PKA人工湿地技术在河道深度处理中的应用

邹合萍 陆效军

摘要 采用PKA人工湿地技术，对浙江省某污染河道进行深度处理，通过湿地下游布水、上游排水至河道，强制性增强了河道的流动性。介绍了湿地设计参数，同时对工程造价、运营管理及运行成本进行分析。实际运行结果表明，该技术具有出水水质稳定、运行管理简单等优点，出水各指标均达到《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）Ⅳ类标准要求，对COD、NH3-N、TP去除率分别为75.0%、672%、83.1%。

关键词 PKA人工湿地;深度处理;循环处理

中图分类号 TU992文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2019）19-0096-03doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.19.028

Abstract PKA constructed wetland technology was applied in advanced treatment of a polluted river water in Zhejiang Province. The flow of water in the river was forcibly enhanced by distributing water downstream of the wetland and draining it upstream to the river.The wetland design parameters were introduced， and the project cost， operation management and operation cost were analyzed.The actual operation results showed that wetland technology had the advantages of stable effluent quality， simple operation and management， etc.The efluent met the class Ⅳ criteria specified in the Environmental Quality Standards for Surface Water（GB 3838-2002），and the removal rate of COD， NH3N and TP were 75.0%， 67.2% and 83.1% respectively.

Key words PKA constructed wetland;Advanced treatment;Circular treatment

随着我国城镇化的加速进行和各污水处理设施建设的不到位，河道的黑臭、水体富营养化现象时有发生。国务院颁发的《水污染防治行动计划》、住建部颁发的《城市黑臭水体整治工作指南》以及水利部颁发的《关于加快推进水生态文明建设工作的意见》等相關文件都明确了河道水体整治的必要性，并提出了到2030年城市建成区黑臭水体总体得到消除的控制性目标，以达到提升人居环境质量，有效改善城市生态环境的目的。

人工湿地工艺具有投资少、运行管理简单、处理效果和景观效果好等优点，在国内外已被广泛应用于各种污水的处理，比如农村生活污水治理、工业废水治理、河道生态治理等[1-5]。国内对于人工湿地应用于河道水质提升也有一些研究，如潘震等[6]采用复合垂直流人工湿地技术处理黑臭河道水体，COD去除率达50%左右，总氮和总磷去除率均达到50%以上。聂志丹等[7]研究表明，垂直潜流人工湿地对富营养化水体的处理有明显效果，尤其氨氮、总氮和总磷污染物的去除效果较佳。国内对于人工湿地应用于污水处理厂尾水提升、农村生活污水的研究，主要是针对介质比选、氮磷污染物去除效果、植物比选、污水净化机制等方面[8-11]，而对应用于河道水质提升的研究则较少。

笔者以水质不稳定的浙江省某河道为研究对象，以PKA人工湿地技术为主体，对PKA人工湿地技术的净化原理、设计参数以及对河道深度处理后水质提升的效果及成本分析等进行探讨。

1 PKA人工湿地技术

PKA人工湿地技术是从德国引进、浙江达人环保科技股份有限公司根据国内实际情况自主研发改良的一种污水处理技术，该技术充分利用物理、化学和生物的三重协同作用，通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸附和微生物分解作用来实现对污水的高效净化。PKA人工湿地主要由介质、植物和附着在介质上的微生物组成，是湿地发挥净化污水作用的关键组成[12-13]。PKA人工湿地介质是由5层不同介质按特定比例组合而成，介质层由上至下分为好氧区、兼氧区、厌氧区，为好氧微生物、厌氧微生物提供生长和工作环境。PKA人工湿地是垂直潜流型湿地，污水自沉淀池经过一段时间的静置、厌氧反应后，通过提升泵提升至湿地。污水中的污染物在PKA人工湿地的5层特殊介质混合层中被降解而去除。

该项目采用的PKA潜流湿地为浙江达人环保科技股份有限公司专利技术：“介质复合型人工湿地的景观水生态净化处理系统及其方法”（专利号：ZL200710041961.7），该技术已多次成功运用于农村生活污水治理项目中。

2 实例应用

2.1 研究区域概况

该项目所处位置为浙江省某河道，该河道周边为农村居民、工业工厂、养殖厂以及海洋生物园。该河道治理前，由于周边大量工业废水溢流进入河中，流动性差，且农村居民生活污水未经处理直排至大干河，导致河道受到严重污染，致使河道水质浑浊，底泥上浮，水体呈黄绿色、乳白色，河水散发出难闻的异味。尤其到了夏天，河水臭气熏天，蚊蝇孳生，严重影响了附近居民的生活环境。该河道全长1 200 m，宽度5～6 m，总水量约10 000 m3。

为了整治河道现状，采取了以下措施：①截断河道污染源，即拆除上游养猪场，实施园区内雨污水主管网改造工程，督促园区内企业完成企业内部管网改造工程。②污水处理达标后再排放。实施河道周边农村居民生活污水截污纳管，实施海洋生物园污水处理厂提升改造工程，污水处理达标后再排放。③美化、净化河道。对河道两侧进行绿化改造，实施河道水体生态修复工程，如生态浮岛、曝气。由于该河道流动性差，污染严重，虽然采取了截污纳管、生态浮岛、增氧曝气技术等措施，但水体水质仍然处于《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）劣Ⅴ类水，水质不稳定，而且水体的透明度仍有待提高（低于20 cm）。为了提升该河道的水质至Ⅴ类水体，提高水体的透明度，拟采用PKA人工湿地技术对河道水体进行深度处理，以达到目标要求。

2.2 河道水环境治理

2.2.1 湿地工程的构建。

该项目中的濕地总建设面积为1 500 m2，河道水量约10 000 m3，故循环周期约为10 d/次，大大地提高河道整体的流动性，具体的湿地平面布置示意图如图1所示。循环水泵放置于河道下游，将河道水提升至附近的集水井，随后经提升泵通过布水管道以垂直潜流方式进行均匀布水，经过湿地介质和介质上的微生物多重降解、吸附、净化等作用，最后经集水管从排水口排入河道上游。根据现场实际情况和景观效果的考虑，半埋式湿地最为方便。基坑开挖后，进行素土夯实并细砂填平，底部及基坑四周铺设PE防渗膜，防止待处理河水往地下渗漏。湿地基坑四周构建构造柱和圈梁，并实心厚砖混凝土粉刷，保证湿地的稳固性。建设在河道中间段河边，便于湿地的供水和排水，主要用于河道水体的深度处理、水质提升，并增加水体的流动性。

2.2.2 介质摊铺。

湿地介质层为5层介质层，每一层介质层的介质粒径配合比、组成成分、厚度与待处理的污水浓度有关系。介质不仅过滤固体物、固定由细菌引起的薄膜，而且通过表面的吸附和氧化作用提高对污染物的去除。从湿地系统处理能力和使用年限来考虑，选择最优化合理的介质粒径配合比，以确保合理的水传导性，缓解湿地基质堵塞现象[14]，则是介质摊铺的关键。

湿地构建经过放线挖槽坑、处理基坑垫层、摊铺防渗膜、接管注水后才开始介质摊铺，分层回填。回填时按300 mm一层进行分层回填夯实，宜用人工夯实，小心施工，不得局部猛力冲击设备。介质选用环保型不同粒径的砂砾，无二次污染。

2.2.3 植物选择。

湿地植物选择去污能力强、根系发达、耐寒、四季常绿、便于管理的水生植物，包括菖蒲、美人蕉、西伯利亚鸢尾、伞叶花，种植密度8～12株/m2。同种植物沿着布水管道均匀种植，其中以易打理、长势良好的美人蕉、西伯利亚鸢尾为主。

2.2.4 运行方式。

循环水泵配备过滤网，以防止悬浮物、树枝等杂物堵塞，影响正常运行。循环水泵从河道下游将河水通过沿河道铺设的DN250 PE进水管道提升至集水井，经过若干小时的静置后，由2台提升泵同时布水。提升泵选型为流量Q=100 m3/h，H=36 m，功率15 kW，每天运行时间为5 h。为了湿地均匀稳定布水，水泵的启动和关停通过水位浮球和水泵控制器联合控制。下游的河水经湿地净化后，通过铺设在上游的DN300出水管自流排出。以此循环，河道内的水体循环流动起来。

2.3 运行效果及成本

初始运行前，需对湿地介质进行冲刷冲洗。运行1个月后，在河道水体pH为6～9，COD、NH3-N、TP平均浓度分别为60.23、4.21、1.30 mg/L的情况下，湿地出水水质为pH 6～9，COD、NH3-N、TP平均浓度分别为1505、1.38、0.22 mg/L，污染物去除率分别为75.0%、672%、83.1%。经过湿地多次对河道水体的循环处理，河道水体各指标也达到了GB 3838—2002 Ⅳ类标准要求，优于设计的Ⅴ类标准要求。

由于除水泵外无其他机械设备，故运行维护简单，只需定期清除杂草、枯死植株即可，对于生长茂盛或成熟后的植物要按时收割，以防枝叶遮挡其他植物的光照和湿地介质的晾晒。PKA人工湿地无泥土、表面不积水、无臭味，且外观看像生态家园，与周边环境协调统一。

投资和运营成本与水质水量、选取的组合工艺、排水标准以及地域等因素息息相关[15]。该项目中PKA人工湿地建设费造价131.2万元，其中配件1.2万元，比其他组合工艺深度处理的投资成本低[16]。运行成本主要包括电费、人工费，平均水处理成本为0.14元/m3。河道水体水质稳定后，可考虑延长循环周期，缩减运行成本。

3 结论

传统的生态浮岛、增氧曝气等技术对于污染较严重、流动性差、开放式流域的河道水体来讲，不能从根本上改善水体水质;PKA人工湿地技术作为一种生态处理技术，设计从下游布水、上游排水至河道的理念，强制性增强了河道水体的流动性，能有效地将污染严重的河道水质提升至Ⅳ类标准要求。该项目采用PKA人工湿地技术，设计总循环处理水量10 000 m3，日处理量1 000 m3/d，循环周期10 d/次，湿地出水水质略优于Ⅳ类标准要求，对COD、NH3-N、TP去除率分别为75.0%、67.2%、83.1%。

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