关键词：强化型生态湿地； 低能耗； 可持续发展

中图分类号: X5 文献标识码: B 文章编号: 1674-4829（2010）05-0036-03

 

Abstract：The advanced constructed wetland is applied on domestic wastewater at the Lotus Island of the Yangcheng Lake in Suzhou. The technological characteristics, design parameters, social and environmental benefits of this integratedsubsurface constructed wetland are analyzed. All kinds of pollutants in domestic wastewater are removed by plant, microbeand substrate of the advanced constructed wetland and water quality of effluent is improved to meet GB 18918—2002 standard A of the first class in "Discharge standard of pollutants for municipal wastewater treatment plant". Results show that the advanced constructed wetland has good treatment efficiency. It has the advantages of low energy consumption of 700 kW·h per year and distinguished environmental benefits. It is a good example for ecological civilization and sustainable development.

 

Key words: Advanced constructed wetland; Low-energy; Sustainable development

 

随着太湖流域社会经济迅速发展， 过度的消耗自然资源，使生态环境不断恶化，特别是水体污染与富营养化日趋严重。长期以来，我国湖泊岸区农村生活污水得不到有效的解决， 污水二级有效处理率不到1%[1]。农村地区全部通过管网集中收集处理是不现实的，一般冲厕水的处置方法是单户式化粪池，其建造不规范，污水直接渗入地下，对环境造成长期影响；洗涤废水基本不处理就近直接排放到自然水体，严重影响湖泊水质。目前，各地区正在积极推进新农村建设， 急需为湖泊岸区农村生活污水处理寻找科学、环境安全、维护方便、经济可行、生态可持续的手段， 世界成功经验表明应用人工湿地系统是广阔湖泊岸区农村地区污水处理的有效实践方法[2]。在此引进德国生态工程协会人工湿地技术，研究消化、其吸收后进行一定的改进，采用科技治水和生态景观相结合的方式， 通过强化型生态湿地处理设施处理阳澄湖镇莲花岛东咀村生活污水， 该设施现已进入调试运营阶段。

 

阳澄湖镇莲花岛东咀村常住人口数约120 人，村里多有农家乐， 每年的9 月底至元旦是客流高峰期，基本所有农家乐处于满负荷接待状态。出水水质执行GB 18918—2002 《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A 标准，水量设计考虑平时农户生活污水、客流高峰期游人带来的生活污水以及周边船餐生活污水，设计水量50 m3/d。设计进、出水水质见表1。

2.1 工艺方案介绍
      生活污水处理系统流程如图1 所示。

 

      农户排放的生活污水经化粪池处理后排入污水收集管道， 污水管道收集的污水首先进入调节池进行沉降预处理， 再流入强化型生态湿地处理设施进行处理，出水排入阳澄湖。强化型生态湿地处理设施中垂直流生态滤床种植鸢尾、美人蕉等湿地植物，进水方式为间歇下向流方式，每2 h 布水1 次，每次布水约5 m3。对污水进行物理和生化处理，BOD5和氨氮（NH3-N）等污染物同滤床砂层中附着的微生物进行好氧反应，充分降解；含磷（P）污染物在滤床砂层中吸附沉淀。水平流生态滤床种植鸢尾，对垂直流生态滤床出水进一步净化，出水流入二级湿地。二级湿地主要种植芦苇、香蒲、荻等植物，进一步净化水质、美化环境、调节周边小气候[3]。调节池沉积的污泥排入污泥干化床进行干化处理，污泥干化床种植芦竹，其渗滤液回流至调节池。

2.2 工艺特点
      工艺研究在人工湿地设计、施工、运行等方面比一般人工湿地作了多项技术改进，具体是：

      （1）工艺采用间歇性布水和出水，可以最大程度地利用床体上层的大气复氧， 同时通过布水压力造成污水流喷射，一定程度起到跌水复氧的作用，提高了污水中溶解氧（DO）含量。另外增加通气管同滤床底部排水管相连接，使得氧气能够通到滤床底部，通过排水管环形切孔，向滤床内部扩散，同时局部区域厌氧反应产生的沼气和硫化氢（H2S）等气体能够向外界及时散逸。从而改善系统缺氧问题，强化硝化作用，提高NH3-N 去除效率。

      （2）施工期间，杜绝任何形式的机械压实，保证滤床基质原始状态的疏松，通过运行调控，有效保护和恢复滤床生化反应器功能。选取根系发达的植物作为滤床植物，其根系能够有效疏通堵塞，防止滤床板结，改善滤床内部结构，大大延长运行寿命。通过大量植物的光合作用吸收大量二氧化碳（CO2）和有机碳，减少周围大气中CO2的含量，降低温室效应，增加氧气含量，改善周边的生活环境[4]。冬季植物不收割，枯黄枝叶自然扶倒在滤床表面，形成天然的保温层，减轻反应设施受温度下降影响，待到春季暖和季节，再进行人工清理。

      （3）污泥干化床中微生物代谢产生的污泥会自然消化，不会堵塞系统，运行期间无需清理。调节池污泥定期排出，输入到污泥干化床处置。由于植物根系和填料迅速过滤作用，大部分时间污泥层能保持相对干燥，处于好氧状态，卫生状况良好。污泥干化床的设置，使整个污水处理工艺工程真正安全、环境无害化。

      （4）吸收德国的先进生态湿地技术，对阳澄湖镇莲花岛东咀村生活污水进行有效处理， 使污水处理全过程运用生态技术成为现实。垂直流和水平流组合的复合流生态滤床既可以有效去除CODCr，SS，总磷（TP）等，也能够高效去除总氮（TN），因为它使垂直流和水平流优势互补， 使硝化反应和反硝化反应不在同一环境下进行， 是一种值得研究和推广的湿地形式[5]。组合后续二级生态湿地稳定化处理，出水达到GB 18918—2002 《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A 标准。

3 主要构筑物设计

3.1 生态湿地基质层
      生态温地基质层滤料级配曲线如图2 所示。

      基质层是人工湿地处理污水的核心部分。通过吸附、吸收、过滤、离子交换、络合反应等物理化学作用去除污染物质。为微生物提供良好的载体；为污水渗流提供良好的水力条件； 

 

      提供水生植物生长所需的基质。国内对填料选择和配比有过大量研究和工程实践，如土壤填料，钢渣、石灰石、粉煤灰等[6-7]，也有选用砂石填料但没有具体的级配要求， 由于缺乏基质填料的标准， 所以在人工湿地工程运行实践中往往不能保证处理水效果。此研究所用基质层滤料通过格兰特（Grant）滤料渗透试验和筛分试验的两步实验方法确定，试验表明所用滤料平均导水率为6.4 × 10-4 m/s，符合1.4 × 10-4 ～ 7.0 × 10-4 m/s 范围要求[8],也符合标准级配曲线。基质层滤料的严格选用可确保生态湿地工程能够保持相同标准， 并长期稳定运行。

 

3.2 垂直流型生态滤床
      垂直流滤床支架采用圆形砖砌结构，直径25 m。采用1 mm PE 复合土工布防渗膜进行防渗处理，上铺设集水管（HDPE 单壁管）、基质层（集水系统见图3）。基质层底层铺设20 cm 厚排水层滤料，保证排水通畅，中层铺设10 cm 厚过渡层滤料，防止上层处理层滤料下沉堵塞排水管， 上层铺设50 cm 厚苏州德华生态环境科技有限公司VF100 型处理层滤料，滤床表面安装布水系统见图4 所示。布水系统中种植芦苇、美人蕉等水生植物，以保持过滤砂层的长期良好透水性，同时净化吸收一部分有机物质。布水系统通过水力计算确定，DN160 mm PE 管作为主管，DN75 mm 半圆形PE 管作为支管， 支管每隔1 m 均匀打孔，孔径为8 mm，保证均匀布水。由自动控制系统对滤床进行间歇式供水，供水流量为0.017 m3/s。

3.3 水平流滤床
      水平流滤床采用扇形结构，宽度（6 m）根据水力计算确定， 面积为100 m2，其平面示意见图5。采用1 mm PE 复合土工布防渗膜进行防渗处理，集水管用HDPE 单壁管， 基质层结构与垂直流滤床一致。垂直流滤床出水从水平流滤床一边进入，然后横向水平流向另一边，经处理后出水进入二级生态湿地。

 

3.4 二级湿地
      二级湿地的面积为400 m2。湿地底部垫土壤和10 cm 中砂层处理。湿地表面种植鸢尾、黄菖蒲、芦竹等植物，接纳水平流滤床出水，使水质得到进一步净化，同时有利于构建微生态系统，带来良好的景观效应。
4 社会与环境效益分析

      （1）强化型生态湿地处理设施为岛居居民生活污水提供了新型处理设施，保证污水得到及时处理，达到保护阳澄湖水质的目的。其工程造价相当于同类型同等规模处理设施的1/6， 每天运行耗电2 ～ 3kW•h。系统能稳定使用15 年，污水处理总费用仅为0.3 元/t，远低于集中式污水处理厂0.7 元/t。因此，相对于传统污水处理厂， 发展强化型生态湿地治污技术可以为社会节约大量资金。

      （2）据预测，工艺研究强化型生态湿地处理设施
      每年约能削减CODCr：5 200 kg，TN:640 kg,TP:7 kg。1 000 m2 的湿地面积能吸收CO2约1 400 kg。如能将其工艺研究成果在我国广大的农村地区推广引用，将产生极大的环境和生态效应；且该设施属于分散处理系统，与自然界更加协调，并且位于居住区附近，能够有助于增强群众的环保意识，加强环保事业的公众参与度。

      （3）强化型生态湿地具有良好的景观效应，即有环境美学价值，可以美化环境，改善地面景观。而且其项目的生态滤床设施位于旅游区， 为旅游业锦上添花，造福于民。

      （4）强化型生态湿地处理设施是一个完整的生态系统，可以防止土壤侵蚀、防风护堤，保护生物多样性，保护自然生态系统。湿地水分通过蒸发成为水蒸汽， 然后又以降水的形式降到周围地区，保持当地的湿度和降雨量，使周边气候适宜，调节气候[9]、降解污染、缓解城市“热岛效应”等方面发挥巨大作用。

5 展望
      目前， 强化型生态湿地处理设施污水处理技术是正处于研究、应用和发展中的实用新技术。当前人工湿地已经从传统的单一水质净化转向多目标应用，人们关注的焦点也从污染物去除转变为提高生物多样性、提升景观娱乐性和强化相关科学研究并重。科技治水和生态景观相结合的方式是符合新农村建设的，有利于人与自然、社会和谐的可持续发展。

[参考文献]
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[3] 张荣社，李广贺，周琪．潜流湿地中植物对脱氮除磷效果的影响中试研究[J]．环境科学，2005，26（4）：83-86．
[4] 张丽，朱晓东，邹家庆．人工湿地深度处理城市污水处理厂尾水[J]．工业水处理， 2008， 28（1）： 85-87．
[5] 贺锋，吴振斌，陶菁，等．复合垂直流人工湿地污水处理系统硝化与反硝化作用[J]．环境科学，2005，26(1)： 47-50．
[6] 张兴，刘翼，陈贤．论人工湿地对改善环境的作用[J]．现代农业科技，2009（14）：253-258．
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[9] 崔玉波，董婵，赵立辉，等．人工湿地填料吸附氮磷性能研究[J]．吉林建筑工程学院学报，2006，23（2）：7-10．