生态湿地技术在城市污水处理厂尾水深度处理中的应用

郭 萧

（南京泽辉环保科技有限公司，江苏 南京 210000）

我国城市化进程随着经济科学的发展不断推进，随之而来的是人口的增加和工业水平的提升，从而导致一些城市区域的生活污水和工业废水的排放量持续增加，这对城市河道的水环境产生了巨大影响。当前，随着先进科技的发展，各大城市已将部分资金投入到污水处理厂的建设中，其良好运营能够将生活污水和工业废水中的一些污染物有效去除，但由于一些原因，污水处理厂处理后的尾水中还是会存在一些污染物，如果将这些尾水排放到城市河道中，就会成为城市河道水环境污染的关键源头之一。

基于以上原因，本文主要分析了生态湿地技术应用于某城市污水处理厂中尾水净化处理的过程，并深入探讨了尾水深度处理的效果。

1 污水处理厂的基本情况

以某城市中一所污水处理厂为例，该污水处理厂主要负责处理一定区域内的生活污水，其设计规模为4.8万t/d，选用的是—预处理（曝气沉砂+初沉）→生物处理方式→深入处理（混凝沉淀过滤法）组合型的污水处理流程工艺，主要是为确保该处理厂经过净化后的排水能够达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）中的A类标准。目前，该处理厂通过利用生态湿地净化技术进行最终的深度处理，且在进行排放时尽量做到最大程度地削减尾水中的污染物含量，从而有效降低对城市区域河道水环境的污染程度，以保证不会对周边生态环境产生任何影响。

2 生态湿地处理工艺

2.1 生态湿地作用机理

人工生态湿地净化技术主要是通过使用土壤、人工介质、植物以及微生物等生态环境中的元素，使其经过物理、化学、生物产生协同作用。通常，该技术是模拟生态环境中发生的过滤、吸附、离子互换、植物光合吸收以及微生物降解等现象，以实现对尾水的净化效果，并深化其净化程度[1]。

2.2 处理工艺方案比选

（1）该污水处理厂主要负责处理一定区域内的生活污水和少量的工业废水，从而进行净化排放等处理。由于该地区的工业污水和生活污水中都不含有毒有害的元素，所以，可利用生态湿地技术对尾水进行深度处理，主要是去除CODCr以及NH3-N。因此，在设计使用湿地生态系统时，要运用相应的工艺设计方法，并根据不同水质的特点，以及系统中建筑面积的大小，同时，还要根据水体景观建设和水质净化功能的不同，在经过综合分析后确定方案，以保障生态湿地净化技术的工艺能体现出高效运作、成本较低、维护简单以及功能区分明等应用优势。

（2）在构建生态湿地时，由于污水处理厂可利用的建筑面积是有限的，所以，要综合分析水质净化、水体流动以及富氧和植物群落的构建规律等，要以实际情况选择并建立人工生态环境。在分析该区域内的水污染数据和水质数时，要有针对性地设计人工生态湿地环境，且净水系统中要具备兼氧区，好氧区，其主要作用是去除尾水中残留的有机物和污染物。除此之外，还要建设专区，以供进行氨氮硝化和硝酸盐反硝化反应，从而提升构建的生态系统中水环境的自我净化和自我恢复的能力。

综上所述，污水处理厂所需要建设的应用单元主要包括强化净化单元、水环境自修复单元以及一些优化单元。以上单元主要是为了让水质中的污染物和有机物等在流动的过程中实现自我净化，而在净化过程中保持流动的环境，是模拟生态系统的作用过程，是符合自然规律的。

（3）根据不同类型污水的水质区别，污水处理厂对两种不同的组合型工艺净化方案进行了筛选比较，经筛选后确定最优的方案，以进行生态湿地系统尾水净化工艺操作。

2.2.1 优选方式

从开始进行生态湿地系统建设方案优选的时候，就要判断该工艺流程是否最符合所需净化处理的水质要求，且必须考虑该处理厂建筑面积较小的硬性要求，同时，还要保证有明确的工艺操作流程，并有科学依据第进行系统分区，以确保高效稳定的运行过程等[2]。

2.2.2 方案对比

（1）本污水处理厂考虑的方案一是潜流湿地-表流湿地的组合工艺，该工艺方法所需要的操作流程较短，有着较为科学合理的功能分区；其处理完的尾水作为水质强化净化单元先被排放进潜流湿地，在潜流湿地中完成有机物以及氮磷等元素的净化和排除；然后再排放至水域面积较大的表流湿地，因该湿地既拥有丰富的植物群落，又有较高的可观赏性，所以，整个生态湿地系统不需要任何含有能量消耗的技术设备。该方案的整个系统净化工程计划用地为4.1万m2，能够处理4.3 m3的污水，经计算后得出，整个生态湿地系统的表面水力负荷可达到0.693 m3/（m2.d），通过与国家政府有关规定中的数据比较，已超出了有关湿地的水力负荷指标（要求不超过0.5）。由此可知，若采用该方法进行湿地工程建设，会由于该污水处理厂的建筑面积过小的硬性限制而最终造成达不到标准。除此之外，该方案的工程造价相对较高，且后续对整个系统和工艺流程的维护难度相对较大，所以，运行费用也相对较高。

（2）除此之外还考虑了方案二，是利用生态塘+表流湿地相结合建设的方法，该方法能打破建筑面积较小的限制，同时，可将水流的过程相比于方案一延长一些，从而有效增加了水体在系统中的停留时间，这样可保证系统功能的分区比较科学合理。因该生态环境中设有兼氧塘，所以可辅助完成将污染物或有机物良好去除，并且，对氮氧元素也有较好的排除效果。另外，好氧植物塘可以更好地进一步完成上述任务。而表流湿地的作用则是充当水环境自我净化单元，其中有丰富种类的植物生物，尤其在冬季时，若水生植物有枯萎的现象，好氧塘中的沉水植物能继续完成净化水质的工作，该方案最突出的优势就是有效水力停留时间可长达30 h，这样可以强化去除污染物的功能。总而言之，该方案的工程造价相比于方案一要减少很多，并且，该方案建设的生态湿地系统能全流程实现重力流，唯一的劣势是在于其基底标高设计工作较困难，存在一定技术难度。

2.3 处理工艺确定

本污水处理厂的尾水为已经过深度处理且达到国家A标准的尾水，但同时，污水处理厂还需要处理一定量的工业废水，因此，由于以上废水中的有机物含量较高，所以，去除氮磷元素营养盐的难度较大。但经过以上优选比较，方案二（生态塘+表流湿地）所构建的生态湿地系统占地面积较小，总体水力停留面积较长，同时附加对水环境净化的强力措施，且该表流湿地的水平面面积较大，有较高的可观赏度，工程建设成本又较低。所以，相比于方案一而言，从施工难度、净化效果以及投资费用、盈利等角度综合考虑，方案二都非常适污水处理厂的建设。

2.4 处理工艺流程

该污水处理厂处理A类尾水的工艺流程如图1所示。首先，净化过的尾水经过布水渠通道进入已建设好的兼氧生态塘和好氧生态塘，然后，按照顺序进入表流湿地和沉水植物塘，最后，经生态湿地技术净化后的尾水从尾部的集水区收集好后排放入河。

图1 处理A类尾水的工艺流程

如图1所示，按照以上方案建设的生态湿地系统包括强化净化部分和水体自我净化部分。其中，强化净化部分包括好氧生态塘和兼氧塘，塘内有面积较小且造价相对较低的植物区域，是利用进水口水头减少池塘内水体滞留区域的面积，以优化污水的水流场。除此之外，兼氧塘中还需要铺设一定数量的水质净化填料和建设的人工植物浮岛，这主要是为了在生态环境的兼氧大环境下，辅助实现污染物和有机物的转化。而好氧生态塘的建设是为了去除氮氧化合物和有机物，因此，池塘内还需要保持一定浓度的溶解氧和微生物生长的物质，所以，要建设人工植物浮岛，以保证微生物的含量，从而有效去除污染物和有机物。而水体自我净化部分主要设置有沉水植物、挺水植物的种植区以及反硝化处理功能区，是尽量模拟真实生态环境下的生存环境，保证生态链的完整性，以形成稳定平衡的生态环境，从而保证尾水深度净化的工作效果。

2.5 设计参数及主要处理单元

2.5.1 兼氧塘

在兼氧塘的建设过程中，池塘有效深度一般是4～5 m，超高为0.5 m；在植物区域要设置三道隔档以在池塘内形成三条连廊，宽度约为每条15 m，其中，弹性填料的密度为0.15；兼氧塘建设成后要实现平均水力的停留时间为8～10 h。

2.5.2 好氧植物塘

在好氧植物塘的建设过程中，池塘有效深度为0.8～1.5 m；池塘内部要分割成11条廊道，分割材料使用软围隔；人工植物浮岛的覆盖率要达到0.25；生态护坡选用多孔混凝土；构建后的植物塘要实现平均水力的停留时间为12～15 h。

2.5.3 表流湿地

表流湿地设置分为挺水植物和沉水植物两个区域。其中，挺水植物区域水深要求在0.8 m左右，要将湿地面积平均分为三份，前段、中段、后段占站一份，同时，前后两端均为普通表流湿地，而中间部分是模拟天然沼泽湿地运行，要做到有序管理。而沉水植物区域水深要求在1.5 m左右，并要求在湿地内构建水里控制设备。

2.6 植物的选择

在选择湿地生态环境植物的时候，应考虑多方面因素，包括因地制宜，种植的经济效益，资金链，满足生物多样性以及可观赏度高等要求。并且，要依托建设的湿地地形，如地势较高的区域可以种植经济型的挺水植物，地势较低的区域可以种植美人蕉等挺水植物；而在池塘内较浅的水处可选择菱角等浮叶植物，较深的水处可种植沉水植物[3]。

3 运行结果分析

某污水处理厂建设的生态湿地系统在进行运行期间，污水处理厂的出水口和生态湿地系统的出水口都设置采样检测，以分析净化效果。根据结果显示，人工建设的生态湿地系统对于尾水的净化效果十分明显，其中，COD、BOD5、NH3-N以及TP等几种物质的处理程度分别可达到60.1%、55.3%、76.6%以及40.5%乃至以上，能有效降低尾水排放至河道的污染程度。

4 实例分析

（1）江苏省泰兴经济开发区始建于1991年9月，是江苏省首批省级经济开发区之一，也是江苏省沿江地区重点发展的15家开发区之一。泰兴经济开发区尾水净化生态湿地一期工程位于通园东路两侧，北至规划南杨路，南至规划蒋榨路，占地约53 000 m2，约合80亩。

（2）工程建设内容主要包括引水管道工程和深度净化湿地工程。一期和一期扩建共用引水管道，主管道位于洋思港下游南侧，从滨江污水处理厂开始，向东至沿江大道东侧排污口位置，长度约为3 200 m，管径DN1 200 mm；支管道自排污口位置向北，长度约为360 m，管径DN1 000 mm。

（3）项目组于2020年4月29日～5月29日对泰兴经济开发区尾水净化湿地一期工程开展试运行工作，主要工作内容包括监测湿地植物生长情况、开展沉水植物选种试验、底栖动物存活率试验和水质停留时间试验等。

（4）于2020年5月12日开展水质监测，对16块潜流湿地的进出水进行监测，湿地编号从南至北为1～16。现场检测指标为溶解氧、pH值、水温、盐度、TDS、电导率、氧化还原电位、叶绿素a共8个指标；同时，将采集对应点位的水样送往第三方有资质的单位进行理化指标检测，包括高锰酸盐指数、氨氮、总氮、总磷及SS，共5个指标。除现场检测的8个指标外，高锰酸盐指数、氨氮、总氮、总磷、盐度及SS等6个指标，均由具有专业水质监测机构现场采样，水样固定后立即送回实验室分析化验，以保证数据的实时性和准确性。结果显示，出水电导率、TDS、DO、盐度、pH值普遍高于进水指标，而氧化还原电位出水低于进水，叶绿素a进出水规律不强。

5 结语

综上所述，生态湿地技术应用于城市污水处理厂的尾水深度处理中，不仅能削减尾水排放至河道水环境后的污染程度，还能在有限的资金范围内最大程度净化效果，而净化后的回水再利用既丰富了城市的生态景观，也保护了城市的生态环境。但需要注意的是，该技术在使用过程中要安排专业的技术人员，要定期对生态系统进行维护和管理，尤其要注意季节变化，以免对生态系统造成负面影响。