东汶河人工湿地污水处理厂尾水深度处理工程设计吴海明

磐界蔗撒S_;城镇排水·东议河人工湿地污水处理厂尾水深度处理工程设计吴海明`,王跃昌,,袁佐栋,,张建(1.山东大学环境科学与工程学院,济南250100;2.北京远浪潮科技有限公司,北京looor;23.临沂市环境保护局,临沂276(XX))摘要:针对山东省蒙阴县东注河流域水环境质量恶化,河滨生态环境退化等问题,设计了东汉河人工湿地水质净化工程,采用生态滞留塘+跌水复氧+两级潜流一表面流人工湿地工艺深度处理污水处理厂尾水。运行结果表明,工艺出水达到了地表水111类水质标准,保障了临沂市饮用水源地的水质安全,同时通过生态修复措施改善了河滨带的生态环境,并实现了一定的社会经济效益。关键词:污水处理厂;人工湿地;设计近J七十年来,随着我国经济社会的高速发展,水资源短缺和水环境质量恶化问题日益突出。山东蒙阴县作为临沂市重要的饮用水源地,关系到全市经济社会的和谐稳定与可持续发展。为了保障饮用水源地的水质安全,临沂市全力推进水环境污染治理工作,陆续兴建和运行了一批污水处理工程,大幅消减了污染负荷,但是流域水质仍不能稳定达到地表水111类水质标准,迫切需要采取其他污水深度净化措施,提高流域水环境质量,保障饮用水水质安全。人工湿地技术具有氮磷净化效果好、基建及运行费用低、维护管理简便等特点,且修复生态环境,已被应用于流域的水污染综合治理和生态修复〔’一’〕。目前,利用人工湿地深度处理污水处理厂出水的研究及工程设计鲜有报道。鉴于山东省东汉河流域水质保障任务的紧迫性,设计了东汉河人工湿地水质净化工程,深度处理污水处理厂尾水以改善流域水环境质量,并修复河滨带生态系统。1工程概况1.1工程背景1.1.1自然环境概况蒙阴县位于山东省中南部,隶属于临沂市,地理坐标东经117045`一118015`,北纬35“27`一36002`,南北长84.75公里,东西宽52.1公里,地处著名的沂蒙山区腹地。东汉河发源于沂蒙山区腹地,流经蒙阴县,总长132km,流域面积2428km,。蒙阴县地貌形态以低山丘陵、河谷地貌两种类型为主;属北温带季风气候区,四季分明,年均气温12.8℃,年均降水量759.6mm,年平均无霜期188天,最大冻土深度0.37m。1.1.2污染源及水源地概况蒙阴县污水处理厂于2006年建成并运行,是国家淮河流域水污染治理和“两湖一河碧水行动”计划重点工程项目,属南水北调控制单元治污工程。该厂日处理污水量4万吨,采用悬浮链曝气灯O污水处理工艺,具备除磷脱氮功能,出水达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GBI8918-2002)一级A标准要求。岸堤水库处于蒙阴县东汉河与梓河的交汇处,水库流域面积1690km2,总库容7.49亿耐,兴利库容4.51亿时,是山东省第二大水库。19%年水库被列为临沂市饮用水水源保护地,每年向临沂城供水2800万m3,关系到城市饮用水供水水质安全,对临沂市经济社会的和谐稳定与可持续发展具有重要意义。然而,随着库区内蒙阴县经济社会的快速发展,流域水环境质量也逐渐恶化,污水处理厂的建设和运行尚不能保证稳定达到饮用水源地水质标准,对临沂市饮用水供水安全构成了潜在的威胁。1.2工程现场概况蒙阴县境内东汉河长56km,流域面积547.93k耐,124城镇供水增刊2011城簇供水·城镇排水劫自.......口....cITY才刀刀2刀尸冗环河rE月S刃PPLY番为国家《南水北调东线治污规划》淮河流域水污染防治控制单元的主要河流,是临沂市饮用水水源地一岸堤水库的人库河流之一。工程选址于东演河下游,河宽30一loom;漫滩呈零星带状分布,宽20-50m,高出河床0.5一1.Om;两岸分布有阶地,高出河床3一sm。人工湿地水质净化工程建在东坟河的北岸,污水处理厂以南,主要由表流湿地、潜流湿地、生态滞流塘、跌水复氧等生态水处理系统组成,面积约0.19k扩,工程位置图如图1所示。1.3设计进、出水水质根据东坟河流域及污水处理厂出水水质特点,选定COD和氨氮两个主因子进行工程设计。处理河水量为3。以刃口d,设计进水水质为COD`50m岁L,NH,一N簇sm岁;L设计出水水质达到《地表水环境质量标准》(GB3838一2叨2)1类水质要求,即COD镬20m岁L,NH3一N簇1.om岁L。2工程设计2.1工艺方案和特点2.1.1工艺流程基于东坟河流域的地形地貌特征和水质特点,并结合河滨带生态修复的总体规划,工程的工艺方案设计为:生态滞留塘+跌水复氧+两级潜流一表面流人工湿地系统。污水处理厂出水经计量系统进人引水渠,通过布水渠依次进人交替分布的两级潜一表流人工湿地及生态滞留塘,并在其间布设两级跌水,出水由围堰外闸门控制,经尾端集水渠流人东坟河。此外,布水渠南端设置排水管道,用于汛期排水。工艺流程如图2所示。2.2.1工艺特点污水处理J`出水引水梁民水架泊.表流人.!几汉地东沈集水梁圈2州了I三古洽侧瑞工程工艺流租峡水复长(l)潜流一表面流人工湿地系统独特的结构和水流方式提供了不同的充氧环境,为不同种类的微生物提供了良好的生存环境。污染物质依次流经潜流人工湿地现成的厌氧环境和表面流人工湿地现成缺/好氧环境,使污染物逐级、分别得到降解,这种复合湿地系统类似于一个放大的AZ/O生物处理系统,提高了污染物的降解速率。(2)生态滞留塘通过沉淀作用去除污水中的悬浮物,通过藻类、微生物、水生植物等的生物作用去除部分污染物。跌水复氧工艺通过提高湿地系统的复氧能力,能有效降低污染负荷,提高系统净化效率。(3)人工湿地、生态滞留塘及跌水复氧组合生物处理工艺集效用与美观为一体,促进污水处理和生态修复的可持续发展。2.2主要单元设计2.2.1配水、集水系统设计在人工湿地前端共设有引水渠和布水渠,采用钢筋硅堰溢流布水,使污水均匀分布到湿地中,引水渠长113m,宽lm,高0.sm,布水渠长105m,宽lm,高0.sm,溢流高程为174,gm。在人工湿地末端设置总出水渠,采用断面堰集水、钢筋硅管出水,由闸门控制湿地内水位。出水管路为两根叭oo的钢筋硷管,设出水控制闸门1个,宽为1.4m,高为l·lm。图1工程位t城镇供水增刊2011125番城簇供水嗓)翔曦毅.砚磷:〔了TYAND几)环W环二刁r石只SUPPLY·城镇排水·2.2.2人工湿地主体工程设计人工湿地主体为潜流一表面流人工湿地系统,东西长960m,南北长为巧om。为了充分利用现有的河滨带狭长地形,将人工湿地分为两级,并在其间设有两级跌水及生物滞留塘。设计湿地水深为0.4m,水力负荷取1.c6耐d,进水标高175.00,坡降为l:10X()0。2.2.3围堰工程设计为了保证人工湿地水质净化工程内的处理水面面积,保证系统的处理效果,在工程区外围建设湿地围堰。综合考虑湿地围堰覆盖层、筑坝土料分布、运行条件等因素,采用壤土坝。为减少运距,本着减少能耗的理念,综合考虑场区土方需求,在整个场区内进行土方平衡。湿地围堰坝顶宽度为3m,迎水面坝坡1:1.5,背水面坝坡1:1.5,围堰顶部标高为176·oomo2.2.4植物配置工程在现场考察和调研的基础上,根据因地制宜、生物多样性和景观协调的原则选择湿地植物,依托现有地形,在地势较高处种植芦竹、芦苇、祀柳等挺水植物;在地势略低的台田间水面处种植美人蕉、香蒲等挺水植物;在水深较浅处栽种睡莲等浮叶植物,水深较深处配置范草等沉水植物;并在工程区四周种植金叶女贞等景观植物(见表l)。通过不同类型植物的优化配置,构建了一个具有生物多样性、水质净化能力和景观效果的人工湿地生态系统。3运行效益(l)东汉河人工湿地水质净化工程于2009年12月建成运行,处理后出水水质满足:COD。r蕊20m岁L;氨氮`lm酬L,达到地表水l类水质标准(GB3838一2002),有效改善东汉河水质,对保障临沂市饮用水源地一岸堤水库的水质安全具有重要意义。(2)工程在注重水质净化效果的同时,实现了生态效益和社会经济效益。通过展示湿地生态水处理效果、生物多样性及湿地自然景观,充分发挥了湿地的教育功能;通过湿地的游憩功能,为当地居民提供了一处生态、休闲的郊野公园,实现了人与自然的和谐发展。4结论采用生态滞留塘+跌水复氧+两级潜流一表面流人工湿地工艺深度处理污水处理厂尾水。运行结果表明,工艺出水达到了地表水111类水质标准,保障了临沂市饮用水源地的水质安全,同时通过生态修复措施改善了河滨带的生态环境,为人工湿地工程的设计和应用提供了经验。参考文献〔l]刘红,代明利,刘学燕.人工湿地系统用于地表水质改善的效能及特征仁J].环境科学,2侧〕4,25(4):65一69.【2]张建,何苗,邵文生,等.人工湿地处理污染河水的持续性运行研究[J」.环境科学,2006,27(9):x76o一17“.【3」申欢,孙亚军,胡洪营,等.滞留型城市景观河道的污染治理「J].中国给水排水,2仪沁,22(20):66一65.〔4」张建,张波,靖玉明,等.南水北调东线南四湖新薛河人湖口人工湿地工程设计〔J],中国给水排水,2008,24(2):49-51.[5」Wu,H.,Zhang,J.,Li,P.,etal.NuitrentRemovalinConstruetedMieocrosmWedandsofrTreatingPollutedRiverWaterinNorthernChina[J].Eeolo臣ealEngineeirng,2011,37:560一568.表1工程选用的植物中中文名名拉丁名名科属属生活型型种植密度(株/mZ)))种植面积(mZ)))芦芦苇苇hPragmitesa“stralisss禾本科芦苇属属挺水水7778955555香香蒲蒲刃净haang。`伽liaaa香蒲科香蒲属属挺水水555553666营营蒲蒲Aeorusealam山Linnnn天南星科总蒲属属挺水水777733777芦芦竹竹ArundOdona牛牛禾本科芦竹属属湿生生777660777美美人蕉蕉Cannaindieaaa美人蕉科美人蕉属属湿生生777545333睡睡莲莲Nymphaeaalbaaa睡莲科睡莲属属浮叶叶666651222范范草草OPtamoge￡onerisPusss眼子菜科眼子菜属属沉水水水水祀祀柳柳Salix尸u,ueraaa杨柳科柳属属湿生生7771137111紫紫竹竹ph了lloszaeh”nigaaar禾本科刚竹属属属77790777金金叶女贞贞Lgl尚trum,ieayriii木犀科女贞属属属666655000红红叶小粱粱Berberisthunbegriiii小聚科小梁属属属666292111126城镇供水增刊2011城簇供水·城镇排水·胭..日口口...自..cIYT月川D万’O开W环沁rE盈S〔邝,I生YDesignofCosntrcutedWeltandinDongweoftheEmue爪11形VerofrhteF侧rtherT代stmentseawgelPanstwuHaming,,wangYueehang,,Yuanzu记ong3,zhangJian(1.cShoolOfEnviormnenaltSeieneeandE呼neeir昭,ShandongUinve、iyt,iJnan2501X();2.BeijingFuhrterTideTechnolo群Co.Ltd,BeijinglX()102:3.U咖EnviornmenaltPortecitonBoau,Un外276X[X))Ahstarct:Basedondeteiroartionofwaterenviorimrentander加孚adationofirvesrideeeosrsemtinDongwenirverbasinsinMen盯ineountyOfShandongporvinee,theeonstxuetedweilandprojeetinDon酬enirverestu呵forhtefolr五eretratmentOfhteieffuentformsewageplantswasdesigned,wiheheonsisstofceoligoealeret