垂直流人工湿地系统保护饮用水源的实例刘家宝

....口门门口....曰口目刀...............甸杯.宜瀚人工泥地系统保护饮用水汤的实倪刘家宝`莫凤莺“雷志洪3彭立新3王平“杨立君3刘佑华3(1中国地质大学,1匕京100083;2中南林学院,株洲412006;3深万11市环境科学研究所,深刀11518001)摘要简述了复合垂直流人工湿地污水处理系统专有技术的由来,并结合石宕人工湿地一期工程叙述了垂直流人工湿地的工艺原理、技术特卢、、植物特点、处理效果等,结果表明采用垂直流人工湿地生态污水处理系统保护饮用水源,能达到污水净化和美化环晚的“双轰”目标。关镇词饮用水源污水处理垂直流人工湿地APPlicationofvertiealflowartifieialwetlandsystemfordrinkingwatersourceProtectioninShiyanwaterreservoirinShenzhenLiuJia一baol,MoFeng一uanZ,Leizhi一hong3,PengLi一xin3,wangPingZ,YangLi一jun3,LiuYou一hua3(1.hCinaUniversir夕ofGeosciences,eBijing10O083,hCina:2.肠ntarloSuthoFesrt砂U刀i甜sriyt,hZ赵hzou412006,hCina:3.ShenzhenInstitul。ofEnviornmentalSeienc。,Shenzhen518001,hCina)Abstract:Inthispapertheoriginofthespeeialteehnologyofeompositevertiealflowartifieialwetland(VFAWL)systemforwastewaterrreatmentwaspersenred.Andalsotheporeessmeehanism,teehniealfeature,plantationandtreatmentresultsoftheShiyanVFAWLprojeetfordrinkingwatersoureePorteetionweredeseribedindetail.AllthepraetieesshowedthattheeeologiealsysremofVFAWL15verysueeessfulfordrinkingwatersoureeproteetion,benefitsofbothwastewaterpurifieationandenviornmentalbeatifieationhavebeenobtained.Keywodrs:oSureeofdrinkingwater;Wastewatertreatment;Verriealflowartifieialwetland(VFAWL)高效复合垂直流人工湿地污水处理系统专有技术是深圳市环境科学研究所的研究成果,2000年8月,该成果被鉴定为国际领先水平。经过多年的研究和实践,复合垂直流人工湿地污水处理技术在水处理领域内受到了青睐,目前在深圳市已建成的应用工程有洪湖、观澜高尔夫球会、沙田、甘坑、万科、石岩等垂直流湿地污水处理系统,其中沙田、洪湖、观澜高尔夫球会的人工湿地系统已稳定运行多年。石岩水库是宝安区的主要饮用水源之一,随着工业的发展、人口的增加导致大量的生产废水和生活污水排入石岩河并流入石岩水库,使石岩水库的水质日益恶化。黄家庄溪是石岩河下游最大的支流,在旱季该河河水几乎完全是污水。石岩人工湿地一期工程能使此条支流旱季污水全部截流处理,再排入石岩水库。该工程于2003年7月建成,2003年n月份验收,处理规模为1.5万m3d/,湿地占地面积2.4万m“,工程总投资为800万元。本工程由深圳市宝安区环保局建设,由深圳市环境科学研究所设计和负责调试工作,目前由宝安区环保局监管科管理。1工艺原理人工湿地处理污水的去除机理和去除途径和自然湿地相同,但其原理较为复杂,目前还有待更深入的研究。现有的研究表明,人工湿地能够利用基质10给水排水vo一31No.42005DOI:10.13789/j.cnki.wwe1964.2005.04.002............日..........`曰.门.口...口.口..翻勺犷一微生物一植物复合生态系统的物理、化学、生物的三重协调作用,通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的净化,同时通过营养物质和水分的生物地球化学物质循环,促进绿色植物生长并使其增产,实现污水的无害化与资源化[,1。2关键技术人工湿地系统具有建造成本低、运行成本低、出水水质好、操作简单等优点,同时如果选择合适的植物品种还有美化环境的作用〔2〕。但另一方面具有占地面积较大的缺点。“高效垂直流人工湿地系统水质净化技术”是一种改进的湿地水质净化技术,具有独特的结构和水流模式,占地面积相对较小,并能长期稳定运行的湿地技术。2.1湿地系统构造和组成湿地系统分为8块,每块湿地池面积约为3X(刃时,填料为不同的砂砾级配和深圳市环科所使用的特殊湿地填料,砂砾和填料高度均为1.2m。布水由PVC穿孔管在填料表面下10。m处均匀喷洒,填料底部设PVC穿孔集水管,水流为垂直流,然后由水平穿孔管收集处理后的水排入水体。进水时间和配水模式由自动控制系统控制。2.2所选湿地植物植物是湿地中必不可少的一部分,它通过自身的生长及协助湿地内的物理、化学、生物等作用去除湿地中的营养物质〔3〕。植物还可以延长水在湿地内的停留时间,拦截悬浮颗粒,为微生物的生长提供可附着的表面,同时还有输送氧气到根区,提高水在土壤中的传导等作用[’]。本工程植物是在多年的研究实践,借鉴国内外专家学者的研究成果,结合深圳气候和植物生长环境的特点的基础上选择栽种的。选择的基本原则:增加系统的生物多样性;多年生耐湿植物;植物根系发达;生物量较大;植物去污能力强,景观效果佳;有一定的经济价值。本工程栽种有如下多种植物:芦苇(Phragmitescommunis),禾本科芦苇属。叶片线形,渐尖,叶基宽,圆锥花穗稠密,夏末秋初抽穗开花。去污能力很强,具有经济价值,是造纸原料,但景观效果较差。再力花(Thaliadealbata),茗叶科再力花属。叶片卵状披针形,叶鞘大部分闭合;花无柄,成对排成松散的圆锥花序,花瓣紫色。去污能力强,景观效果较好。大花美人蕉(Cannageneralis),美人蕉科美人蕉属。以块茎繁殖,不择土壤,管理粗放。美人蕉根系较浅,去污能力较差,但景观效果很好。富贵竹(Draeaenasanderiana),百合科常绿小乔木,又名仙达龙血树,其生长慢,适于作小型盆栽,用于置居室、书房、客厅等处,可置于案头、茶几和台面上,富贵典雅,玲珑别致,有很好的观赏性,因此有很高的经济价值,也具一定的去污能力。风车草(eyperusalternifolius),属莎草科,我国南北方均有栽培,一般用作观赏植物,可生于沼泽地或长期积水处,其景观效果较好,去污能力也较强。纸莎草(eyperuspapyrus),莎草科莎草属,多年生草本,观赏价值高,具有经济价值,同时也是造纸原料,但其栽培成活率较低,如果管理不善,易受病虫害侵袭。香根草(Vetiveriazizaniodes),是一种独特的禾本科草本植物,具有极强的生态适应性和抗逆(旱、湿、寒、热、酸、碱等)能力,生长迅速,根系发达,易种易活,是水土保持植物中的佼佼者。该种是我所第一次用作湿地植物,有待进一步的研究。3工程介绍本工程范围从黄家庄溪支流的截污设施开始,到处理后的水排入石岩水库止。为了人工湿地生态系统的稳定性,增加湿地处理寿命及提高整个系统处理效率,增设了前处理系统:粗格栅、细格栅和酸化水解池。格栅主要拦截大漂浮物。酸化水解池主要通过填料拦截吸附颗粒物,将大分子有机物分解成易于氧化处理的小分子,并去除部分有机物。水解池处于产酸阶段,出水无明显厌氧发酵的不良气味。湿地系统进水通过穿孔管布水,出水通过收集管网排入排水渠进入景观池,出水最后通过防洪闸排入溢流坝下游河道。水解池的污泥通过污泥泵排入污泥浓缩池浓缩后,进入污泥干化池干化,干化污泥可作为果树用肥。隔栅拦污送至生活垃圾填埋场处理。工艺流程见图1,水质设计参数见表1,水质监测结果见表2,表3。给水排水vol.31No.4200511...…门.........1_____U杯拦水闸门昼格姗、提升井酸化水解池垂直流湿地系统排水渠景观水池一一洲洲-一,沉砂排放气二哩竺厅巡排水泵站图1石岩人工湿地一期工艺流程81.5%一96.3%;BOsD88.7%一98.8%;磷酸盐75.6%一99.6%:总磷96.2%一97.7%;NH3一N,TN的去除率也较高。(2)该系统可在不同的污染负荷下稳定运行。2003年7月29日和8月6日和验收期3天的进水污染浓度较高,但出水浓度都很低,去除率也很高;9月8农1进、出水水质设计指标指指标标汇减〕〕SSSSCOD。。BODsssN氏一NNN总磷磷/////叫/LLL八堪/LLL/叫/LLL/吨/LLL/叫/LLL八明/LLL进进水水质质2222000013000455520000.555出出水水质质55520002000444l0000.111农2石岩人工沮地一期工程调试期水质监测结果时时间间项目目COD匕匕磷酸盐盐BO马马氮氮氮///////mg/LLL/mg/LLL/n堪/LLL八刀g/LLL222X()3072999进水水215555.34441211110.666出出出水水8880.02221.5553.17555去去去除率/%%%96.33399.66698.8887000222003080666进水水216663.52224.522222.444出出出水水19.7770.106666611.222去去去除率/%%%90.9999777775000222003090888进水水86661.088840007.5888出出出水水8880.2633345554.6888去去去除率/%%%90.77775.66688.88838.333农3石岩一期人工沮地验收水质平均值情况时时间间项目目PHHHCOD匕匕氮氮氮总氮氮BOD,,总磷磷/////////mg/LLL/mg/LLL/mg/LLL/m召/LLL/m以LLL222003102777进水水6.8999184.55599916.1111262224.1555出出出水水6.766634.2223.6444588814.3330.15777去去去除率/%%%%%81.55559.666644488.77796.2222220()3l10444进水水6.65552833317.655519.777161113.5555出出出水水6。900018.5552.3111113.75550.0888去去去除率/%%%%%93.55586.9999997.77797.7772220()3110555进水水6.8111217.55514.655517.333102.7775.9222出出出水水69666241111.83332.84445.24440.14333去去去除率/%%%%%88.99987.55583.66694.99997.666总总平均值值进水水6.7888228.33313.777717.111130004.5444出出出水水6.877725.6662.59996.57777.76660.12777去去去除率/%%%%%88.88881.22261.666944497.222从以上水质监测结果可以看出:(l)系统出水水质好,污染物去除率高:cODer日进水污染浓度低,污染物去除率也较高。(3)人工湿地系统运行初期,稳定的微生物群落尚未构建,植物所发生的作用也还不大,但7月29日和8月6日的出水水质优良,可以推断出填料层扮演着重要的角色,因此填料的选择是非常关键的。4讨论4.1工程适应性分析当前,河流、湖泊、水库等的水体富营养化问题越来越引起人们的