表面流人工湿地在污水深度处理中应用的研究刘冰

·2108·中国环境科学学会学术年会优秀论丈集(2X(巧)表面流人工湿地在污水深度处理中应用的研究刘冰,,2张黎`尚宏志`(1.辽宁大学环境与生命科学学院辽宁沈阳1100362.辽宁省环境科学研究院辽宁沈阳110031)摘要阐述了表面流人工湿地技术在城市污水处理中的具有投资少、运行成本低,美化城市、维护生物多样性等优点,并结合辽宁省沈阳市浑南新区表面流湿地对城市生活污水深度处理的应用,分析表面流湿地利用中存在的问题,从而为表面流湿地的合理应用提供参考。关锐词表面流湿地深度处理一、表面流人工湿地的净化机理表面流人工湿地是人类根据天然湿地的净化原理,合理设计、有目的选择和布设植物、基质,建造成的人工污水净化系统。表面流湿地是一个完整的生态系统,它利用植物吸收、微生物降解、基质吸附、过滤等一系列物理、化学、生物作用的综合效应来实现对污水的净化。表面流人工湿地通常是利用天然沼泽、废弃河道等洼地改造而成,其底部是由勃土层或其它防渗材料构成的防渗层,以防止有害物质对地下水造成的潜在危害,上面填以渗透性良好的土壤,并种植各种挺水、沉水植物,污水以比较缓慢的流速和较浅的水深流过土壤表面,从而得到净化。目前,表面流人工湿地已经广泛地应用于处理生活、养殖污水,蓄积和净化暴雨径流,控制面源污染,恢复和重建河流、湖泊湿地,在线净化受污河流、湖泊等各个方面。表面流人工湿地在外观形式和功能结构上都十分类似于天然湿地系统,污水中的营养元素可以促进植物生长,有机污染物被微生物利用分解后,通过食物链的传递为各种动物提供食物,从而使其成为一个经过人工强化的、生物多样性极其丰富的自然生态系统〔’〕。二、表面流人工湿地在污水深度处理中的应用1.表面流人工湿地的应用表面流人工湿地由于受气候条件影响较大,且具有良好的景观效应,因此在寒冷地区常用作’污水的二级处理。在温带或者中温带气候下,常采用化粪池作为污水处理的前处理。在美国北部45%的表面流湿地是兼容氧化塘作为初级处理的。也有在其他处理系统以后的深度处理。在佛罗里达和内华达州,表面流湿地用来接纳高级污水处理厂的排水作为三级深度处理。在意大利,表面流湿地常被用作活性污泥三级处理,还有作为水平流湿地和垂直流湿地系统的后续处理来达到去除病原体或者为中水回用来深度处理污水的目的。2.表面流人工湿地的优势表面流湿地提供了一种有效的被动处理方式,最小化了机械设备、能量和技术工人。与传统机械处理相比表面流湿地建造成本低,运行费用低。除了在极其寒冷的气候下,二级处理都可以长年运行,在温带或者中温带气候下,高级或者三级处理可以长年运行。湿地系统除了为社区提供了有价值的绿地以外,还为野生动物提供了栖息地和大众休闲的场所,并且没有产生需要进行后续处理的残留的活性污泥和淤泥。在相对长的有效停留时间下,湿地对BOD、飞s、COD、金属和持续性有机物的去除效果非常显著【’〕。因此,对表面流人工湿地系统的研究、开发和应用,既可以为综合解决传统二级处理脱氮除磷效率不高,三级处理投资运行费用昂贵提供一种新的选择,又可以为保护、利用、恢复目前日渐萎缩和退化的自然湿地面积提供一个全新的解决方式[’〕。第五章环境污染防治技术研究与开发·2109·三、表面流人工湿地利用中存在的问题1.寒冷地区冬季的处理效果问题表面流人工湿地的污水处理效果受温度和季节影响较大,在我国北方寒冷地区,特别是东北地区冬季气温低于零摄氏度,表面流湿地完全封冻,只有下层可以有水流动,期间湿地动植物处于休眠状态,生命活动微弱,微生物受低温影响,生命活动也大大减弱,直接影响污水的深度处理效果。我们对沈阳市浑南新区人工湿地为期一年的监测表明,在冬季冰封条件下,虽然有一定的处理效果,但比照夏季高温期处理效率降低很多。表3为浑南新区表面流湿地在冬夏两季对污水的去除效果。裹3沈阳浑南表面流湿地冬夏两季污染物的去除效果污污染染夏季处理效果果冬季处理效果果项项目目目目目目目目目目目目目目目目目目目目目目目目目目目目目目目目目目目目目目进进进水浓度度出水浓度度平均去除率率进水浓度度出水浓度度平均去除率率(((((m岁L)))(m了L)))(%)))(m以L)))(m了L)))(%)))CCCODerrr7.9~22.55513.0~35.555巧.00016.1~21.66614.1~23.5553.000总总氮氮28.3~64.7774.9~23.44474.33334.2~59.00030.0~43.55530.444氨氨氮氮0.4`1.1110.03~0.999926.9990.40、0.46660.47·1.2222000硝硝态氮氮23.4~54.2222.2~20.366679.99937.5~47.22223.1~26.44446.555总总磷磷0.59~0.62220.02~0.344477.7770.95~1.26660.52~1.088830.666由于湿地进水中有机物负荷较低,COcDr去除率一直较低,且受温度影响不大,进水氨氮浓度低(0.2一1.lm岁)L,夏季受鱼类及植物残体影响,去除率不高。总磷、总氮等水体富营养化主要指标元素的去除效率受温度、季节影响很大。因此表面流人工湿地在北方地区不适合作为污水一级处理工艺应用,但可以结合其它处理工艺作为污水的深度处理系统,以发挥其处理费用低,脱氮除磷效率高的优势。2.土地投入费用大,影响在中心城市的推广应用建造人工湿地,需要大量占用市政土地。据统计人工湿地较传统的二级污水处理系统负荷低,其吨水用地比其他方法大1一2倍,其中表面流湿地又是所有湿地类型中负荷最低的。以浑南新区人工湿地为例,处理能力为3(以)“d的表面流湿地占地面积为3.4万扩,在地价昂贵的中心城市,这种占地比例可以完全抵消湿地系统建设、运行费用低等优势。抛开经济因素的考虑,在一个人口高度集中,日产生活污水百万吨的大型城市,选择表面流人工湿地作为主要处理手段,显然不切实际。但是在人口密度低,土地价格较低的中小城镇,表面流人工湿地建设成本低、运行费用低的主要优势会充分体现出来。我国在“十一五”期间仍会加强“归屯建镇”的工作,作为基础配套设施和环保措施,使用表面流人工湿地作为生活污水深度处理系统,应该成为解决环保资金紧张,环保设备运行缺乏资金保障的一个重要途径。3.深度处理后中水回用存在的制约因素利用表面流湿地深度处理污水,降低中水回用成本是一种经济上可行,技术上可靠的水循环利用方式。在淡水资源严重不足而又浪费严重的我国,发展经济、保护环境,减少人类斋求对自然环境的用水需求需要大量发展和利用如表面流人工湿地深度处理中水回用等经济可行的技术。但是作为一项新生的技术,表面流深度处理污水在具体推广过程中仍然存在一些制约因素需要·2110·中国环境科学学会学术年会优秀论文集(2(X巧)考虑。(l)出水水质保持稳定的问题对于回用的中水,我国有严格的水质指标规定《生活杂用水水质标准》以及《再生水回用于景观水体的水质标准》。根据现有报道和我们的监测,表面流湿地出水水质的物理化学指标基本符合国家规定回用标准,只有生物指标大肠杆菌不能达标,在回用时需进行消毒处理。另外由于表面流湿地是一个完整的生态系统,污水处理效果受季节、温度影响较大。在北方寒冷地区冬季中水回用须考虑处理效果下降的影响,加强对湿地的长期监测。(2)回用渠道和回用成本问题中水回用渠道主要有绿化用水,冲洗车辆街道的卫生用水,居民的日常生活杂用水,对自然水体和景观水体的补充用水,燃煤锅炉除渣,洗煤等对水质要求不高的工业用水等。根据国外的经验居民日常生活杂用水是中水最主要和稳定的使用途径,但需要单独铺设供水管线,基础投资较大,我国尚无大面积推广条件。绿化用水和冲洗车辆、街道是我国目前中水的主要回用渠道,但北方地区绿化用水受季节影响较大,冲洗车辆点多面广受供水管网的限制,因此表面流湿地选址需考虑回用问题。4.湿地的管理和服务间的矛盾天然湿地是地球之肾,同样人工表面流湿地是城市之肾。管理得当的表面流湿地的绿化率和环境与公园相比毫不逊色,随着这种技术的推广应用,表面流湿地系统将成为城市绿地的重要组成部分,在净化污水的同时为城市居民提供一个锻炼、放松的休闲场所和学习环保知识普及环保观念的平台。但是湿地的这两种功能间存在一定的矛盾,湿地的主要用途是处理污水,大量居民无节制的利用湿地设施,会给管理和运行带来干扰。另外,由于占地面积大,在地价昂贵的大城市,由于经济的考虑表面流湿地常常远离城市中心和人口密集区,这不利于它们作为环保知识普及和居民休闲平台功能的发挥。5.湿地植物的利用受经济因素制约长期以来多数学者认为湿地植物生长迅速、用途广泛,如芦苇、蒲草等为造纸原料,可以充分利用作为工业生产原料。这种观点忽略了经济因素的制约,与工业生产需要的原料规模相比,人工湿地产生的生物量少,如果考虑为此付出的协调、沟通和运费等人力物力消耗,费用过高。因此湿地植物综合利用应以就近、零散使用为原则。四、结论通过对表面流湿地的综合分析,可以认为表面流湿地作为一种污水深度处理系统,具有传统处理方式不可比拟的优势,同时也受到了一些客观因素的制约,在表面流人工湿地选址建设中需要对气候、技术、回用渠道、经济等各种因素综合考虑才能够扬长避短,最大限度地发挥优势,推广这项技术。参考文献〔11UinedtS七妓e8Evinornmein己P功tecitonAgency.TechnologyFactSheeterFeWaetrSufarceW田ands.跳pte浏比rZ以X)[2〕WaterEnviornmentFedear“on,2以x〕,Natualrsystemsfo:wasteawet:erratment,MoP印一16,WEF,习exanad-a,VA.