浅谈人工湿地技术在污水厂尾水提标中的应用
浅谈人工湿地技术在污水厂尾水提标中的应用
2015年4月，国务院正式发布的《水污染防治行动计划》（“水十条”）中明确提出消灭劣Ⅴ类水体。国家环保部2015年发布的《城镇污水处理厂污染物排放标准》中新标准排放限值总体与《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)中的Ⅳ类水质要求相当(TN除外)。目前，苏州地区城镇污水处理厂已基本达到一级A排放标准，但排出的水质依然为劣Ⅴ类。同时污水厂出水中氮、磷含量依然偏高，如果直接补充河道、湖泊、城市景观用水时，会产生水体富营养化的风险。因此，城镇污水处理厂尾水必须要进行深度提标处理后排放。
现阶段，针对不同工艺和运行状况的城镇污水处理厂提标的主要技术有Fenton催化氧化、碳源投加、短程硝化反硝化、厌氧氨氧化、同步硝化反硝化技术、反硝化除磷技术、好氧颗粒污泥、膜生物反应器、反硝化滤池、人工湿地等。而人工湿地技术由于其具有污水净化和景观营造的双重作用，且建造运行成本较低、维护管理相对简便，在城镇污水处理厂尾水深度处理中受到了较为广泛的关注，比较适宜作为城镇污水处理厂尾水深度处理的技术，并成为江苏省太湖地区城镇污水处理提标推荐技术之一。
一.人工湿地的概念和原理
人工湿地（ConstructedWetland，CW）起源于20世纪50年代中期，并在上世纪90年代发达国家广泛应用。人工湿地是由人工建造和控制运行的类似沼泽地的地面，通过模拟自然湿地，人为设计、建造由“基质填料（土壤、石、砂、陶粒等）—水生植物—微生物—水体”组成可调控的四位一体复合污水处理生态系统，利用系统内物理、生物、化学三重协同作用，通过过滤、吸附、共沉、离子交换、化学降解、植物吸收和微生物分解等作用来实现对污水的高效净化。
二.人工湿地的主要分类
通常根据水流的行径来进行分类，分为：表面流湿地、潜流湿地（水平潜流湿地、垂直流湿地）。
1.人工湿地分类：
2.人工湿地示意图：
3.人工湿地示意图：
三.国内应用案例调研情况
1.山东省聊城经济开发区人工湿地中水生态净化工程
聊城经济开发区污水处理厂排水达到一级A排放标准，出水原经小湄河流入徒骇河。结合小湄河整体规划与生态景观建设，采用人工湿地技术对尾水进行深度处理，使其水质达到地表水体IV类标准(TN除外)。人工湿地占地面积4.5公顷，其中潜流人工湿地面积2.5公顷，表面流人工湿地2公顷，日处理水量1万方/天。
工艺流程：
2.河南省许昌市清泥河人工湿地
许昌市屯南污水处理厂出水水质达到一级A类排放标准，出水原排入清泥河。结合清泥河综合整治，采用人工湿地技术尾水进行深度处理，使其水质达到地表水体IV类标准(TN除外)。人工湿地占地面积8.6公顷，其中复合垂直流人工湿地面积6公顷，湿地型河道表面流人工湿地2.6公顷，设计总规模6万吨/日，一期规模3万吨/日。
工艺流程：
3.浙江省嘉兴市城东再生水厂人工湿地
嘉兴市城东再生水厂主要分流城中片及湘家荡南片区域的部分生活污水。进水来自城东再生水厂排放尾水，排入人工湿地及活水公园深度处理，使其水质达到地表水体IV类标准(TN除外)，最后排入南侧平湖塘。人工湿地占地面积16公顷，其中水平潜流人工湿地面积6.7公顷，表面流人工湿地3公顷，稳定塘3公顷，处理水量4万方/天。
工艺流程：
4.深圳茅洲河燕罗人工湿地
燕罗湿地位于松岗水质净化厂北侧，燕山排涝泵站西侧，洋涌桥大闸上游，处于茅洲河河滩地上，场地呈“弯月形”。燕罗湿地定位为水质净化型湿地，以改善茅洲河中上游干流截污箱涵末端水质改善工程2#应急处理设施部分出水水质为主要目标，同时兼顾生态保护和生态修复、生态景观游憩休闲功能，出水最后排入茅洲河。湿地占地面积6.5公顷，其中垂直潜流人工湿地面积1.77公顷，表面流人工湿地0.49公顷，处理水量1.8万方/天。
工艺流程：
四.太仓市港城组团污水处理厂配套湿地净水工程设计方案中的人工湿地技术的应用
港城污水处理厂总规模为3万吨/天，主要接纳并处理石化工业区的工业废水和浏家港镇区的生活污水，工业废水占比80%以上，出水原直排入长江。
污水处理厂出水COD平均浓度高达53.3mg/L，BOD平均浓度高达13.5mg/L，已超过DB32新标准。同时，为了保障长江水安全，出水将改为排放到内河水体，为了达到受纳水体（六里塘）的水功能区划要求，需对目前污水处理厂尾水进行深度处理，以达到地表IV类水标准。由于该污水处理厂进水中80%为工业废水，继续采用传统生物方法，很难去除剩余的有机物。若采用化学方法，则会提高污水处理厂的处理成本，同时产生的剩余污泥处理难度大，易造成二次污染，经过各类工艺/技术比选，参考结合国内成功案例，最终采用人工湿地技术方案进行提标改造。
人工湿地总占地11公顷，其中，复合垂直流人工湿地占地面积7.2公顷，表面流人工湿地占地面积2公顷，沉水植物塘占地面积1公顷。采用“复合垂直流人工湿地+表面流人工湿地+沉水植物塘”的组合处理工艺：以复合垂直流人工湿地作为主要处理工艺，直接接入污水厂尾水，发挥水质净化的主要作用；表面流人工湿地作为辅助二级净化工艺，进一步进行反硝化脱氮，保障出水水质；沉水植物塘强化水质净化效果，提高景观效果，出水达到地表水体IV类标准(TN除外)，日处理量为3万方/天。
工艺流程：
人工湿地的出水作为生态补水流入六里塘，增加内河水动力，对改善六里塘水质，削减排入长江污染负荷具有重要意义；同时，结合中心河和六里塘整体规划与生态景观建设，将有限的景观用地转化为贯穿场地的景观游步道，串联场地内重要湿地展示节点，提供景观休憩点，形成连续、有节奏的湿地景观游览系统，促进人水和谐,为太仓市生态文明建设丰富内容与亮点，为长江经济带生态环境保护提供样板。
五.人工湿地技术发展趋势与前景展望
人工湿地是一个综合的生态系统，基于生物作用，核心工艺流程无需耗能，比较适合于土地丰富和对生态环境及景观要求比较高的区域。
随着城镇居民生活品质的不断提高，污水处理仅做到达标排放已经不能满足生态环境可持续发展的要求，建设人工湿地污水处理系统不仅可以实现污染物减排，还能美化环境，实现社会、环境、经济效益的有机统一，其在污水处理厂提标和消除城市黑臭水体领域具有良好的应用发展前景。此外，发达国家已将研究重点转为利用人工湿地处理特殊工业废水，这也是人工湿地未来发展的一个新特点和新趋向。
现阶段，针对不同工艺和运行状况的城镇污水处理厂提标的主要技术有Fenton催化氧化、碳源投加、短程硝化反硝化、厌氧氨氧化、同步硝化反硝化技术、反硝化除磷技术、好氧颗粒污泥、膜生物反应器、反硝化滤池、人工湿地等。而人工湿地技术由于其具有污水净化和景观营造的双重作用，且建造运行成本较低、维护管理相对简便，在城镇污水处理厂尾水深度处理中受到了较为广泛的关注，比较适宜作为城镇污水处理厂尾水深度处理的技术，并成为江苏省太湖地区城镇污水处理提标推荐技术之一。
一.人工湿地的概念和原理
人工湿地（ConstructedWetland，CW）起源于20世纪50年代中期，并在上世纪90年代发达国家广泛应用。人工湿地是由人工建造和控制运行的类似沼泽地的地面，通过模拟自然湿地，人为设计、建造由“基质填料（土壤、石、砂、陶粒等）—水生植物—微生物—水体”组成可调控的四位一体复合污水处理生态系统，利用系统内物理、生物、化学三重协同作用，通过过滤、吸附、共沉、离子交换、化学降解、植物吸收和微生物分解等作用来实现对污水的高效净化。
二.人工湿地的主要分类
通常根据水流的行径来进行分类，分为：表面流湿地、潜流湿地（水平潜流湿地、垂直流湿地）。
1.人工湿地分类：
2.人工湿地示意图：
3.人工湿地示意图：
三.国内应用案例调研情况
1.山东省聊城经济开发区人工湿地中水生态净化工程
聊城经济开发区污水处理厂排水达到一级A排放标准，出水原经小湄河流入徒骇河。结合小湄河整体规划与生态景观建设，采用人工湿地技术对尾水进行深度处理，使其水质达到地表水体IV类标准(TN除外)。人工湿地占地面积4.5公顷，其中潜流人工湿地面积2.5公顷，表面流人工湿地2公顷，日处理水量1万方/天。
工艺流程：
2.河南省许昌市清泥河人工湿地
许昌市屯南污水处理厂出水水质达到一级A类排放标准，出水原排入清泥河。结合清泥河综合整治，采用人工湿地技术尾水进行深度处理，使其水质达到地表水体IV类标准(TN除外)。人工湿地占地面积8.6公顷，其中复合垂直流人工湿地面积6公顷，湿地型河道表面流人工湿地2.6公顷，设计总规模6万吨/日，一期规模3万吨/日。
工艺流程：
3.浙江省嘉兴市城东再生水厂人工湿地
嘉兴市城东再生水厂主要分流城中片及湘家荡南片区域的部分生活污水。进水来自城东再生水厂排放尾水，排入人工湿地及活水公园深度处理，使其水质达到地表水体IV类标准(TN除外)，最后排入南侧平湖塘。人工湿地占地面积16公顷，其中水平潜流人工湿地面积6.7公顷，表面流人工湿地3公顷，稳定塘3公顷，处理水量4万方/天。
工艺流程：
4.深圳茅洲河燕罗人工湿地
燕罗湿地位于松岗水质净化厂北侧，燕山排涝泵站西侧，洋涌桥大闸上游，处于茅洲河河滩地上，场地呈“弯月形”。燕罗湿地定位为水质净化型湿地，以改善茅洲河中上游干流截污箱涵末端水质改善工程2#应急处理设施部分出水水质为主要目标，同时兼顾生态保护和生态修复、生态景观游憩休闲功能，出水最后排入茅洲河。湿地占地面积6.5公顷，其中垂直潜流人工湿地面积1.77公顷，表面流人工湿地0.49公顷，处理水量1.8万方/天。
工艺流程：
四.太仓市港城组团污水处理厂配套湿地净水工程设计方案中的人工湿地技术的应用
港城污水处理厂总规模为3万吨/天，主要接纳并处理石化工业区的工业废水和浏家港镇区的生活污水，工业废水占比80%以上，出水原直排入长江。
污水处理厂出水COD平均浓度高达53.3mg/L，BOD平均浓度高达13.5mg/L，已超过DB32新标准。同时，为了保障长江水安全，出水将改为排放到内河水体，为了达到受纳水体（六里塘）的水功能区划要求，需对目前污水处理厂尾水进行深度处理，以达到地表IV类水标准。由于该污水处理厂进水中80%为工业废水，继续采用传统生物方法，很难去除剩余的有机物。若采用化学方法，则会提高污水处理厂的处理成本，同时产生的剩余污泥处理难度大，易造成二次污染，经过各类工艺/技术比选，参考结合国内成功案例，最终采用人工湿地技术方案进行提标改造。
人工湿地总占地11公顷，其中，复合垂直流人工湿地占地面积7.2公顷，表面流人工湿地占地面积2公顷，沉水植物塘占地面积1公顷。采用“复合垂直流人工湿地+表面流人工湿地+沉水植物塘”的组合处理工艺：以复合垂直流人工湿地作为主要处理工艺，直接接入污水厂尾水，发挥水质净化的主要作用；表面流人工湿地作为辅助二级净化工艺，进一步进行反硝化脱氮，保障出水水质；沉水植物塘强化水质净化效果，提高景观效果，出水达到地表水体IV类标准(TN除外)，日处理量为3万方/天。
工艺流程：
人工湿地的出水作为生态补水流入六里塘，增加内河水动力，对改善六里塘水质，削减排入长江污染负荷具有重要意义；同时，结合中心河和六里塘整体规划与生态景观建设，将有限的景观用地转化为贯穿场地的景观游步道，串联场地内重要湿地展示节点，提供景观休憩点，形成连续、有节奏的湿地景观游览系统，促进人水和谐,为太仓市生态文明建设丰富内容与亮点，为长江经济带生态环境保护提供样板。
五.人工湿地技术发展趋势与前景展望
人工湿地是一个综合的生态系统，基于生物作用，核心工艺流程无需耗能，比较适合于土地丰富和对生态环境及景观要求比较高的区域。
随着城镇居民生活品质的不断提高，污水处理仅做到达标排放已经不能满足生态环境可持续发展的要求，建设人工湿地污水处理系统不仅可以实现污染物减排，还能美化环境，实现社会、环境、经济效益的有机统一，其在污水处理厂提标和消除城市黑臭水体领域具有良好的应用发展前景。此外，发达国家已将研究重点转为利用人工湿地处理特殊工业废水，这也是人工湿地未来发展的一个新特点和新趋向。