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跟不上，驗收通過后基本上放任自流。一個成熟的人工濕地往往需要兩年以上才達到生態(tài)平衡，如果不加以維護，一般來說再過五年以后，生態(tài)系統(tǒng)又會朝著不利于污水處理的方向發(fā)展。因此，筆者根據(jù)的理論知識結(jié)合多年的實踐經(jīng)驗，進行一個簡要的論述。
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的過程中，主要利用土壤、人工介質(zhì)、植物、微生物的物理、化學、生物三重協(xié)同作用，對污水、污泥進行處理的一種技術(shù)。其作用機理包括吸附、滯留、過濾、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)分吸收及各類動物的作用。
２、目前人工濕地設(shè)計存在的缺陷及解決方案
在我國人工濕地處理城市污水尚處于初級發(fā)展階段，很多部門和專家過分強調(diào)“人工濕地處理系統(tǒng)具有緩沖容量大、處理效果好、工藝簡單、投資省、運行費用低等特點”，②這是之前我們對人工濕地設(shè)計認識的誤區(qū)。目前人工濕地設(shè)計存在的缺陷及解決方案如下：
２.１ 水路通道堵塞問題。
由于人工濕地長期處于浸水狀態(tài)，沉淀物和土壤（或細砂）會形成土壤膠體，牢牢地吸附管道內(nèi)壁或填料表面，久而久之就形成堵塞。在污水進入人工濕地之前，格柵、過濾、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出水管道堵塞和填料堵塞，解決方案如下述。
１）針對進出水管道堵塞問題，設(shè)計時應(yīng)考慮預(yù)留疏通位置，每年一次進行定期疏通。疏通設(shè)備無需專門配置，目前市場上有專業(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）針對填料堵塞問題，設(shè)計時可以考慮兩種方案。第一，在進出水口分別設(shè)置過濾池，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，污水停留時間較長，再加上水生植物的消化，故對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，無法徹底消除，但可以通過優(yōu)化設(shè)計盡量減少差異。
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、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相互的缺陷。表面流人工濕地夏天為了防止蚊蟲孳生，可以通過養(yǎng)殖青蛙、鰱魚等來解決。實踐表明，冬季華北大部分地區(qū)表面結(jié)冰時，表面流人工濕地通過冰下流動仍然能達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。我國經(jīng)過多年的人工濕地運營，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：格柵過濾沉淀（厭氧）－挺水植物型表面流人工濕地（厭氧較強復(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（厭氧較強復(fù)氧較差）。
２.４ 具體實例
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)置四個單元。
第一單元：三級生態(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，以前直排到七里河的污水現(xiàn)全部截留進入三級生態(tài)滯留塘。第一級：厭氧發(fā)酵；第二級：人工曝氣復(fù)氧消化；第三級：絮凝沉淀、格柵過濾。然后經(jīng)過跌水進入表面流人工濕地。通過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)計水深４０ｃｍ?？v向分為三個區(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的千蕨菜和德國鳶尾。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)下水芹菜的生長狀況，以及對污染湖水凈化效果，結(jié)果表明，種植了水芹菜的人工濕地比空白對照組濕地總氮、氨氮、總磷、化學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)長勢穩(wěn)定，沒有病害現(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。為了便于維護和更換植物，縱向分為三個區(qū)塊。進水口設(shè)置一級３０ｃｍ的跌水復(fù)氧裝置，進水口和出水口分別設(shè)置粗砂過濾裝置，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、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到５７.８％－６８.５％。
第四單元：表面流人工濕地，設(shè)計水深４０－１００ｃｍ。通過上述三個單元的處理，進入本單元的水體基本上達到二級排放標準，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、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力強大，控制在一定范圍內(nèi)生長。
本案例施工完成后養(yǎng)護期兩年，夏季、冬季的水體都符合二級排放標準。
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項目”，同樣采用組合人工濕地，體現(xiàn)了組合人工濕地進行處理截留污水的良好效果。本項目獲２０１９年度杭州市市外施工“優(yōu)秀園林綠化工程”獎。
３、結(jié)語
人工濕地可由一個或多個人工濕地單元組成，然而單一人工濕地都有各自的優(yōu)缺點。要建造一個處理污水達標的人工濕地，在設(shè)計階段和應(yīng)用階段都應(yīng)考慮在合理設(shè)計標準的基礎(chǔ)上選擇合適的人工濕地單元。本文論述的人工濕地經(jīng)過多年的運營形成了良好的內(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。（來源：元成環(huán)境股份有限公司）