复合型人工湿地在污水处理厂尾水深度处理中的应用

袁 茜，吴庆明，贾涛涛

（1.西安水务（集团）规划设计研究院有限公司，陕西 西安 710082；2.核工业西南勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610042）

四川省都江堰灌区毗河供水一期工程引水枢纽，位于成都市新都区毗河中游苟家滩。为了进一步保障都江堰灌区毗河供水工程水质、改善毗河水环境，将引水枢纽上游金海以及北部商贸城的两座污水处理厂的尾水，通过沿河岸敷设的截污倒流管道导排至引水枢纽下游建设的人工 湿地，对其进行进一步处理。该项目中采用了“生物塘+水平潜流人工湿地+表面流人工湿地+水平潜流人工湿地”的复合型人工湿地，以期为同类型项目的工程设计及应用提供参考。

1 项目概况

项目选址位于成都市新都区苟家滩引水枢纽下游约300 m毗河北岸Ⅰ级阶地上，为苟家滩枢纽工程采料场。项目用地整体不规则，红线范围内总面积约15.49公顷，由于苟家滩引水枢纽管理用房与本湿地共同建设，扣除管理用房建设用地以及料场生态护坡等不可用的面积外，湿地建设可用面积约为11.77公顷。湿地总处理规模为7×104m3/d，对导排进入的污水处理厂尾水进行深度处理，深度处理后的出水水质达到《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）中的Ⅲ类水指标限值，出水排入毗河枢纽下游。

2 工程设计

2.1 处理规模

工程主要是对苟家滩引水枢纽上游金海污水处理厂以及北部商贸城污水处理厂的尾水进行处理，其中，金海污水处理厂近期规模为6×104m3/d，北部商贸城污水处理厂近期规模为1×104m3/d。结合现状人工湿地可用用地情况以及湿地处理能力等因素，本工程按照7×104m3/d的处理规模进行设计。

2.2 设计进、出水水质指标

金海污水处理厂以及北部商贸城污水处理厂尾水排放标准按《四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准》（DB51/2311-2016）中表1规定（后文简称“准Ⅳ类水”）执行，，人工湿地设计进水水质确定为“准Ⅳ类水”标准。出水水质指标除总氮指标外，按照《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）中的地表水Ⅲ类标准。具体设计的进、出水水质详见表1。

表1 工程设计进、出水水质单位：mg/L

2.3 设计方案及工艺流程

考虑工程进水为“准Ⅳ类水”的污水处理厂尾水，其水质类似于微污染水体，最终选用工艺成熟、运行稳定、处理效果好的复合型人工湿地[1]。该复合型人工湿地系统由生物塘、一级水平潜流湿地、二级表面流湿地、二级水平潜流湿地组成，该工艺全面考虑了人工湿地复氧能力（生物塘、表面流湿地大气复氧）、有机物的好氧降解(生物塘、水平潜流湿地好氧降解有机物)、脱氮除磷功能（生物塘、表面流湿地好氧硝化、磷素摄取；水平潜流湿地缺氧反硝化、基质吸收磷素），经多级串联人工湿地处理后，能很好地去除水体中的污染物质[2]。同时，生物塘、表面流湿地与水平潜流湿地结合建设，其不同的湿地单元可栽种不同种类的植物，且在合理搭配湿地植物后，在治理污水的同时也具有良好的景观效果[1-2]，符合美丽、生态城市建设原则。

基于以上原因，本项目推荐采用“生物塘+水平潜流人工湿地+表面流人工湿地+水平潜流人工湿地”的复合型人工湿地，以进一步深度处理城镇污水处理厂的尾水，这样既可以充分发挥出每个处理单元的优点，弥补单一处理单元的不足，又可以克服建设用地紧张、用地复杂等问题。经复合型人工湿地处理后的出水，其水质稳定达到标准要求，最终排入毗河。工程总平面布置如图1所示，工艺流程如图2所示。

图1 人工湿地平面布置图

图2 工艺流程图

2.4 工程设计参数

2.4.1 设计负荷

湿地表面负荷：本工程设计处理规模为7×104m3/d，扣除湿地周边生态放坡面积、湿地巡检道路面积、湿地内配水系统面积等不可利用面积外，人工湿地系统面积为8.63 hm2，设计表面负荷为0.81 m3/（m2·d）。

湿地污染面积负荷：BOD5污染面积负荷为1.62 g/（m2·d），NH3-N污染面积负荷为0.41 g/（m2·d），TN污染面积负荷为4.46 g/（m2·d），TP污染面积负荷为0.08 g/（m2·d）。

2.4.2 配水井

配水井用于将截污导流管收集来的7×104m3/d水分配至人工湿地内，并阻止污水处理厂扩建后的其余来水不进入人工湿地，其多余水量待远期另寻用地或进行处理。

2.4.3 生物塘

设计生物塘总有效面积为21 945 m2，设计水深1.3 m，超高0.3 m，底坡0.1%；设计总停留时间为9.78 h。生物塘同时向后续湿地系统进行配水，塘内种植净化污水效果较好的挺水植物，例如菖蒲、水芹、再力花，种植密度分别按照20 株/m2、10 丛/m2、10 株/m2。

2.4.4 后续湿地系统

根 据总体布置，后续湿地系统由A、B、C、D四种类型的大湿地子系统组成，共分为53组平行子系统，每组湿地子系统均为一级水平潜流+二级表面流+二级水平潜流的多级湿地系统。

其中，一级水平潜流湿地总有效面积为19 850 m2，设计水深1.0 m，超高0.6 m，底坡0.5%，设计停留时间为2.8 h。一级水平潜流湿地主要种植水葱、伞草、香蒲、芦苇等挺水植物，种植密度为10～20 株/m2；

二级表面流湿地总有效面积为19 850 m2，设计水深1.0 m，超高0.6 m，底坡0.1%，设计停留时间为6.99 h。二级表面流湿地主要种植狐尾藻沉水植物以及菖蒲、水芹、再力花等挺水植物，种植密度为10～20 株/m2。

二级水平潜流湿地总有效面积为19 850 m2，设计水深0.7 m，超高0.6 m，底坡0.5%，设计停留时间为1.96 h。二级水平潜流湿地主要种植花叶芦竹、伞草、美人蕉、芦苇等挺水植物，种植密度为10株/m2。

2.5 湿地集配水系统设计

人工湿地生物塘单元采用“上进下出”或“下进上出”的进出水方式，湿地子系统一级水平潜流单元采用上部进水并设置方形溢流堰槽，堰宽根据不同湿地子系统面积按比例设置（0.3～1.2 m）；湿地子系统内不同单元采用上部进水时设方形溢流堰，下部进水时设置方形进水孔，边长均为0.4 m。

A、B、C、D四个大湿地子系统出水处设置宽为1 m的集水渠，并配有集水喇叭口和水位调节装置（可旋转弯头）；各人工湿地子系统出水在宽为1 m的总集水渠处汇合排入毗河。湿地集配水系统如图3所示。

2.6 湿地基质及防渗设计

一级、二级水平潜流人工湿地自上而下分别为非黏性种植土以及砾石，非粘性种植土高度均为0.2 m，砾石高度分别为1.1 m、0.8 m。砾石规格分别为4～8 mm、10～20 mm；水平潜流单元进水处和出水处均铺设长度为2 m的卵石布水区和卵石集水区，卵石粒径为40～80 mm。

图3 湿地集配水系统

人工湿地各处理单元均铺设了防渗膜，防止污水渗入地下和地下水反渗。防渗膜主要采用复合土工布（两布一膜），规格为500 g/m2，渗透系数＜10-8。

3 湿地的运行及维护

建设湿地位于西南地区，气候适宜，便于湿地植物生长。湿地启动初期应注意调节出水集水渠的旋转弯头，其目的是为了保持湿地内较低的液位，以刺激植物根系生长。同时，针对潜流人工湿地的基质堵塞问题，以预防为主，堵塞恢复为辅。在本工程设计中，采用塘→潜流湿地→表面流→潜流湿地的系统，通过塘或表面流沉淀、复氧作用，有效缓解了基质堵塞，延长了湿地使用寿命。除此之外，还应注意对湿地内秋冬季枯萎植物的收割，既可以减少堵塞，又可以有效保证处理效果及湿地景观效果[1,2]。

4 结语与建议

该工程采用复合人工湿地对城镇污水处理厂尾水的净化提升具有较好的技术适应性，是复合型人工湿地深度处理污水处理厂尾水的理论与技术的有效实践。

在工程实施后，本人工湿地进水应严格按《四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准》（DB51/2311—2016）的排放标准执行，即对于金海污水处理厂和北部商贸城污水处理厂的尾水，必须在厂内进行处理达到标准要求后，方可进入人工湿地。