組合人工濕地處理城市廢水技術(shù)
筆者近十年考察了許多處理污水的人工濕地，發(fā)現(xiàn)規(guī)模較大的處理效果較好，規(guī)模較小的處理效果較差。究其原因，一方面規(guī)模較小的人工濕地設(shè)計(jì)單一，如單一的表面流人工濕地、單一的潛流人工濕地；另一方面規(guī)模較小的人工濕地后期管理維護(hù)跟不上，驗(yàn)收通過(guò)后基本上放任自流。一個(gè)成熟的人工濕地往往需要兩年以上才達(dá)到生態(tài)平衡，如果不加以維護(hù)，一般來(lái)說(shuō)再過(guò)五年以后，生態(tài)系統(tǒng)又會(huì)朝著不利于污水處理的方向發(fā)展。因此，筆者根據(jù)的理論知識(shí)結(jié)合多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)要的論述。
１、人工濕地的定義
人工濕地是由人工建造和控制運(yùn)行的與沼澤地類似的地面，將污水、污泥有控制地投配到經(jīng)人工建造的濕地上，污水與污泥在沿一定方向流動(dòng)的過(guò)程中，主要利用土壤、人工介質(zhì)、植物、微生物的物理、化學(xué)、生物三重協(xié)同作用，對(duì)污水、污泥進(jìn)行處理的一種技術(shù)。其作用機(jī)理包括吸附、滯留、過(guò)濾、氧化還原、沉淀、微生物分解、轉(zhuǎn)化、植物遮蔽、殘留物積累、蒸騰水分和養(yǎng)分吸收及各類動(dòng)物的作用。
２、目前人工濕地設(shè)計(jì)存在的缺陷及解決方案
在我國(guó)人工濕地處理城市污水尚處于初級(jí)發(fā)展階段，很多部門和專家過(guò)分強(qiáng)調(diào)“人工濕地處理系統(tǒng)具有緩沖容量大、處理效果好、工藝簡(jiǎn)單、投資省、運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)”，②這是之前我們對(duì)人工濕地設(shè)計(jì)認(rèn)識(shí)的誤區(qū)。目前人工濕地設(shè)計(jì)存在的缺陷及解決方案如下：
２.１ 水路通道堵塞問(wèn)題。
由于人工濕地長(zhǎng)期處于浸水狀態(tài)，沉淀物和土壤（或細(xì)砂）會(huì)形成土壤膠體，牢牢地吸附管道內(nèi)壁或填料表面，久而久之就形成堵塞。在污水進(jìn)入人工濕地之前，格柵、過(guò)濾、沉淀是必不可少的設(shè)施，這一步能將大量的固體沉淀物和膠質(zhì)物擋在人工濕地之外。水路通道堵塞可分為進(jìn)出水管道堵塞和填料堵塞，解決方案如下述。
１）針對(duì)進(jìn)出水管道堵塞問(wèn)題，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮預(yù)留疏通位置，每年一次進(jìn)行定期疏通。疏通設(shè)備無(wú)需專門配置，目前市場(chǎng)上有專業(yè)的下水道疏通公司和設(shè)備，如管道疏通器、高壓清水設(shè)備、氣壓清洗設(shè)備等，視管道口徑的大小和堵塞程度，一般都可以收到良好的疏通效果。
２）針對(duì)填料堵塞問(wèn)題，設(shè)計(jì)時(shí)可以考慮兩種方案。第一，在進(jìn)出水口分別設(shè)置過(guò)濾池，池內(nèi)填滿濾料，選擇合理的基質(zhì)顆粒搭配，池內(nèi)不栽種水生植物以便于濾池定期清洗或更換。第二，采用組合人工濕地。首先采用表面流人工濕地（或生態(tài)滯留塘）。因表面流人工濕地水體容量較大，污水停留時(shí)間較長(zhǎng)，再加上水生植物的消化，故對(duì)污水的固體顆粒和懸浮物的去除效果較好。
２.２ 污水處理效果的季節(jié)性差異
人工濕地處理城市污水的季節(jié)性差異、南北地域差異是客觀存在的，無(wú)法徹底消除，但可以通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)盡量減少差異。
１）冬季更換耐凍的水生植物，表面流人工濕地可種植千屈菜、西伯利亞鳶尾、香菇草、水芹等；潛流人工濕地可種植羽衣甘藍(lán)、金盞菊、紅葉甜菜、小葉女貞等。
２）采用組合人工濕地。單一人工濕地在冬季的污水處理效果都不如其他季節(jié)，采用組合人工濕地可以彌補(bǔ)相互的缺陷。表面流人工濕地夏天為了防止蚊蟲(chóng)孳生，可以通過(guò)養(yǎng)殖青蛙、鰱魚(yú)等來(lái)解決。實(shí)踐表明，冬季華北大部分地區(qū)表面結(jié)冰時(shí)，表面流人工濕地通過(guò)冰下流動(dòng)仍然能達(dá)到去除大部分固體顆粒和懸浮物的目的。
２.３ 組合人工濕地系統(tǒng)
單一的人工濕地各有優(yōu)缺點(diǎn)。我國(guó)經(jīng)過(guò)多年的人工濕地運(yùn)營(yíng)，發(fā)現(xiàn)單一的人工濕地已滿足不了污水處理發(fā)展的要求，近年來(lái)興起的組合人工濕地得到快速的發(fā)展。本文敘述的組合人工濕地系統(tǒng)如下：格柵過(guò)濾沉淀（厭氧）－挺水植物型表面流人工濕地（厭氧較強(qiáng)復(fù)氧較差、去除固體顆粒物較好）－跌水（復(fù)氧）－潛流人工濕地（復(fù)氧較好厭氧較差）－跌水（復(fù)氧）－表面流人工濕地（厭氧較強(qiáng)復(fù)氧較差）。
２.４ 具體實(shí)例
菏澤七里河濕地公園，東起臨商路，西至興民路，規(guī)劃河道５公里，工程分三期建設(shè)，一期建設(shè)了三級(jí)生態(tài)滯留塘、潛流人工濕地和表面流人工濕地以及兩岸景觀工程，現(xiàn)已成為群眾游玩的好去處。本案例的人工濕地設(shè)置四個(gè)單元。
第一單元：三級(jí)生態(tài)滯留塘預(yù)處理。河流兩岸有大量居民、三座公廁和一座養(yǎng)豬場(chǎng)，以前直排到七里河的污水現(xiàn)全部截留進(jìn)入三級(jí)生態(tài)滯留塘。第一級(jí)：厭氧發(fā)酵；第二級(jí)：人工曝氣復(fù)氧消化；第三級(jí)：絮凝沉淀、格柵過(guò)濾。然后經(jīng)過(guò)跌水進(jìn)入表面流人工濕地。通過(guò)這一單元的污水能去除大部分固體顆粒和部分懸浮物。
第二單元：表面流人工濕地，設(shè)計(jì)水深４０ｃｍ。縱向分為三個(gè)區(qū)塊，以便于維修和換苗。水生植物栽種觀賞效果和耐寒能力較強(qiáng)的千蕨菜和德國(guó)鳶尾。九月下旬在行間距里套種水芹，以增加冬季景觀效果和污水凈化效果。研究濕地系統(tǒng)低溫季節(jié)下水芹菜的生長(zhǎng)狀況，以及對(duì)污染湖水凈化效果，結(jié)果表明，種植了水芹菜的人工濕地比空白對(duì)照組濕地總氮、氨氮、總磷、化學(xué)需氧量的去除率分別高出１４.０７％，１３.８２％，８.４８％，２３.０４％，且水芹菜在低溫季節(jié)長(zhǎng)勢(shì)穩(wěn)定，沒(méi)有病害現(xiàn)象，可作為一種耐寒越冬植物的選擇被推廣到人工濕地中。
第三單元：水平潛流人工濕地。為了便于維護(hù)和更換植物，縱向分為三個(gè)區(qū)塊。進(jìn)水口設(shè)置一級(jí)３０ｃｍ的跌水復(fù)氧裝置，進(jìn)水口和出水口分別設(shè)置粗砂過(guò)濾裝置，上面不栽種植物。為了便于維修和換苗，縱向分為三個(gè)區(qū)塊。挺水植物春夏秋季配置花葉蘆竹、再力花和美人蕉。九月下旬氣溫下降時(shí)地面部分按區(qū)塊收割，保留地下部分的根系，再套種冬季耐寒植物羽衣甘藍(lán)、紅葉甜菜和金盞菊。冬季氣溫下降，微生物的活躍度降低，本案例采用在潛流人工濕地表面覆蓋豬糞的辦法保溫，結(jié)果顯示總氮和氨氮平均去除率分別達(dá)到５７.８％－６８.５％。
第四單元：表面流人工濕地，設(shè)計(jì)水深４０－１００ｃｍ。通過(guò)上述三個(gè)單元的處理，進(jìn)入本單元的水體基本上達(dá)到二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)基本接近自然水體。增加水深的目的是便于立體栽植水生植物：岸邊種植柳樹(shù)、水杉、小葉女貞；淺水區(qū)種植花葉蘆竹、菖蒲、再力花和鳶尾；沉水植物種植耐寒能力較強(qiáng)的狐尾藻和苦草；浮葉植物種植荷花、睡蓮；浮水植物種植水葫蘆，冬季種植香菇草，這兩種植物由于生長(zhǎng)力強(qiáng)大，控制在一定范圍內(nèi)生長(zhǎng)。
本案例施工完成后養(yǎng)護(hù)期兩年，夏季、冬季的水體都符合二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。
另外，我公司施工的“重慶市梁平區(qū)城市濕地公園都梁飛雪建設(shè)ＥＰＣ項(xiàng)目”，同樣采用組合人工濕地，體現(xiàn)了組合人工濕地進(jìn)行處理截留污水的良好效果。本項(xiàng)目獲２０１９年度杭州市市外施工“優(yōu)秀園林綠化工程”獎(jiǎng)。
３、結(jié)語(yǔ)
人工濕地可由一個(gè)或多個(gè)人工濕地單元組成，然而單一人工濕地都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。要建造一個(gè)處理污水達(dá)標(biāo)的人工濕地，在設(shè)計(jì)階段和應(yīng)用階段都應(yīng)考慮在合理設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上選擇合適的人工濕地單元。本文論述的人工濕地經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)營(yíng)形成了良好的內(nèi)部循環(huán)，建立了穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，并具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，是正在不斷得到研究應(yīng)用和發(fā)展的人工濕地處理污水的新技術(shù)，值得有條件建設(shè)人工濕地的地方借鑒和推廣。（來(lái)源：元成環(huán)境股份有限公司）