

污水处理系统运行过程中，电费以每度电0.5元计，人工费用以每月1000元计，次氯酸钠以每吨500元计，药剂投加量按10 mg/L计，则污水处理系统的吨水直接运行费用约为0.4 元。

表3 人工湿地的主要污染物去除效果

4 污水处理系统的维护管理

根据工程所在地的气候条件，人工湿地污水处理系统的运行维护除了需要进行日常工艺操作、设备检查、植物管理、污泥清理、水质监测、故障处理等事项外，还应该特别考虑西北地区风沙较大、气温变化大等情况，采取合理的运行、维护措施。

为了防止风沙沉积对污水水质、机械设备（如潜水泵）、敞口构筑物造成影响，当遇到风沙较大的天气时，除人工湿地外，要及时遮盖处理系统的其他构筑物，过后再及时清理构筑物内沉积的尘沙。

考虑到当地季节变化明显，冬季低温和夏季高温比较极端，为了使污水处理系统能在冬季低温下正常运行，需要降低人工湿地内的运行水位［13］。每年12月到来年3月，将人工湿地出口处的冬季出水阀门打开，使人工湿地内的运行水位由湿地表面下的0.3 m降至0.8 m（冻土深度）。其他月份，将人工湿地出口处的冬季出水阀门关闭，使人工湿地内的运行水位恢复到湿地表面下0.3 m。

5 结论

a）分散式污水处理系统由预处理单元、水平潜流人工湿地单元、消毒单元和污泥干化单元组成。其中，核心工艺单元水平潜流人工湿地单元的优化设计参数为：人工湿地宽20 m、长80 m，采用多段串联布置形式。

b）分散式污水处理系统处理水量为92～136 m3/d，在5年的实际运行过程中，COD，BOD5，NH3-N，SS的平均去除率分别为75.9%，77.3%，96.0%，96.1%。出水经消毒后的水质优于GB/ T18920—2002《城市污水再生利用 城市杂用水水质》标准中绿化用水的水质。

c）分散式污水处理系统的运行维护需要特别考虑西北地区风沙较大、冬季低温和夏季高温比较极端等情况。每年12月到来年3月，人工湿地内的运行水位在湿地表面下0.8 m；其他月份，人工湿地内的运行水位在湿地表面下0.3 m。

d）分散式污水处理系统的出水可作为绿化灌溉用水回用，干化后的栅渣和污泥可作为绿化肥料使用，能实现污水的资源化利用和处理系统的零排放。

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（编辑 祖国红）

《危险化学品目录（2015版）》即将实施

2015年3月9日，国家安全生产监督管理总局、中华人民共和国工业和产业化部、公安部、环境保护部、交通运输部、农业部、国家卫生和计划生育委员会、国家质量监督检验检疫总局、国家铁路局、中国民用航空局等10部委联合发布了2015年5号公告，正式公布了《危险化学品目录（2015版）》（以下简称“目录2015”）。同时声明，“目录2015”于2015年5月1日起正式实施，《危险化学品名录（2002版）》（以下简称“名录2002”）、《剧毒化学品目录（2002年版）》同时废止。

“目录2015”对危险化学品的定义、确定原则及剧毒化学品的定义、判定界限和各栏目的含义及其他事项进行了明确说明。

“目录2015”与“名录2002”的不同：

1、名称有变化

2002版为“名录”，而2015年版名称为“目录”。

2、分类标准不同

目录2015年版是依据国家标准GB13690-2009《化学品分类和危险性公示通则》，按物理危险、健康危害和环境危害三个危险和危害特性类别进行确定，分类依据GB30000系列标准进行。按照GHS制度中的“积木块”原则，把危险化学品分类为物理危险、健康危害和环境危害三大类，总共28种类，81类别。该系列标准对应于联合国《全球化学品统一分类和标签制度》，即GHS。

而名录2002主要依据GB6944-1986《危险货物分类和品名编号》确定危险性分类，将危险化学品分为爆炸品、压缩气体和液化气体、易燃液体、易燃固体、自燃物品和遇湿易燃物品、氧化剂和有机过氧化物、有毒品、腐蚀品等7类别和17 项别，不包括放射性物质。

3、结构和内容的变化

（1）增加了“序号”、“CAS号”和“备注”，删除了“UN号”。

目录2015将名录2002和《剧毒化学品目录（2002年版）》合二为一，目录2015采取了在“备注”中注明“剧毒”的方式将剧毒物质进行标识。

（2）目录2015共涉及品种序号2828个，品名2998个；名录2002共涉及3814个。与名录2002相比，目录2015减少了836个品名，其中1942个品名和名录2002相同，尚有1056个品名名录2002中没有。

从数量上来看，目录2015明显减少，主要删除了危险性较低或国内不常见的化学品及争议较大的物质。因目录2015扩大了危险化学品的含义，采用了联合国GHS化学品危害的评估方法和标准，把化学品的健康和环境危害纳入分类，于是大量原来未列入名录2002的化学品将被归类为危险化学品。因此，较名录2002，新版涉及的危险化学品数量实际是增加的。

（3）相比《剧毒化学品目录（2002年版）》，目录2015版剧毒化学品由335种减少到148种，其中138种为原有，另有10种为新增。

《危险化学品目录》是《危险化学品管理条例》（国务院591号令）的重要组成部分，自2002年公布《危险化学品名录》，时隔13年公布新版《危险化学品目录（2015版）》对加强化学品管理、适应新形势下的环境保护、方便贸易等具有积极意义，同时对化学品生产经营企业将产生一定影响。

（以上由马英供稿）

Design and Operation of Decentralized Wastewater Treatment System with Constructed Wetlands

Li Tao1，2，Zhou Lü1，Wu Honggong3
（1. School of Environment，Tsinghua University，Beijing 100084，China；2. Beijing Enterprises Water Group Limited，Beijing 100124，China；3. CNPC Tuha Oilf i eld Company，Turpan Xinjiang 838202，China）

A decentralized wastewater treatment system，composed of pretreatment unit，horizontal subsurface fl ow constructed wetlands unit，disinfection unit and sludge drying unit，was used to treat and recycle the domestic sewage in a resident site of oilf i eld. As the key treatment unit，several design parameters of the horizontal subsurface fl ow constructed wetlands were optimized and the optimum design parameters are as follows：20 m of width，80 m of length，and with multi-step series arrangement. According to the data statistics of 5 years operation，the actual quantity of sewage treatment is 92-136 m3/d，and the average removal rates of COD，BOD5，NH3-N and SS are 75.9%，77.3%，96.0% and 96.1%，respectively. The quality of the disinfected eff l uent is better than the requirement of GB/ T18920-2002 for greening water from urban sewage reuse，so it can be reused as irrigation water for virescence；The dried screenings and sludge can be used as green fertilizer. Therefore，the resource utilization of the domestic sewage and zero emission of the treatment system are achieved.

decentralized wastewater treatment system；constructed wetlands；domestic sewage；process design；operation managment

X703.1

A

1006 - 1878（2015）03 - 0221 - 05

2015 - 02 - 09；

2015 - 03 - 27。

李涛（1983—），男，山西省晋城市人，硕士，助理研究员，电话 010 - 62773079，电邮 litao@bewg.net.cn。联系人：周律，电话 010 - 62773079，电邮 zhou2001@263.net.cn。