垂直流人工湿地在污水厂尾水处理及景观设计中的应用研究廖冠

1前言为了提高污水处理厂的出水水质，达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）III类水质标准，污水处理厂需要增加深度处理工艺。而垂直流人工湿地作为一种投资费用少，运营费用低，处理效果好，抗击负荷强的处理工艺，常常作为处理污水厂尾水的首选工艺。利用垂直流人工湿地的优点及湿地植物的美学价值，使污水处理与创建生态景观有机结合起来，具良好的经济效益、生态效益和社会效益[1]。岳池县城南工业园区集中污水处理厂湿地工程在岳池县城南工业园区水资源紧张，且在无排放容量的情况下进行建设，采用垂直流人工湿地工艺，利用湿地植物美学价值与园林景观艺术结合，在繁杂的工业园区边打造出一片能够为市民及外来游客提供集生活休憩、生态科普宣教于一体的休闲场所，大大减少了污染物的排放，同时充分利用了水资源和美化了环境。2设计规模和水质岳池县城南工业园区集中污水处理厂湿地工程设计处理水量为26000m3/d，设计进出水水质如表1所示，其中出水执行《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）III类水质标准。表1设计进出水水质项目进水水质（mg/L）出水水质（mg/L）pH6～96～9CODCr≤50≤20BOD5≤10≤4SS≤10—氨氮≤5（8）≤1.0总氮≤15≤1.0总磷≤0.5≤0.23工艺流程岳池县城南工业园区集中污水处理厂湿地工程采用的工艺流程如图1所示。污水厂尾水管道提升泵站配水井垂直流人工湿地生态景观塘泵达标排放图1岳池县城南工业园区集中污水处理厂湿地工程工艺流程污水厂尾水经过管道自流进入提升泵站，经过提升泵将水头提高，然后经过配水井，将水均匀分配到各块人工湿地，经人工湿地处理后的水流入景观水渠，经景观水渠汇集后流入生态景观塘作景观用水，多出来的水溢流到附近河流作河流水源补充。4垂直流人工湿地设计4.1垂直流人工湿地设计参数设计流量：1083m³/h；填料孔隙率：35%；表面有机负荷：276.6Kg.COD/hm2；人工湿地面积：A=Q（C0-C1）/qos=28210m2；表面水力负荷：qhs=0.922m³/m2·d；人工湿地池深：1.50m；保护超高；0.20m；水力停留时间：1.30d4.2垂直流人工湿地布局与布水方式垂直流人工湿地布局遵循景观优先的原则，即垂直流人工湿地的布局设计优先从景观设计的角度考虑，结合全湿地范围内的地形、地势等的基础上进行布局，做到布局合理美观，符合园林景观的艺术风格，同时在这基础上尽量使湿地地块集中化和方块化，以利于湿地的布水。岳池县城南工业园区集中污水处理厂湿地工程布局见图2。图2岳池县城南工业园区集中污水处理厂湿地工程布局图岳池县城南工业园区集中污水处理厂湿地工程主要分为展示厅、A区人工湿地、B区人工湿地、C区人工湿地和景观湖区，总占地面积为67180m2，其中A区湿地面积约12170m2，B区湿地面积约2670m2，C区湿地面积约13370m2。每个区湿地再分为若干块面积约为500-1000m2的小块湿地。垂直流人工湿地采用下流式人工湿地，即污水厂尾水从湿【第一作者】廖冠（1985－），男，广东廉江人，工程师，研究方向：市政污水及工业废水处理工艺。垂直流人工湿地在污水厂尾水处理及景观设计中的应用研究廖冠（中山市环保产业有限公司，广东中山528400）【摘要】随着环保要求的提高和水资源循环利用，许多污水处理厂的尾水出水水质标准需进一步提高。结合垂直流人工湿地在污水处理厂尾水处理中的应用实例，介绍该工艺的原理、特点、设计参数，并归纳总结其调试运行经验，为垂直流人工湿地在污水厂尾水处理及景观设计中的推广应用提供参考。【关键词】垂直流；人工湿地；污水处理厂尾水；景观设计【中图分类号】X522【文献识别码】A【文章编号】2095-3518（2018）07-98-022018年第34卷第7期轻工科技LIGHTINDUSTRYSCIENCEANDTECHNOLOGYVol.34，No.7，201898地的上部均匀进入，沿湿地垂直向下流动，出水从底部流出。人工湿地的布水采用配水井根据各区面积等比例配至各湿地，再用支管分配到各小块湿地，最后用穿孔管均匀布水。4.3填料设计湿地主要填料应选择具有孔隙率高、比表面积大、表面粗糙、化学及生物学稳定性比较强、机械强度高的材料作为湿地填料，而陶粒不单具有以上这些特点，还含有大量的钙、铁、镁盐等，所以选择其作为人工湿地的填料，在运行时更容易附着大量的各种微生物，提高去除污染物效率。填料多孔性有利于湿地中植物根部的生长，多根的植物有利于除磷脱氮。在本工程中选择陶粒作为主要填料，选择碎石等作为基质填料敷设在湿地底层和顶层处理效率低的位置，以降低工程造价。湿地填料厚度为1300mm，其中顶层为碎石层，粒径为∅5~15mm，厚度为300mm；中间层为陶粒层，粒径为∅10~20mm，厚度为700mm；底层为碎石层，粒径为∅10~30mm，厚度为300mm，湿地填料剖面图见图3。图3湿地填料剖面图4.4景观设计岳池县城南工业园区集中污水处理厂湿地工程景观设计主要包括：（1）湿地水系连通设计；（2）湿地游览路线的栈道设计；（3）乔木、灌木和湿地植物的搭配布局设计；（4）景观湖的精品设计水系连通设计主要采用模拟大自然的小溪形态，串通3大块湿地，使湿地出水自然而流畅地排放到景观湖。溪边种植不同的挺水植物和放置不同形态的天然石，将湿地的出水管隐藏，使其与湿地周边更加自然和谐地搭配。穿插在湿地中的栈道采用结实耐用防腐木进行铺设，栈道高度比湿地面高出300mm左右，让游客更亲近地与湿地进行接触，感受四周植物环绕，拥抱自然的感觉。植物设计采用分层次错落设计，第一层草地地形，第二层矮小湿地植物，第三层挺水湿地植物，第四层大灌木，第五层小乔木，第六层大乔木。多层次、多变化、起伏自然流畅，形成立体园林景观，并与湿地充分融合。景观湖就地势而设，水面积约6000m2，由栈道与湿地连接，穿越湖面并在湖边设置一座凉亭供游客休憩。在湖里设置人工喷泉达到流水不腐和水质净化的效果，促进水生态系统的长期稳定性，达到推流增氧、水质净化的目的，同时在水里种植沉水植物，促进生态系统的完整及长期稳定，利用“食藻虫”引导水下生态修复技术，以“食藻虫”摄食水体中的藻类、悬浮物等迅速提高水体透明度，促进沉水植被的生长，恢复水体健康的生态系统，构建水下生态系统，然后逐步引入大型底栖生物，鱼类及有益微生物群，构建完整的生物链，恢复水体的自净功能。5运行分析和处理效果5.1运行分析岳池县城南工业园区集中污水处理厂湿地工程建成于2016年02月，于2016年6月完成调试并正式运行，由于受到污水处理厂的处理水量限制，人工湿地的实际处理水量为18000～23000m3/d之间，进水水质比设计水质浓度低。调试初期湿地植物还没生长起来，微生物群落未建立起来，处理效果不好，通过间歇式运行和调节湿地的水位，使湿地植物根部向下生长，在短期内构建起了浓密的湿地植物，从而增加了微生物在植物根部的附着，出水效果好转，达到设计要求。在2017年3月份开始，人工湿地处理效果逐渐变差，特别是COD出水不达标，采取落干和水淹均效果不明显，经过对湿地的仔细巡查后发现，原来湿地边沿处累积大量的落叶和树枝，湿地植物不及时修剪和清理，由于气温逐渐上升，再加上连续几天下雨，落叶已部分腐败，从而严重影响了湿地的水质，导致出水水质变差。于是大力清理湿地边沿的落叶和树枝，同时将湿地植物进行修剪，将过于靠近湿地的乔木进行移植，采取以上措施后，湿地的出水逐渐好转，并持续稳定达标。5.2处理效果人工湿地在调试初期，出水的COD、氨氮和总磷指标不能完全达标，调试结束并正常运行后，各项指标均能达标排放。统计2017年4月至12月平均进出水水质如表2。表2岳池县城南工业园区集中污水处理厂湿地2017年4月至12月平均进出水水质mg/L时间进水4月5月6月7月8月9月10月11月12月CODCr进水44.344.143.943.041.241.842.143.844.6出水18.517.316.616.215.715.916.417.617.9BOD5进水8.27.98.07.26.86.97.57.68.0出水3.33.53.12.93.13.02.93.23.5氨氮进水3.23.42.73.02.93.23.12.83.2出水0.80.80.60.70.60.70.70.80.9总氮进水7.07.56.96.56.77.27.47.37.3出水1.00.90.90.91.00.81.01.01.0总磷进水0.400.400.300.400.300.290.380.430.44出水0.180.170.140.120.100.110.130.190.18从表2的水质参数上看，垂直流人工湿地对CODCr、BOD5、氨氮和总氮都有很高的去除率，出水水质各项指标均达到或优于设计标准，说明垂直流人工湿地对污水厂尾水处理的优越性。而人工湿地建成后，丰富的动植物形成了一个在城市中难得见到的近似于大自然的景观。大量市民及外来游客前来游玩、参观和休憩，说明该工程在人工湿地污水处理工艺与园林艺术景观上达到了完美结合。6结语岳池县城南工业园区集中污水处理厂湿地工程的建立在净化受污染水体、充分利用淡水资源方面大胆迈出的一步，是成功（下转第101页）99解系列反应的进行情况。由研究结果可知，在反应不断进行的过程中，在SMZ中存在的两个芳香环会逐渐发生裂解，而SMZ分子中存在的硫原子及氮原子会被矿化降解，从而可得到结构比较类似的一系列线性有机分子化合物，随着时间不断增长，链中的氮原子及硫原子会由于不断被矿化而得以不断减少，并且在反应过程中各种离子含量均会有所增加，在保证反应能够顺利进行的情况下，在溶液中存在的降解产物只有矿化之后所得到盐离子，抗生物类有机物能够实现完全降解。彭艳等在对AMX的液相光催化氧化这一实验中，探究了反应副产品以及其反应途径，通过对反应过程中所得到相关无机副产品中硝酸盐、氨以及硫酸盐含量，可对在有机副产品中仍残留的氮含量及硫含量进行预测。对于不同分子而言，其降解途径也存在较大差异，并且链断裂位置也存在差异，然而随着反应时间不断延长，均会存在芳香环以及有机链不断发生裂解，且形成个各种盐离子，并且在反应不断进行过程中，反应过程中所产生相关中间产物也会得以降解，最终所得到降解产物只有硝酸盐离子、硫酸盐离子以及二氧化碳与水。通过研究种类不同的抗生素光催化降解，其结果表明在抗生素光催化降解过程中，均会伴随芳香环及有机链断裂，最终可实现完全降解。此外，对抗生素光催化降解机理而言，相关研究认为其与抗生素分子结构存在密切关系，对不同分子结构的抗生素而言，其降解机理也存在较大差异，在实际降解过程中对于这一方面也应当加强注意[2，3]。3抗生素光催化降解动力学在抗生素光催化降解过程研究中，降解动力学研究也是十分重要的一项内容，可为优化降解过程提供更好理论依据及支持，因而对于这一方面也需要重视。在抗生素光催化降解动力学研究中，降解时间对动力学会产生一定程度影响。首先，对于降解时间而言，其会在很大程度上对光催化降解率产生影响，通常情况下在实际操作中均希望能够得到抗生素基本完全降解所需要的最短时间，然而若降解时间过短，抗生物无法得到完全降解，并且所形成中间产物也无法得到较好降解，对于类型不同的抗生素而言，在实验条件不同的情况下，其达到完全降解程度所需时间也存在较大差异，并且在不同降解时间段内在反应液中存在的物质也存在一定差异，这与抗生素光催化降解动力学过程分析存在联系。因此，在抗生素光催化降解反应过程中，应当依据实际情况及抗生素种类，合理确定降解时间，从而使降解得到更加理想的效果，将水体中所存在的抗生素有效去除，使水体处理能够得到比较理想的效果[4]。4结语在水体中存在的抗生素对水环境中的生态系统会造成严重危害，因而降解水体中抗生素，从而使水环境得到优化也就十分必要。在当前水体中抗生素降解方面，十分重要且比较有效的一种方法就是光催化降解法，具有理想的降解效果。本文主要对TiO2光催化降解水体中抗生素各个方面相关