人工快渗-人工湿地工艺在河道水净化中的应用

陈述蔚，徐 进，骆灵喜

（1.深圳市龙华新区城市建设局，广东 深圳 518000；2.深圳市深港产学研环保工程技术股份有限公司，广东 深圳 518000；3.深圳市海岸与大气研究重点实验室，广东 深圳 518000）

人工快渗-人工湿地工艺在河道水净化中的应用

陈述蔚1，徐 进2，骆灵喜3

（1.深圳市龙华新区城市建设局，广东 深圳 518000；2.深圳市深港产学研环保工程技术股份有限公司，广东 深圳 518000；3.深圳市海岸与大气研究重点实验室，广东 深圳 518000）

通过人工快渗-人工湿地组合工艺处理河道水的工程案例，分析了人工快渗-人工湿地组合工艺在实际应用中对污染物的去除效果和工艺优势，结果表明该组合工艺出水水质中的COD、BOD5、NH3-N 达到《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）中IV类标准，TN、TP、SS达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A标准，不仅实现了人工快渗技术和人工湿地技术的优势互补，并且能够提高污水处理设施的视觉美感和观赏价值，改善周边环境质量。

人工快渗；人工湿地；河道水体；水体净化

1 概述

城市是以人口密集和土地、空间、供排水的高负荷为特征的。河流作为城市的血脉，是城市景观和空间文化的组成部分，是城市发展所依托的生态基础。城市河流作为重要的资源和环境载体，关系到城市的生存，制约着城市的发展。近年来，随着我国城市化进程的加快，以及居民生活条件的改善，城镇居民对居住环境的要求不断提高。为了满足城镇居民的需求，提升居民的生活品质，优化城镇居民生活环境，众多城市都加大了城市河道、景观水体和人工湖泊的建设力度。

我国大部分城市水资源紧缺，水体补水困难，加上有外源性污染物进入水体，很容易造成水体富营养化，其具体表现为藻类爆发、水体变绿、产生恶臭，严重影响周围居民的生活。城市河道被污染，不仅威胁了人民生命财产安全，也影响了城市投资环境，制约城市品位的提升，与城市发展目标定位不相适应。河流本身虽具有一定的自净能力，河岸渗滤系统对河水也有一定的净化作用，但城市外源性污染物的进入量一般都会超过河流本身的自净能力，因此，城市河道水体净化技术是河道水体发挥正常功能的重要保障。

目前国内采用的河流修复方法主要有物理法、化学法及生态修复方法。

物理治理技术主要包括污水截排、引水稀释、底泥疏浚、机械除藻、人工曝气等，技术存在暂时性、不稳定性以及治标不治本的问题，不能在修复水体的同时完善水生生态系统结构、提高水体自净的能力，只能作为对付突发性水体污染的应急措施。

化学法主要为混凝沉淀方法，通常可作为重大事故应急处置方法，具有能较快处理危险性污染物的特点，但不具有可持续性，具有较高的治理成本，而且存在二次污染的风险。

生态修复技术是采用人工措施利用植物、微生物的生命活动，对水中污染物进行降解或转化成无害物质的水体净化技术，该技术克服了物理、化学修复技术的缺点，具有处理效果好、费用低廉、不需耗能或低耗能等优点，最重要的是该技术可以使污染水体的自净能力逐渐恢复，是人与自然和谐相处的治污途径[1]。

人工快渗技术（CRI）和人工湿地技术是两种较为常用的生态处理技术，CRI系统对CODCr、BOD5、SS和氨氮等污染物去除效果较好[2]；而人工湿地通过植物吸收及微生物分解，对总氮及总磷能够有效去除。本研究提出了人工快渗技术和人工湿地技术组合工艺处理河道水，通过工程案例分析该组合工艺的去除效果及优势，为解决河道水质恶化问题提供一种组合型生态处理工艺。

2 人工快渗-人工湿地组合工艺概述

2.1 工艺原理

人工快速渗滤技术（Constructed Rapid Infiltration Technology，简称CRI技术）是近年来发展迅速的新型土地处理技术。该技术采用天然河沙作为主要渗滤介质人工构造的快速渗滤系统，继承了土地处理工艺建设成本和运营成本低、操作方便、管理简单的优点，与传统工艺相比，还大大地提高了水力负荷，不受土地等自然环境的影响，提高了工艺的实用性。人工快渗系统采用干湿交替的运行方式，淹水期和落干期构成一个水力负荷周期。当污水流经时，由于滤料呈压实状态，利用滤料粒径较小的特点，通过滤料中黏土性矿物和有机质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悬浮物和溶解性物质；在落干期，系统内处于充分好氧状态，滤料的高比表面积带来的高浓度生物膜对附着于其表面的污染物进行好氧生物降解使污染物得到最终去除[3-6]。CRI系统是在过滤截留、吸附和生物降解的协同作用下去除污染物[7-8]。CRI过滤截流和吸附作用在系统中主要起调节机制，而有机污染物的真正去除主要靠好氧生物降解[9]。CRI技术具有工艺流程简单、系统水力负荷高、投资运行成本低、建设周期短、出水质量好、操作维护简便、不产生活性污泥等优点，并已成功解决在北方地区应用时的保温防冻问题。

人工湿地本身是一个综合的生态系统。各种植物对不同污染物有不同的吸收、分解能力，通过综合、合理地配置植物，可以人为构造出一个物种共生、物质循环再生的生态系统。水体中的污染物通过这个生态系统被植物分解、吸收，使水体得到净化。人工湿地可以充分发挥资源的再生潜力，防止环境的二次污染，进而获得水体净化与资源化的最佳效益，是一种较好的生态废水处理方式。其优点是处理成本低、管理简单；缺点是占地面积大、水力负荷低、冬季运行效果不明显。将人工快渗和人工湿地有机结合起来，可以取长补短，充分发挥两者的优势。

2.2 工艺流程简述

人工快渗-人工湿地组合工艺流程如图1所示，主要由前处理工艺—混凝沉淀，人工快渗池及人工湿地三部分组成。河水通过自流的方式进入格栅渠，经格栅去除大颗粒杂质，继而通过提升泵提升至混凝反应池，投加絮凝剂及混凝剂进行反应，混凝区形成的矾花进入沉淀区进行泥水分离，主要去除水中部分有机物、SS及TP；沉淀池出水进入配水池，尾水通过配水池分配到各人工快渗池进行处理，快渗池通过过滤、吸附、生物降解等物理化学过程去除水中CODCr、SS及氨氮。快渗池出水进入人工湿地，通过植物吸附及微生物降解等作用，去除残余的CODCr、总氮及总磷等物质，保证出水水质。

图1 工艺流程示意

3 应用工程案例

3.1 成都凤凰河二沟污水处理工程

成都市凤凰河二沟属沙河上游的支流，其上游沿岸及周围城区无截污分流的排水管网，所有生活污水、乡镇企业污水、农灌废水及地表径流水都未经治理直接排入凤凰河二沟，造成凤凰河二沟河水发黑发臭，并直接排入府南河中，污染了当地环境，影响了城市市容。为保护水质并解决河水的污染问题，采用人工快渗-人工湿地组合工艺对凤凰河二沟污水进行了综合治理，于2007年4月竣工并投入使用。凤凰河二沟水污染治理示范工程建设规模2万吨/日，采用的CRI工艺流程见图2，河道处理后的效果见图3。

图2 成都凤凰河二沟污水处理工程工艺流程图

图3 处理后的河道

该工程自运行以来，运行稳定。表1为该工程2013年2月至2013年12月出水水质的变化情况，由系统运行情况和水质检测结果可知，系统对COD、BOD、氨氮及SS的去除效果非常好，整体能够达到《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）中IV类标准， TN、TP优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A标准。

表1 出水水质

3.2 重庆桃花溪彩云湖补水净化工程

彩云湖城市湿地公园是重庆市首个国家级湿地公园，也是重庆市最大的生态公园和城市湿地公园。彩云湖湿地公园位于重庆市九龙坡区和高新区交界处，总面积为83.1公顷，整个公园由彩云湖水库、桃花溪河与其他的湿地景观共同组成。彩云湖公园的主打风格是“立体湿地”，形成溪流、池塘、梯田的组合，在立面展开湿地。公园的溪流和湖泊主要是桃花溪河和彩云湖水库，梯田是指湖滨补水净化系统。彩云湖湿地公园建成后，从根本上改变了所在地区的居住环境和建筑风貌，形成了一个天然氧吧，成为该区域居民休闲娱乐的绝佳场所，并使得彩云湖片区成为重庆最适合居住的地方之一。

彩云湖水库作为重庆主城区修建的面积最大的人工湖泊，2003年开始规划，2007年6月开始进行全面施工建设，2010年公园东西区全面完工。建成后的彩云湖水库成为一个湖面面积约300亩，蓄水容积达168万平方米的生态湖。彩云湖补水净化工程是整个桃花溪流域彩云湖水污染控制的关键环节，补水净化系统的建设和运行意义重大。该工程建设规模为1.7万吨/日，占地面积为122.5亩，采取人工快渗-人工湿地组合工艺，将上游河水进行处理后补充进入彩云湖。彩云湖补水净化工程从2007年7月1日动工建设，2008年2月正式通水运行。

该项目的工艺流程见图4，改造后的效果见图5。

图4 工艺流程图

图5 改造后的效果

该工程自运行以来，出水稳定。表2为2014年度工程监测数据，其中COD、BOD、氨氮达到《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）中IV类标准，TN、TP、SS优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A标准。该工程建成以后，为桃花溪流域彩云湖提供了补充水源，是桃花溪流域治理工程的关键环节。

表2 出水水质

4 结论

（1）人工快渗-人工湿地组合工艺用于河道水质净化中，对 COD、BOD5、SS、NH3-N的去除效果很好，能够达到《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）中IV类标准，TN、TP、SS优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。

（2）人工快渗技术具有水力负荷高、出水水质好、建设成本低等优点；人工湿地对总氮、总磷具有较好的去除效果。人工快渗-人工湿地组合工艺在保证出水效果的同时，能够增加景观的视觉美感和观赏价值，有利于改善周边环境质量，在河道水质净化中具有好的应用前景。

[1] 董哲仁，刘倩，曾向辉.受污染水体的生物生态修复技术[J].水利水电技术，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] 何江涛，钟佐燊，汤鸣皋，等.人工构建快速渗滤污水处理系统的试验研究[J].中国环境科学，2002，22（3）：239-243.

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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