潜流人工湿地污水处理技术在北方地区的应用

中国资源综合利用

China Resources Comprehensive Utilization应用研究

潜流人工湿地污水处理技术在北方地区的应用

霍 然

（沈阳沈北水务有限公司，沈阳 110164）

摘要：以某污水生态处理工程项目为对象，本研究对潜流人工湿地在北方地区开展应用实践。本文对该项目的基本情况进行了介绍，对历年运行数据进行了统计和分析，对存在的问题提出了解决方案。结果表明，潜流人工湿地系统受水质、气温的影响较大。经过预处理、科学养护和保温，潜流人工湿地可以在北方地区实现较好的净化效果。

关键词：潜流人工湿地；北方地区；污水处理

中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：1008-9500(2019)03-0157-03

DOI:10.3969/j.issn.1008-9500.2019.03.049

Application of subsurface-flow Constructed Wetland for sewage

Treatment in Northern Region

Huo Ran

(Shenyang Shenbei Water Co., Ltd., Shenyang 110164, China)

Abstract: Taking a sewage ecological treatment project as an object, the application practice of subsurface flow constructed wetland in northern area is carried out. This paper introduces the basic situation of the project, makes statistics and analysis on the running data of the past years, and puts forward a solution to the existing problems. The results show that the subsurface flow constructed wetland system is greatly affected by water quality and temperature. Through the pretreatment, the scientific curing and the heat preservation, the undercurrent artificial wetland can be ensured to achieve better purification effect in the northern region.

keywords: subsurface flow constructed wetland; northern region; sewage treatment

我国的人工湿地技术应用起源于20世纪80年代末，近年来得到了迅猛发展，不仅在南方各省有较多的应用，在北方也有一些应用实例。但是，我国国土辽阔、气候多样、污水成分复杂、地形地势迥异，给人工湿地技术的应用带来很大的难度。总结各种具体情形下应用人工湿地的案例，可以为工程设计、运行管理积累经验，减少设计和管理的盲目性。本文以辽宁省沈阳市辉山河污水生态处理工程项目为例，对潜流人工湿地在北方地区污水处理中的应用进行了探讨。1 项目总体设计1.1 项目概况

辉山河污水生态处理厂坐落于沈阳市辉山开发

收稿日期：2019-01-09

作者简介：霍然（1982-），男，辽宁沈阳人，工程师，研究方向：水处理技术与应用。

区，为满足生活、教育及行政中心不断增长的污水处理需求，于2005年实施并于次年竣工。收集的污水主要涉及居民小区、大中专院校及政府单位，汇水面积约24 km2。辉山河污水生态处理厂设计处理污水量5 000 t/d，采用生化处理与人工湿地相结合的生态处理技术进行处理。处理后的出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B排放标准。为了满足本地区污水排放标准提标的要求，该厂于2017年关停，经过市政污水管线改造，汇水区域内的污水汇入蒲河北污水处理厂进行集中处理。其工艺流程如图1所示。1.2 平面布置及尺寸参数

该项目位于辉山河南岸，分为预处理和人工湿

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应用研究中国资源综合利用第3期

图1 污水处理工艺流程

地两部分，各构筑物按工艺流程，自西向东布置，采4 162 m2，采用水平潜流湿地。由6个构筑单元组用全地下结构。

预处理部分包括格栅、泵房、生化池、沉淀池及中间水池。泵房内设细格栅一道，栅距5 mm，为自动旋转式；泵池尺寸5.0 m×5.6 m×3.4 m，设流量75 m3/h、扬程10 m的提升泵三台；生化池采用普通曝气池结构，尺寸29.3 m×9.9 m×5.0 m，分两组，每组分为三个格，池内添加30%容积的圆柱形填料；竖流沉淀池共两座，每座沉淀池直径8 m，深9 m；中间水池尺寸3.0 m×4.5 m×4.15m，设潜污泵三台，流量100 m3/h，扬程10 m。污水经过预处理后，由中间水池提升至人工湿地进行进一步处理。

人工湿地有效面积为3 780 m，总占地面积为

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成，每个单元尺寸为21 m×30 m。湿地由砖混结构外墙、防渗膜、级配填料、集配水系统、倒膜管及湿地植物构成。湿地填料厚度自下而上分别为：大头石（80～120 mm）厚度500 mm，1.3石（10～30 mm） 厚度200 mm，豆石（5～10 mm）厚度100 mm，粗砂厚度100 mm及种植土厚度200 mm，地表种植芦苇。每个构筑单元南侧设置配水穿孔管，埋深0.5 m。北侧设置集水管和集水暗渠，集水管埋深0.9 m。2 运行效果

为了评估辉山河污水生态处理厂的运行效果，笔者将2012-2016年的运行数据进行了统计和分析。

总磷

3.4～4.62.1～2.81.0～1.461～7438～65

表1 2012-2016年辉山河污水生态处理厂进出水水质及污染物去除率

指标CODCr悬浮物氨氮进水（mg/L）230～35291～182 31～38预处理出水（mg/L）35～5511～242.7～8.3湿地出水（mg/L）17～325～90.9～4.5总去除率（%）86～9488～9686～98湿地去除率（%）40～6255～7344～68

由表１可见，辉山河污水生态处理厂对污水中的CODCr、悬浮物、氨氮及总磷均有较好的去除效率，处理后的出水符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B排放标准，达到了原设计要求。此外，潜流人工湿地对污水中的CODCr、悬浮物、氨氮去除率波动较大，7-9月污染物的去除效率高，11月至次年4月去除效率较低，该现象呈现周期性变化，经分析，潜流人工湿地的污染物去除效率与气候温度、植物生长状态关系密切。此外，运营管理水平也会对潜流人工湿地的污染物去除效率产生较大 影响。

3 存在问题及解决措施

3.1 冬季低温条件下，人工潜流湿地处理效果较差

人工湿地处理污水的原理主要为基质的吸附、过滤、植物的吸收利用及微生物联合作用的结果。湿地中的植物和微生物对温度非常敏感，北方地区季节温差大，冬季低温对人工湿地去除污染物有明显影响。有研究表明，水温低于10℃时，人工湿地的处理效率会明显下降，在4℃以下时湿地中的硝化作用停止。在出水水质指标中，NH3-N、CODCr的去除率随季节变化波动最大，在冬季下降较为明显[1]。辉山河生态污水处理厂运行数据也反映出同一规律。

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第3期霍 然：潜流人工湿地污水处理技术在北方地区的应用应用研究

辉山河污水生态处理厂为了保证人工湿地的冬季运行效果，从第二年冬季开始采取措施，一方面增加预处理部分的曝气量，提高水中溶解氧浓度，为人工湿地创造有氧环境。另一方面采取了保温措施，减轻低温对湿地系统的不利影响。保温措施主要有植物覆盖、地膜覆盖等。植物覆盖操作简单，直接利用湿地内种植的芦苇，秋季收割后原地倒伏覆盖。植物覆盖通气又具有一定的保温作用，可有效避免地表冰冻，保护植物根部。辉山河污水生态处理厂采取该方法后，效果良好，但是由于开春后未及时将覆盖芦苇清除，经过雪水浸淋植物腐烂，增加了清理的难度。第二年尝试地膜覆盖，将芦苇收割清走后对湿地表面人工铺设PVC薄膜，用砖石压实。由于芦苇根部锐利，地膜容易刺破，地膜完好率很差，开春后，覆盖的地膜需要人工清理且无法再次利用，成本很高。有很多研究将以上两种方法或几种方法结合使用，如采取植物和塑料薄膜双层覆盖、调节湿地水位形成空气层加冰层等措施，效果很理想[2]。但是受到湿地设计结构、运营成本等因素的制约，其在本项目中未采用。3.2 人工湿地基质易堵塞

辉山河污水生态处理厂运行三年后，潜流人工湿地6个构筑单元中有2个单元逐渐出现积水并有漫流的趋势。湿地不同深度取样，发现湿地地表以下0.5 m处石层已经被黑色淤泥堵塞。预处理不到位使大量不溶性有机物进入湿地，在基质内截留、沉积。针对这个问题，该厂对预处理工艺进行了完善，加强竖流沉淀池的排泥和浮渣清理。同时调整了湿地的配水策略，采用停床休作与轮作的方式，6个构筑单元运行4个单元，停用2个单元，一个月为一周期。一方面可以使大气中的氧进入湿地内部，促进好氧微生物活性，加快降解基质中累积的有机物，另一方面基质中微生物因会逐渐进入內源呼吸期，消耗自身，同时好氧与厌氧环境有利于氮磷的去除。停床休作与轮作操作维持了一年，该配水策略有效地延缓了堵塞的趋势。此外，大量研究表明，更换基质可有效恢复人工湿地功能，但是面临工程量大、费用高的问题[3]

。考虑到潜流湿地基质堵塞主要集中在配水区附近，因此，该厂采取了局部更换湿地基质，取得了较好的效果。

3.3 运维管理不足。

人工湿地为人造系统，生态系统单一，容易受到其他植物竞争影响，辉山河污水生态处理厂在运行初期，野草竞争生长，造成人工湿地内芦苇成活率很低，芦苇补种率达到30%。此外，每年秋季植被的枯枝落叶大量落入湿地内，外加芦苇未及时收割清理，植物凋落和死亡后，在长时间浸泡之下植物机体内的氮、磷及有机物又重新释放，导致人工湿地在运行一段时间后污水处理效率下降。为防止杂草大量生长，人工湿地在春季采取淹水措施，对杂草进行手工清理，促进芦苇建立生长优势。其次，人工湿地作物在秋季定期收割移除，及时清理残留植物，减少有机物及氮、磷在人工湿地的富集。 3.4 提标改造困难。

辉山河污水生态处理厂作为2005年建设的老厂，按照原设计无法达到一级Ａ排放标准。随着城镇发展，厂界外已被市政道路、居民区环绕。用地紧张，升级改造困难且不经济，只能通过改造市政排水管线，将本地区污水汇入符合排放标准的污水处理厂进行集中处理。4 结论

辉山河污水生态处理厂的运行数据反映出潜流人工湿地对CODCr、悬浮物、氨氮及总磷具有较好的去除效果。从运行经验来看，人工湿地处理技术对气候、植物生长、地理位置、养护管理等条件要求较高。该技术在北方地区的应用，需要重点考虑北方气候的特点，采取相应的防寒防冻措施，科学管理，精心养护，确保运营稳定性。由于潜流人工湿地占地面积大，因此该技术更适合中小城镇污水的集中处理。

参

考

文

献

1 聂志丹，年跃刚，李林峰，等.水力负荷及季节变化对人工湿地处理效率的影响[J].给水排水，2006，32（11）：28-31.

2 黄锦楼，陈 琴，许连煌.人工湿地在应用中存在的问题及解决措施[J].环境科学，2013，34（1）：401-408

3 崔理华，卢少勇.污水处理的人工湿地构建技术[M].北京：化学工业出版社，2009

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