康軍利
（西南科技大學(xué)環(huán)境工程學(xué)院 ，四川，綿陽 621002）

　　摘要：文章對我國城市污水回用的方式及存在的問題進行分析，闡述了人工濕地生態(tài)系統(tǒng)的機理及在污水回用中具有的高效率、低投資、低運轉(zhuǎn)費、低維持技術(shù)、處理量靈活、低能耗、處理效果好等優(yōu)點，提出了人工濕地生態(tài)系統(tǒng)在城市污水回用中是可行的。
　　關(guān)鍵詞：人工濕地；污水回用；可行性

Preliminary Study on Wastewater Reuse by Constructed Wetland Ecology System

Kang Junli
（College of Environmental Engineering of SWUST，Sichuan，Mianyang 621002）

　　Abstract：The paper analyses the wastewater reuse pattern and its main problems in China。Elaborates the principle of constructed wetland ecology system and that constructed wetland have the advantage of high efficiency，low investment cost, low energy, low operation cost, flexible flow, easy handing in wastewater reuse。It has prospect to urban wastewater reuse。
　　Keywords：Constructed wetland； wastewater reuse；　 Preliminary

　　我國是一個水資源貧乏的國家，人均水資源占有量僅為世界平均水平的1/4。隨著經(jīng)濟發(fā)展和城市化進程的加快，城市缺水問題日益突出。當前相當一部分城市水資源短缺。據(jù)統(tǒng)計，全國669個城市中，400個城市常年供水不足，其中110個城市嚴重缺水。為了解決水資源短缺的問題，污水回用工作日益受到重視，國內(nèi)許多城市的污水處理廠建設(shè)了回用處理設(shè)施。但將人工濕地運用于污水回用方面，國內(nèi)尚未見報道。

1 濕地的概念及人工濕地生態(tài)系統(tǒng)的凈化機理

　　濕地是由水、永久性或間歇性處于水飽和狀態(tài)下的基質(zhì)以及水生生物所組成。是一具有較高的生產(chǎn)力和較大活性 ,處于水陸交接相的復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。而人工濕地則是為處理污水人為設(shè)計建造的、工程化的濕地系統(tǒng) ,是通過人工挖掘 ，增加水負荷 ,并移栽植物形成的。
　　運用人工濕地處理污水可追朔到1903年 ,建在英國約克郡 Earby的被認作世界上第一處用于處理污水的人工濕地連續(xù)運行直到1992年。而人工濕地生態(tài)系統(tǒng)在世界各地逐漸受到重視并被運用 ,還是在70年代德國學(xué)者Kichuth提出根區(qū)法(The Root-Zone-Method)理論之后開始的。根區(qū)法理論強調(diào)高等植物在濕地污水處理系統(tǒng)中的作用 ,首先是它們能夠為其根圍的異養(yǎng)微生物供應(yīng)氧氣 ,從而在還原性基質(zhì)中創(chuàng)造了一種富氧的微環(huán)境 ,微生物在水生植物的根系上生長 ,它們就與較高級的植物建立了共生合作關(guān)系 ,增加廢水中污染物的降解速度。在遠離根區(qū)的地方為兼氧和厭氧環(huán)境 ,有利于兼氧和厭氧凈化作用。另一方面 ,水生植物的根的生長有利于提高床基質(zhì)層的水力傳導(dǎo)性能。
　　人工濕地生態(tài)統(tǒng)是由一些適合污染環(huán)境條件下生存的以大型水生植物為主的高、低等生物和處于水飽和狀態(tài)的基質(zhì)組成的人工復(fù)合體——污染生態(tài)系統(tǒng)。相對于天然濕地來說 ,其生態(tài)系統(tǒng)的群落結(jié)構(gòu)和種群結(jié)構(gòu)要簡單要多 ,但其按照管理者愿意進行污水處理的功能卻更強,可以說 ,這類人工濕地生態(tài)系統(tǒng)的生理功能 ,就在各種濕地生物的共同參與下 ,將進入濕地系統(tǒng)的污染物質(zhì)——同時也是濕地生物的營養(yǎng)物質(zhì) ,經(jīng)過系統(tǒng)內(nèi)各環(huán)節(jié)的“新陳代謝”,進行分解、吸收、轉(zhuǎn)化、利用 ,達到去除目的。

2 目前城市污水的主要回用方式及存在的問題

2.1 城市污水的主要回用方式
　　目前，我國城市污水深度處理或三級處理，已在應(yīng)用的工藝有：混凝、沉淀、過濾等常規(guī)工藝，微絮凝過濾法以及生物接觸氧化后纖維球過濾，生物炭過濾等方法。國外深度處理方法很多，主要有混凝澄清過濾法、活性炭吸附過濾法、超濾膜法、半透膜法、微絮凝過濾法、接觸氧化過濾法、生物快濾池法、流動床生物氧化硝化法、離子交換、反滲透、臭氧氧化、氯吹脫、折點加氯等工藝。
　　我國傳統(tǒng)的污水回用方法歸納有如下幾種：
　　(1)經(jīng)二級處理后，出水直接回用。
　　(2)污水經(jīng)二級處理后，再經(jīng)過濾供用水單位回用。
　　(3)污水經(jīng)二級處理后，再經(jīng)混凝、沉淀、過濾后回用。
　　(4)污水經(jīng)二級處理后，經(jīng)混合、沉淀、過濾、活性炭吸附后回用。
　　(5)污水經(jīng)二級處理后，改造A／O法，經(jīng)混凝、沉淀、過濾后回用。
2.2 傳統(tǒng)污水回用方式存在的問題和不足
　　我國自20世紀80年代以來所研究和應(yīng)用的污水處理回用工藝，在一定程度上緩解了局部地區(qū)嚴重缺水的問題，但也有一些不足。
2.2.1 處理設(shè)施復(fù)雜，運行成本較高
　　我國傳統(tǒng)的污水回用方式，除回用于水質(zhì)要求不高的途徑之外，基本上是借鑒了我國給水處理的工藝，也就是在“污水廠＋傳統(tǒng)的給水廠”模式，圖1是我國環(huán)保部門推薦的以污水回用為主的典型流程示意圖。

　

　　由此可以看出，要想達到污水深度處理，傳統(tǒng)的處理設(shè)施是相當復(fù)雜的，勢必要增加基建費用和處理成本。據(jù)資料報道，深圳濱河水質(zhì)凈化廠建成的污水回用示范工程，采用二級處理后，僅經(jīng)過濾的工藝，其處理成本就達到0.22元/m³(不包括二級生化處理)。
2.2.2 處理效果受限制
　　我國污水經(jīng)過二級處理后，其水質(zhì)與我國地面水源水質(zhì)還有許多差別，對部分污染物質(zhì)的去除效果較差。
　　如二級出水進行傳統(tǒng)混凝、沉淀處理后，可去除濁度73％～88％，SS60％～70％，色度40％～50％，BOD₅31％～77％，COD25％～40％，總磷29％～90％。研究表明，混凝—過濾法去除可生物降解的有機物比不易生物降解的有機物更多，可使二級出水的濁度由6～14NTU降至0.12NTU，總磷由1.3～2.6mg／L降至小于0.1mg／L，BOD由7～13降至1～2.5mg／L，TOC由10—11降至4.2—4.5mg／L，卻不能去除氨氮。
　　活性炭可有效地去除色度、臭味，能除去水中大多數(shù)的有機污染物和某些無機物，包括某些有毒的重金屬，但活性炭對THMS的去除能力較低，僅達到23％～60％。
　　膜分離中的最新技術(shù)——納米過濾，可直接除去一切病毒，細菌和寄生蟲，同時大幅度減低溶解有機物(消毒副產(chǎn)物的前它可去除90％～95％的THM，85％～95％的硬度和大于70％的一價離子(在操作壓力為482～689 kPa時)，但對一價陽離子和分子量低于150的有機物的去除率較低，對二價和高價陽離子及分子量大于200的有機物質(zhì)的選擇性吸收，且運行費用在0.08～0.14美元／m^3。
2.2.3 處理量受到限制
　　受傳統(tǒng)污水回用工藝運行費用及技術(shù)經(jīng)濟限制，我國現(xiàn)有污水回用工程處理量均較小。例如我國最大的污水處理廠——高碑店污水處理廠二期污水處理量為100萬m³/d ，而中水回用系統(tǒng)處理規(guī)模僅1萬m³/d ；天津紀莊子污水處理廠回用工程規(guī)模為2000m³/d ；青島市諶山污水處理廠深度處理后回用規(guī)模僅為480m³/d。
　　我國城市污水排放量大約在414億m³，但污水處理率和二級污水處理率分別為30％和15％，污水回用率比例更低。因此尋找一種經(jīng)濟、高效、節(jié)能、環(huán)保、適用的污水回用工藝已經(jīng)刻不容緩。

3 人工濕地應(yīng)用于污水回用中的優(yōu)點

　　人工濕地是一種由人工建造和監(jiān)督控制的、與沼澤地類似的地面 ,它利用自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)同作用來實現(xiàn)對污水的凈化。這種濕地系統(tǒng)是在一定長寬比及底面有坡度的洼地中 ,由土壤和填料 (如礫石等 )混合組成填料床 ,廢水可以在床體的填料縫隙中流動 ,或在床體的表面流動 ,并在床的表面種植具有處理性能好、成活率高、抗水性能強、成長周期長、美觀及具有經(jīng)濟價值的水生植物 (如蘆葦、茳芏等 ),形成一個獨特的生態(tài)環(huán)境 ,對污水進行處理。人工濕地在污水回用上具有高效率、低投資、低運轉(zhuǎn)費、低維持技術(shù)、處理量靈活、低能耗、處理效果好等優(yōu)點。
3.１高效率
　　人工濕地的顯著特點之一是其對有機物有較強的降解能力。二級處理后的污水中不溶性有機物通過濕地的沉淀、過濾作用 ,可以很快地被截留而被微生物利用；污水中可溶性有機物則可通過植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代謝降解過程而被分解去除。有關(guān)人工濕地對二級污水處理廠出水試驗的研究表明, 以二級污水處理廠出水作為原水的條件下,人工濕地對BOD₅的去除率可達85%—95%,COD去除率可達80%以上,處理出水中BOD₅的濃度在5mg/L左右,SS小于8mg/L。
　　我國大多數(shù)的二級污水處理廠出水中N、P的含量較高，濕地對Ｎ、Ｐ有很高去除率,可分別達到80%、90%以上。而傳統(tǒng)的污水回用工藝對Ｎ、Ｐ的去除率僅能達到20%—40%。污水中的氮、磷可直接被濕地中的植物吸收,通過對植物的收割而從污水和濕地中去除,另外,氮還可通過濕地中微生物的硝化和反硝化作用去除,磷則通過微生物的積累和填料床的理化作用協(xié)同完成去除。隨著處理過程的不斷進行,濕地床中的微生物相應(yīng)地繁殖生長,通過對濕地床填料的定期更換最終將有機物及氮、磷從系統(tǒng)中去除。此外，人工濕地對微量元素和病原體也有相當高的去除率。
　　深圳市環(huán)境科學(xué)研究所于1999年設(shè)計并建成的“洪湖人工濕地系統(tǒng)水質(zhì)凈化工程”,經(jīng)實際運行效果很好(見表1)。

表1 洪湖人工濕地系統(tǒng)水質(zhì)凈化效果 項目 DO
/ mg/L COD_cr
/ mg/L BOD₅
/ mg/L TP
/ mg/L NH₃-N
/mg/L 原水 0.47 38.47 38.65 3.082 0.172 系統(tǒng)出水 6.82 6.71 5.47 0.361 0.030 去除率/％ 　 82.6 85.8 86.2 82.6

3.2 低投資、低運行費、低維持技術(shù)
　　據(jù)國外統(tǒng)計,一般濕地系統(tǒng)在污水處理方面的投資和運行費用僅為傳統(tǒng)的二級污水廠的1/10—1/2。對我國已建成或正在建的常規(guī)生化二級水處理廠投資進行分析,也表明人工濕地的投資遠遠低于常規(guī)二級水處理設(shè)施(見表2)。

表2 人工濕地與其他污水處理工藝經(jīng)濟比較 項目 處理方式 總投資
（萬元） 噸水投資
（元/t） 年運行費用
（萬元） 噸水處理成本
（元/t） 年耗電
（萬度） 噸水耗電
（度/t） 噸水用地
（m²/t） 深圳某水質(zhì)凈化廠 鼓風(fēng)曝氣 3300 660 >100 >0.20 319 0.175 2.0 珠海某水質(zhì)凈化廠 鼓風(fēng)曝氣 1500 883 >100 >0.20 420 0.64 1.0 海南某水質(zhì)凈化廠 氧化溝 574 574 36.5 0.20 102.4 0.28 1.2 白泥坑人工濕地處理系統(tǒng) 人工濕地 4.89 138 2.0 0.02 0 0 2.7

　　在污水回用方面，由于人工濕地工藝無需曝氣、投加藥劑和回流污泥,也沒有剩余污泥產(chǎn)生,因而可大大節(jié)省運行費用,通常只消耗少量電能,用于提高進水水位(如果水位無需提升則無此項費用),處理費用一般不會超過0 05元/ｍ³，據(jù)國外有關(guān)資料研究表明人工濕地污水回用工程處理費用在美國約為2.5～25美元/1000噸。
　　至于維護技術(shù),由于人工濕地基本上不需要機電設(shè)備,故維護上只是清理渠道及管理作物,一般農(nóng)民完全可以承擔(dān),只需個別專業(yè)人員定期檢查。高昂的運行費用常常是我國開展污水回用的限制條件,而人工濕地則避免了這些缺點。
　　實踐證明,低投資、低運行費用和低維護技術(shù)將使我國廣大（特別是西部缺水地區(qū)）采用人工濕地進行污水回用成為可能。
3.3 低能耗
　　人工濕地基本上不耗能,這是其它處理方法無法與之相比的(表2)。而且其它水處理工藝的能耗不僅是經(jīng)濟問題,同時也是環(huán)境問題,因為耗能過程中產(chǎn)生的CO₂、SO₂等氣體,還會污染大氣環(huán)境。
3.4 處理量靈活
　　人工濕地可根據(jù)污水處理廠的規(guī)模，可大可小、就地利用；另外，建設(shè)施工方便，處理構(gòu)筑物、處理設(shè)備少。
3.5 處理效果好
　　出水水質(zhì)可以因植物池內(nèi)填料的不同達到《地面水環(huán)境質(zhì)量標準》(ＧＢ3838-88)Ⅱ類至Ⅴ類標準,處理后的水可用作飲用水水源和景觀用水的湖泊、水庫或河流中,亦可用作沖廁、洗車、灌溉、綠化及工業(yè)回用等。
　 另外，由于植物池內(nèi)種植的是濕地植物,如果選擇合適的植物品種可以美化環(huán)境,改善地面景觀。

4 結(jié)論

4.1 與傳統(tǒng)的污水回用工藝相比，人工濕地系統(tǒng)水質(zhì)凈化技術(shù)是一種生態(tài)工程方法,該技術(shù)簡便易行,工藝先進,運行可靠,操作簡單,運行管理費用低廉,并且不會對環(huán)境產(chǎn)生影響，在城市污水回用方面是可行的。
4.2 因植物生長的環(huán)境溫度不宜低于5℃,因而該技術(shù)更適合于我國南方地區(qū)的水質(zhì)凈化。
4.3 該處理系統(tǒng)的缺點是占地面積較大。

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作者簡介：康軍利（1978—），男，河北石家莊人，現(xiàn)工作于西南科技大學(xué)環(huán)境工程學(xué)院，主要從事水污染控制方向的教學(xué)和科研工作。
通訊地址：四川綿陽西南科技大學(xué)環(huán)境工程學(xué)院，621002　　　 聯(lián)系電話：0816－6921675，2694873（h）
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