人工湿地处理中小城镇污水的应用研究

韩雯雯，滕少香

(中国城市建设研究院有限公司 山东分院，山东 济南 250101)

人工湿地处理中小城镇污水的应用研究

韩雯雯，滕少香

(中国城市建设研究院有限公司 山东分院，山东 济南 250101)

近些年，我国经济发展速度较快，同时带动了城镇化的进程，城镇人口不断增加，而城镇的环保基础设施并没有达到人民群众的需求，大量污水未能及时得到解决，城镇环境受到严重的威胁。本文系统的分析了中小城镇污水排放的特点，并对具有投资低、能耗低的人工湿地处理技术在中小城镇污水处理的应用进行了阐述，并结合实例进行了分析研究。

人工湿地；城镇污水；应用

水是人类重要的资源，保护好水环境是保障我国经济健康、快速、有序发展的基础。而近些年来，我国城镇化程度不断加大，城镇人口不断增多，同时给城镇的环保基础设施也带来了重大的压力，水环境也不断恶化。目前，我国城市污水处理技术主要采用传统的二级活性污泥法，该工艺投资高、能耗大，而且运行管理要求高。而中心城镇资金能力有限，技术力量薄弱，并不适合采用传统的二级活性污泥法。因此，需要寻找和研发更为经济、简便、节能和高效的污水处理技术。人工湿地是模拟自然湿地的人工生态系统，是依据自然生态湿地系统的功能建造的，具备生态系统的生物多样性，而且能够充分利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用来实现污水的净化作用。相比其它污水处理技术，人工湿地污水处理系统投资较低、能耗低，具有良好的脱氮除磷效果。但是，相对国外，我国开展人工湿地的研究较晚，普遍存在占地面积大、处理负荷低、冬季运行效果差等现象。因此，开展适合我国中小城镇发展特点的人工湿地处理系统有着广阔的应用前景。

1 人工湿地的原理

人工湿地对污水的净化是填料、水生植物和微生物共同作用的结果。人工湿地成熟后，填料表面和植物根系中生长了大量的微生物，废水流经时，悬浮物被填料及根系阻挡截留，有机质通过生物膜的吸附及同化、异化作用而得以去除。湿地床层中因植物根系对氧的传递释放，使其周围的微环境中依次呈现出好氧、缺氧和厌氧状态，保证了废水中的氮、磷不仅能被植物及微生物作为营养成分直接吸收，还可以通过硝化、反硝化作用及微生物对磷的过量积累作用从废水中去除，最后通过湿地填料的定期更换或收割使污染物质最终从系统中去除[1]。

1.1 有机物的去除

人工湿地中溶解氧的浓度并不高，其存在的微生物主要以兼性细菌和厌氧细菌为主，它们也是有机物降解的主力军。但是人工湿地的表层水体还存在着大气的复氧作用，也会对有机物的降解产生一定的作用，而且在湿地中存在着大量的水生植物，其根系还会进行氧气的传递，也使得湿地环境中存在着局部的好氧环境，提高了有机物的降解程度。总体来说人工湿地对有机物的降解是一个综合的、复杂的过程[2]。

1.2 氮的去除

人工湿地中进水的氮主要是有机氮和氨氮，在湿地的处理系统中主要有三种形式对其进行转化分解。第一，氨氮被湿地植物和微生物经同化作用吸收，转化为生物有机体的一部分，然后利用定期对植物进行收割将氮进行去除；第二，氨氮经过硝化、反硝化的作用转变为氮气，达到脱氮的目的；第三，氨氮在pH值较高的条件下将会从水中溢出向大气挥发，实现氮的去除。在这三种脱氮的途径中，大部分都是由微生物硝化、反硝化作用将其进行分解去除，而植物的吸收及氨氮挥发溢出只占一小部分[3]。

1.3 磷的去除

人工湿地生态系统的不同对磷的去除存在较大的差异。湿地中磷的存在形式主要有有机磷化合物、不溶性磷酸盐和可溶性磷酸盐，其中有机磷化合物主要存在于微生物和植物的体内，而湿地中磷主要以不溶性磷酸盐的形式存在。人工湿地中主要通过植物吸收、微生物吸收以及物理化学共同作用来完成。废水中的无机磷在植物吸收及同化作用下，转变为植物中的有机磷成分，例如ATP、DNA、RNA等，然后将植物进行收割将磷去除。物理化学作用是指废水中可溶性的无机磷盐可与土壤中的Al3+、Fe3+和Ca2+等发生化学反应形成沉淀，进而得以将磷去除。

2 人工湿地的类型

2.1 地表流人工湿地

地表流人工湿地的特点是污水在湿地床表面形成漫流，污水中有机物的去除主要依靠填料表面、植物在水下的根和植物杆上形成的生物膜(图1)。该湿地类型的流态与天然湿地较为接近，有利于污水的自然复氧。其缺点是不能充分利用填料层中丰富根系的净化作用，而且夏季易滋生蚊蝇，北方冬季容易结冰，影响污水的净化效果[4]。

图1 地表流人工湿地

2.2 潜流人工湿地

潜流人工湿地是指污水在湿地床表面下渗流，能够充分利用填料表面以及植物根系附着生物膜以及填料层的其他净化作用。一般由两级以上湿地进行串联、并联组成，其形式有水平流和垂直流两种。该技术卫生条件好，可以更好的保证水温，收气候影响较小，是目前应用最为广泛的人工湿地处理系统[5]。

2.2.1 水平潜流人工湿地

水平流人工湿地污水从进水口一端沿水平方向进入湿地系统，依次通过砂石、介质、植物根系等，污水净化后由出口一端流出(图2)。

图2 水平潜流人工湿地

2.2.2 垂直潜流人工湿地

垂直潜流人工湿地系统中污水纵向流至填料床底，依次通过不同的介质，进而达到净化的目的。该系统中具有完整的布水系统和集水系统，且完全建在地下，而地上建有绿植已配合景观规划(图3)。

图3 垂直潜流人工湿地

3 工程实例

西安市某县城生态污水厂，采用了预处理与人工湿地结合的处理工艺来处理城镇生活污水。该污水处理厂于2010年6月正式运行，服务人口8.5万人左右，设计规模为1.1万t/d，占地面积95亩。该组合工艺相比传统的活性污泥法效率更高，而且运行费用更低。

3.1 工艺流程

图4 污水处理厂工艺流程图

格栅，通过管网收集到居民生活污水进入到污水处理系统，首先进入格栅池，将大量悬浮物和漂浮物通过格栅去除，格栅设计为2个采用不锈钢材质。

厌氧水解池，污水经过格栅处理后进入厌氧水解池，利用厌氧微生物的水解和产酸作用，提升污水的可生化性。设计厌氧水解池为2个处理单元，内部尺寸为：长×宽×高= 20 m×20 m×4. 9 m，结构为钢筋混凝土。

接触氧化池，厌氧水解池的出水在进入接触氧化池，在接触氧化池中溶解氧充足，污水充分和填料附着的生物膜接触，使水中有机物得到吸附和降解，达到进一步净化的目的。接触氧化池设计为8个处理单元，内部尺寸为：长×宽×高= 30 m×20 m×4.9 m，钢筋混凝土结构。

沉淀池，接触氧化池的出水进入沉淀池，在重力作用下使得泥水分离。沉淀池设计4个处理单元，内部尺寸：长×宽×高=20 m×10.5 m×4. 5 m，钢筋混凝土结构。

人工湿地，居民生活污水经过预处理后进入到人工湿地系统，在土壤渗透、植物吸收、水生生物的综合生态效应下，实现污水的净化和生态环境的改善。人工湿地由垂直潜流湿地串联组成，每组8个处理单元并联。湿地床深1.4 m，约占4. 8万m2，配有芦苇香蒲、菖蒲、水葱等植物。

3.2 运行效果

为了保证污水处理系统的稳定运行，安排工作人员定期对预处理单元和人工湿地进行清理和维护，厌氧水解池和接触氧化池定时进行清理，约半年一次。定期对人工湿地内杂草、病虫害以及植物残体进行清理，此外，还需对人工湿地内的植物进行收割和补种。出水COD在27～68 mg/L，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A标准。该工艺中氨氮处理效果不稳定，出水在3～25 mg/L，波动较大，这是由于湿地系统中植物生长较为缓慢，植物和微生物的还处于适应阶段，进而影响污水处理效果。该工程极大的改善了当地的水环境状况，提升了自然生态环境质量，有着良好的环境效益。而且整个工艺投资较低，运行费用在0.2～0.4元/t，经济效益显著。

4 结语

随着城镇化进程的加快，中小城镇生活污水问题越来越显著，未经处理的生活污水直接排放将严重影响人民群众的生活质量。在大城市中生活污水处理技术已逐渐成熟，但由于中心城镇自身经济、技术力量薄弱，而且水量分布不均。在大城市中惯用的污水处理工艺并不适用。而人工湿地处理工艺，具有经济、简便、节能、投资低等特点，在中小城镇污水处理方面有着广阔的应用前景。

[1] 刘应学.人工湿地处理生活污水研究[J].环境科技,2015,6(3):52-57.

[2] 许嘉炯,马 军.人工湿地技术在给水工程中的应用[J].给水排水,2012,38(5): 44-47．

[3] 吴英海,杨旭楠,韩 蕊,等.复合人工湿地对氮的深度处理效果及影响因素[J].湿地科学,2014,1(3):35-42.

[4] 卢 建,杨 扬,尹振娟,等.生物法-人工湿地组合工艺处理小城镇混合污水研究[J].环境工程学报,2010,43(6):1262-1266.

[5] 王 炯.人工湿地系统研究应用[J].经济与节能,2012,43(3):56-62.

(本文文献格式：韩雯雯，滕少香.人工湿地处理中小城镇污水的应用研究[J].山东化工,2017,46(13):174-175,178.)

Research on the Application of Constructed Wetland in Small Town Sewage Treatment

HanWenwen,TengShaoxiang

(Shandong Branch,China Urban Constryction Design & Research Instutute,Jinan 250101,China)

In recent years,China's rapid economic development,and promoted the process of urbanization,the increasing urban population,the urban environmental protection infrastructure does not meet the needs of the people,a large number of sewage has not been resolved in a timely manner,the urban environment is threatened seriously. This paper systematically analyzes the characteristics of small town sewage,and has the advantages of low investment,low energy consumption of the artificial wetland treatment technology applied in sewage treatment in small towns are discussed,and combined with case analysis research.

constructed wetland;urban sewage;application

2017-04-26

韩雯雯(1984—)，女，环境工程专业硕士，从事环境工程、市政给排水方向研发与设计工作。

X703

B

1008-021X(2017)13-0174-02