城镇生活污水人工绿地处理技术及其应用

-1-城镇生活污水人工绿地处理技术及其应用曹英兰1,3林建清1陈辉2由于工农业的快速发展，我国水资源紧缺和水污染问题十分严重。一方面大量的淡水资源被浪费，另一方面水体污染日益加剧。尽管城市工业废水的产生得到了一定的控制，但以生活污水、养殖废水和农村化学品流失为主要污染物的非点源污染又呈现迅速上升的趋势，而且更加难以控制。传统的集中式污水处理工艺不适用于非点源污染的防治。从世界范围来看，非点源污染已成为水环境的一大污染源或首要污染源。在美国，非点源污染占污染总量的2/3；在奥地利北部地区，据计算进入水环境的非点源氮量远比点源大。丹麦270条河流94％的氮负荷、52％的磷负荷是由非点源污染引起的。荷兰农业非点源提供的总氮、总磷分别占水环境污染总量的60％和40％。在我国，非点源污染问题也日益严重，在太湖和滇池等重要湖泊，非点源污染已经成为水质恶化的主要原因之一。这就要求不断寻找新的污水处理方法，以期能解决这些问题。人工生态绿地处理技术以其与环境的良好协调性而得到了广泛地应用。城镇污水处理中存在的问题目前，我国城镇污水处理主要依赖于传统污水处理厂，普遍存在处理水平低、投资和运行费用高、易产生二次污染等问题，而且由于资金短缺，一些小规模村镇的生活污水直接排入地表水或海域，严重污染了周围的环境。现阶段我国城镇污水处理存在以下主要问题：●污水排放量大，处理率低；●非点源污染日益严重，集中式污水处理不能够满足水体污染防治要求；●传统污水处理工艺对氮、磷的去除率较低，容易引起水体富营养化和赤潮现象；●再生水回用效率低，绝大部分处理后排放，有的甚至与污水合流或排入海洋，浪费了大量宝贵的淡水资源。污水资源化是解决我国水资源短缺的必由之路。目前，我国的污水治理大部分仅停留在单纯的水污染控制上，而未达到全方位的水环境治理。所谓全方位水环境治理就是做到从单纯的水污染控制处理上升到水循环过程治理，即做到人为的处理、利用与自然界的循环相融合。我国污水资源化利用率很低，其中工业废水资源化利用率仅60%，城市污水资源化利用率更低。仅靠污水二级处理仍不能完全实现污水处理无害化和资源化。人工生态绿地系统作为一种污水处理的新工艺，可以实现污水就地处理，再生水就地回用的目的，为城镇污水处理和节约淡水资源提供了一个可靠的出路。-2-人工生态绿地系统介绍1、原理人工生态绿地系统是20世纪90年代发展起来的，该处理技术从源头控制出发，运用生态学原理，通过对土地处理法中的地下渗滤系统的优化，提出了该污水处理生态化技术。该技术适用于处理城镇、旅游风景区、养殖场和公园等生活污水以及给水工程中微污染水的处理。人工生态绿地是具有一定长宽比且底部具有坡度的生态模块。该工艺把传统的污水处理工艺与生态绿化相结合，由土壤、填料和滤料混合组成填料床，并在土壤层种植根系发达、耐污性能好及适应性强的景观或经济作物，能够与周围景观相协调。污水经植物的吸收、填料过滤、好氧、兼氧和厌氧微生物降解等一系列物理化学生物过程，出水水质可达《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准。该系统好氧氧源主要来自于植物的光合作用，根系输氧；土壤的呼吸作用和水自流负压吸氧。污水在填料床孔隙中流动一方面起到了过滤、充氧作用同时进行了微生物的好氧处理，另一方面可充分利用填料表面生长的生物膜、发达的植物提供氧根系及表层土壤的截留作用，进一步提高处理能力和处理效果。氧源的能耗以太阳能、生物能为主，因此可最终实现污水的零排放，零费用运行。该系统应用简单，小到一家一户，大到上万人的社区。江浙一带已对人工绿地处理系统有所研究，同时建立了多个人工绿地处理系统，从运行情况来看，处理效果良好，真正做到“污染一片，治理一片”，可以作为分散式污水处理技术的主要推广工艺。该工艺的主体由两部分组成：预处理和生态绿地处理。根据来水的水质、水量和出水水质要求，预处理方法可以选择好氧处理和厌氧处理（如图所示）。人工生态绿地系统处理流程示意图2、人工生态绿地的特点人工生态绿地污水处理技术具有很多优势：（1）建设成本及运行管理费用低廉。人工生态绿地的工程建设投资大约是城市污水处理厂的2／3，运行管理费则是1/8至1/10。（2）具有强大的生态修复功能。它不仅具有涵养水源、降解污染物、保护生物多样性的特点，还具有吸收S02、C02、氮氧化物、增加氧气、净化空气、消除城市热岛效应、光污染和吸收噪声等环境调节功能。（3）保护动物和提高景观美学价值。生态绿地能够控制土壤侵蚀、防风，是众多野生动植物栖息、繁殖、迁徙和集聚之地，对保护动物和提高局部地区景观的美学价值有很大的益处。3、人工生态绿地与传统工艺的区别常规的工艺是指混凝土结构的构筑物，利用生物膜法/活性污泥法等生物降解技术处理污水的工艺，与人工生态绿地的对比如下所示：生态绿地处理化粪池厌氧预处理生活污水管网收集水泵提升达标出水预处理-3-（1）占地面积，土地的使用常规工艺由于采用的是混凝土的结构，处理设施部分的占地很难被再次利用，即使是做成地埋式的结构，由于表面是混凝土地面，只能作为一些停车用地，不能用做绿地。而人工生态绿地则采用绿地净化的形式，占用的土地可以完全还与绿地，其污水处理的实质就是不仅处理污水，还建设部分的绿地，减轻了小区绿地建设的负担。（2）动力消耗，运行费用常规工艺由于采用的是鼓风机充氧的技术，这就要消耗很大的动能（电力消耗），一个上万吨的污水处理厂光动能消耗要在0.3元/吨污水，加上另外的药剂、人工费用，每吨水的处理费用在0.4元左右。而人工绿地，由于采用植物能以及植物生态群落的生物能，只是在预处理池部分消耗极少的动能（曝气机、水泵），因此整个系统的运行费用是相当的低，每吨水的处理费用在0.1元左右，若出水标准低一些，预处理采用厌氧处理技术，则几乎可以达到零运行费用。（3）管理操作，运行维护常规工艺是经过几十年发展起来的比较机械化的处理工艺，整个处理系统不仅包括微生物系统，还有许多的仪表、电器控制、测量仪器的控制，因此对于整个系统管理人员，需要经过比较专业的培训才能有效地管理整个系统。这个情况与小区的实际情况不很相符。人工绿地处理系统只有一个电控箱，水泵、曝气机通过自动控制来实现，不必配备专业的管理人员，只要不定期检查即可以完成所有的维护和管理工作。4、人工生态绿地的综合效益人工生态绿地具有重要的综合效益，主要表现在以下几个方面：（1）节省市政的城镇污水处理设施投资。美国水处理专家温博格首先提出二级处理不能从根本上解决水污染问题的观点。当时他认为至20世纪末，美国的水污染仍可能维持在60年代后期水平，于是，美国在70年代后提出了所谓“零排放”政策，发展污水深度处理技术。开始兴建三级污水处理厂。实践结果表明，即使美国这样经济发达的国家也难于承受其经济负担。仅以385m3/d污水处理量的技术经济评估，其三级污水处理基建费和运行费分别增加3.2和4.4倍。利用人工生态绿地系统进行城镇污水处理可以节约市政管网、回用管网和城市污水处理厂的投资。（2）实现城镇污水的分散处理、就地回用。一方面可以缓解日益严重的地表水污染状况，另一方面可以节约淡水资源，缓解供水紧张的局面。随着点源污染控制的深入，地表水水质并没有得到很大的改善，这主要是由于日益严重的非点源污染引起的。依赖传统的污水处理厂是难于解决这一问题的，而利用人工生态绿地系统进行分散处理可以从源头上缓解这一问题。（3）与周边景观和谐，实现无噪音和臭味，为建设生态城镇打下良好的基础。人工生态绿地在厦门的应用前景随着水资源紧缺和水环境污染的加重，城镇污水资源化越来越受到各国的重视。为了提高城镇-4-污水的处理率，实现再生水的回用，人工生态绿地技术得到了广泛应用。早在2002年德安公司就在宁波大学建立了1000m2、日处理水量为100m3的人工生态绿地示范工程。近两年来在新农村建设的推动下，该生态处理技术在村镇污水处理中得到了进一步的应用。目前，江苏省宿迁市也在大力推广该技术。厦门是一个水资源十分匮乏的海滨城市，多年人均水资源占有量仅为800m3左右，约为世界人均水资源量的10%。由于城市的工业化和人口的增长，一部分工业废水和生活污水得不到处理，直接排入附近的海域，引起近海赤潮，严重破坏了城市的环境。水资源的紧缺和水污染问题之间的矛盾在这里显得尤为突出，进行城市再生水回用是很必要的。厦门绿地率达到30%以上，人均占有绿地面积达到9.9m2。如能将城市绿化建设与人工生态绿地处理污水技术相结合，利用该工艺处理小区、校园和公园等生活污水，不仅能够实现污水就地处理，而且可以实现再生水的回用，缓解水资源短缺的问题。大力推广该生态处理技术，为建设社会主义新农村和生态城镇提供了有力的保障。人工生态绿地系统建设前后比较表发展趋势及存在的问题由于水环境的不断恶化和城镇污水量的不断增加，采用经济、高效的生态处理技术已成为现实所需。人工生态绿地以其投资低、运行和维护费用低等特点适合在中小城镇污水处理中推广。人工生态绿地中滤料的选配、植物的选择、运行过程中防堵技术以及如何提高系统的反消化能力，提高有机物与氨氮去除率的研究将成为今后的主要研究方向。（作者单位：1中国地质大学生物地质与环境地质教育部重点实验室2集美大学生物工程学院3宁波市江东德兴环境工程有限公司)项目建设前建设后处理方式未处理人工生态绿地系统水质一般未达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918－2002一级B标准达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918－2002一级B标准排放去向直接排入地表水体，降低地表水水质可以直接排入地表水体，不影响水质再生水回用不能回用可以回用