人工濕地在回用水中的應用及應考慮的問(wèn)題

摘要：分析了城市污水處理廠(chǎng)污水回用技術(shù)存在的問(wèn)題，指出應重新認識人工濕地的作用，改變傳統的將人工濕地作為城市污水處理廠(chǎng)二級處理工藝的觀(guān)念，回歸人工濕地深度凈化污水的真正意義。此外，對人工濕地在設計時(shí)須考慮的問(wèn)題進(jìn)行了介紹和探討。

關(guān)鍵詞：人工濕地　污水處理　回用水

一、前言

我國是世界上13個(gè)貧水國家之一，人均占有水資源量?jì)H為世界平均水平的四分之一。根據水利部門(mén)的預測，到2030 年我國總缺水量為400～500億m3。我國在面臨水資源緊缺的同時(shí)，水污染也日益嚴重，我國每年排放的廢水高達400多億m3，其中一半以上是來(lái)源于城市。根據資料統計，截至2008年3月底，全國已有1320座城市污水處理廠(chǎng)投入運營(yíng)，處理能力達9725萬(wàn)噸/日，在建的城市污水廠(chǎng)達890座，處理能力3639萬(wàn)m3/日[2]。根據世界各國污水處理的發(fā)展，經(jīng)污水處理廠(chǎng)處理后的出水多數均能再處理后回用。目前國內污水回用率平均不足20%，大部分沒(méi)有得到很好的利用。而污水回用在很大程度上將緩解缺水城市的用水危機，符合節能減排的思想，其意義重大。

二、城市污水廠(chǎng)出水常規回用技術(shù)及存在的問(wèn)題

一般而言，對城市污水處理廠(chǎng)的出水進(jìn)行回用，其用途主要有城市雜用、景觀(guān)環(huán)境用水、工業(yè)用水、農業(yè)用水以及地下水回灌等，所以回用的用途不同，其處理后的標準不同，回用技術(shù)及出水水質(zhì)也不同。而回用技術(shù)及出水水質(zhì)決定著(zhù)回用水中的污染物生態(tài)毒理問(wèn)題及危害程度[4]。

我國研究、引進(jìn)和應用的污水處理回用工藝，在很大程度上解決了污水深度處理的問(wèn)題，極大地緩解了局部城市嚴重缺水的局面，這些常規的污水回用技術(shù)隨著(zhù)經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，也在逐步得到改進(jìn)和提高，它們也將在污水回用中發(fā)揮更大的作用。但是將城市污水回用，其價(jià)格、安全性是必須著(zhù)重考慮的問(wèn)題，這也是常規的污水回用技術(shù)必須面臨的問(wèn)題。

1、設施復雜，運行成本高

我國傳統的污水回用技術(shù)基本上是借鑒了我國給水處理的工藝，同時(shí)考慮脫氮除磷的需要，多數常規回用技術(shù)工藝復雜，不僅增加了管理的難度，而且增加了運行的成本。目前城市污水處理（二級處理）投資大約在900～1400元/m3.d水，在此基礎上的再生處理約400～600元/m3.d [3]。據調查，北京市多數污水處理廠(chǎng)采用MBR處理城市污水處理廠(chǎng)二級出水，如北京某再生水廠(chǎng)深度處理成本接近1.5元/m3。這對大多數城市的污水處理廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，采用這種技術(shù)處理污水處理廠(chǎng)出水，其價(jià)格是難以承受的。

2、運行不穩定，安全性受質(zhì)疑

采用常規污水回用技術(shù)處理后的污水，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。在另一方面，人們對污水處理廠(chǎng)的污水進(jìn)行回用，其安全性受到人們的質(zhì)疑。根據研究發(fā)現，城市污水處理廠(chǎng)出水中可能含有的有害物質(zhì)主要包括難于降解且溶于水的無(wú)機與有機污染物。而國內在對大多數的無(wú)機和有機污染物生態(tài)毒理特性缺乏有效的長(cháng)期研究，數據也缺乏可靠性。污水回用的安全性引人關(guān)注，尤其是與人體發(fā)生直接關(guān)系的回用污水，其處理工藝流程的選擇是回用水的可靠性及安全性的關(guān)鍵。

此外，采用常規污水回用技術(shù)消毒是必不可少的。目前，常用的消毒工藝有氯消毒、紫外線(xiàn)消毒和臭氧消毒。氯消毒運用得最廣泛，工藝也最成熟，但是自從人們發(fā)現氯消毒會(huì )產(chǎn)生致癌物質(zhì)之后，對氯的使用則越來(lái)越謹慎了。用紫外線(xiàn)消毒比較方便，還可以減少致癌性消毒副產(chǎn)物，但缺乏規�；�，且壽命不長(cháng)。

臭氧除了可以利用其強氧化作用殺滅細菌和病毒外，還可以氧化分解水中的各種雜質(zhì)，包括明顯地提高污水的可生化降解性，但是當水中含有溴離子時(shí)可能生成溴化物，臭氧具有毒性和強氧化性，操作管理要求高。

對安全性要求越高，回用技術(shù)的成本就越高，這是多數污水處理廠(chǎng)沒(méi)法承受的。眾多的污水回用技術(shù)在一定程度上可以確�；赜盟�的安全，但是回用水如果要和人體直接接觸或與人類(lèi)的食物鏈發(fā)生關(guān)系，采用人工濕地對城市污水處理廠(chǎng)出水進(jìn)行自然凈化，無(wú)論是運行成本，還是處理效果方面都是符合未來(lái)發(fā)展趨勢的。

三、人工濕地在污水二級處理中存在的問(wèn)題

以往，人們過(guò)分強調由于運行成本低、管理簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，將人工濕地代替污水處理廠(chǎng)的常規二級處理。

據十幾年的運行情況和調研發(fā)現，隨著(zhù)經(jīng)濟的快速發(fā)展以及人口的快速增長(cháng)，采用人工濕地代替常規二級處理的城市污水處理廠(chǎng)運行狀況不容樂(lè )觀(guān)，出水水質(zhì)無(wú)法滿(mǎn)足要求，運行效果并不理想，一些以濕地工程為主體工藝的污水處理廠(chǎng)處在相當尷尬的境地。某采用人工濕地處理作為二級處理的污水處理廠(chǎng)，處理能力為3萬(wàn)m3/d，運行情況見(jiàn)表2。

根據GB 18918-2002，如果城鎮污水處理廠(chǎng)出水排入GB3838地表水Ⅳ、Ⅴ類(lèi)功能水域或GB3097海水三、四類(lèi)功能海域，執行二級標準，而采用人工濕地處理作為二級處理的污水處理廠(chǎng)其出水根本無(wú)法滿(mǎn)足排放要求，更不能滿(mǎn)足一級B標準。隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展，尤其是工業(yè)廢水比例的增加，進(jìn)水濃度也在逐年提高，污水廠(chǎng)出水的水質(zhì)變差，難以滿(mǎn)足越來(lái)越嚴格的標準要求。

人工濕地是一種低負荷的處理系統，雖然效果好，但效率低，如果進(jìn)水濃度高，占地面積會(huì )更大，處理效果會(huì )變差。據調查，多數采用人工濕地作為二級處理的污水處理廠(chǎng)又開(kāi)始進(jìn)行改造并轉向常規的二級處理工藝。

四、對人工濕地再認識

隨著(zhù)人們環(huán)保意識的增強以及人們對地表水水質(zhì)要求的提高，特別是對回用水水質(zhì)要求的提高，迫使人們尋找其它經(jīng)濟可行的技術(shù)，作為污水處理廠(chǎng)的補充，對污水處理廠(chǎng)的出水進(jìn)行深度凈化，保證污水的回用安全。在這樣的形勢下，人工濕地在逐漸得到人們的重新認識。采用自然處理技術(shù)對污水處理廠(chǎng)的出水進(jìn)行自然凈化，可以進(jìn)一步去除污水中引起富營(yíng)養化的主要污染物質(zhì)N、P、重金屬以及致病微生物等，使污水的安全性得到提高。自然處理系統，尤其是人工濕地，可以成為鳥(niǎo)類(lèi)的棲息地，在有條件的城市可以營(yíng)造城市景觀(guān)和休閑公園，如杭州的西湖長(cháng)橋溪生態(tài)修復公園就是一個(gè)成功的典型例子。

人工濕地能處理污水，且價(jià)格便宜是毋庸置疑的，一些應用工程均證明了這點(diǎn)。筆者通過(guò)研究也發(fā)現，運用較好且長(cháng)期穩定運行的人工濕地其進(jìn)水濃度多數比較低，國內多數學(xué)者的研究也表明，人工濕地在進(jìn)水濃度較低的情況下對污水處理能達到最好的效果。如深圳市某小區生活污水人工濕地進(jìn)水濃度BOD5為60～130 mg/L，NH4-N為30～60 mg/L，TP為5～8mg/L [7]；又如多數人工濕地在處理微污染水方面多見(jiàn)成功報道，如洪湖人工濕地系統水質(zhì)凈化工程，深圳甘坑人工濕地工程等[5]。我國人工濕地用于污水處理廠(chǎng)出水進(jìn)行三級處理的工程也多有成功應用的實(shí)例，如舟山市朱家尖污水處理廠(chǎng)人工濕地系統深度處理工程，該工程已于2007年9月完成調試，目前系統運行穩定，處理效果良好。

在國外，采用人工濕地對污水進(jìn)行深度處理是西方發(fā)達國家環(huán)境工作者研究的重點(diǎn)課題。如在意大利人工濕地用于污水三級處理的構造濕地就有16個(gè)，并取得較好的去除效果，COD的去除率為88%，氮的去除率在78-84%之間[8]。在荷蘭的特賽爾島，當地政府在1994年就建立了一個(gè)大型的人工構造濕地，處理水量約為6萬(wàn)m3/d，該濕地處理系統用來(lái)對來(lái)自污水處理廠(chǎng)的出水進(jìn)行三級處理。

由荷蘭政府支助Utrecht 大學(xué)對該濕地系統進(jìn)行了3年（1995年-1998年）的監測研究。監測結果表明，用濕地對污水廠(chǎng)的出水進(jìn)行三級處理，不但節約了成本，而且提高了水的再生利用價(jià)值，排放的水不但不會(huì )造成對周邊環(huán)境的影響，而且也成了荷蘭一大生態(tài)景點(diǎn)，成為眾多野生動(dòng)物棲息繁殖的場(chǎng)所。在北美，用構造濕地作為三級處理的系統大約就有300多個(gè)。如The River Hebert濕地是加拿大大西洋海岸建立的第一個(gè)用來(lái)處理二級出水的構造濕地[10]，該濕地既可以處理污水，又成為了野生動(dòng)物棲息的場(chǎng)所。

從國內外人工濕地的成功運行經(jīng)驗來(lái)看，人工濕地處理系統并不能完全代替城市二級污水處理，其真正的功能在于對污水進(jìn)行深度處理（即三級處理），對污水進(jìn)行自然凈化，保證水質(zhì)的安全。

過(guò)去因為國力有限，要發(fā)展環(huán)保事業(yè)，一步到位解決污水問(wèn)題，采用人工濕地代替常規污水處理工藝，在一定時(shí)期發(fā)揮了作用，但是從本質(zhì)上來(lái)看，這違背了人工濕地的最終定位。人工濕地真正的功能在于深度處理污水，即處理進(jìn)水濃度低的污水（包括污水處理廠(chǎng)的二級出水）。尤其是在各種病毒肆虐的今天，在污水回用過(guò)程中，人們越來(lái)越擔心污水循環(huán)使用的安全性，而采用人工濕地系統，等于在污水回用與人之間建立了一道安全的屏障，采用低成本的人工濕地處理技術(shù)對城市污水處理廠(chǎng)二級出水進(jìn)行深度處理后回用是符合我國“節能減排、循環(huán)經(jīng)濟”總體思想的。

五、人工濕地在設計時(shí)須考慮的問(wèn)題

人工濕地在實(shí)際運行時(shí)，須著(zhù)重考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：

1、公式計算的選擇

人工濕地多數采用潛流式，對人工濕地面積的確定，多數是采用通過(guò)水力負荷率和污染面積負荷來(lái)確定，根據水力負荷設計濕地面積，計算公式A＝Q/(HL)，式中：A為濕地面積，m2，Q為需要處理的污水量，m3/d，HL為濕地的水力負荷，m/d。

為校核人工濕地面積，根據污染物的面積負荷確定濕地面積，計算公式可以采用A＝Q（Co-Ce）/N，式中：A為濕地面積，m2，Q為需要處理的污水量，m3/d，HL為濕地的水力負荷，m/d，Co為濕地進(jìn)水中污染物濃度，g/m3，N為污染物面積負荷，g/（m2.d）。

對于每一種污染物質(zhì)來(lái)說(shuō)，要降到要求的水平，所需要的濕地面積不同。最終確定的面積應該是滿(mǎn)足出水水質(zhì)要求的最大面積。因此分別計算去除COD、BOD、TN、TP、SS等污染物質(zhì)所需要的面積，選取其中最大的用地面積對設計濕地面積進(jìn)行校正。一般而言深度處理將污水進(jìn)行回用，TN、TP是限制性指標。

2、人工濕地冬季越冬問(wèn)題

人工濕地越冬是保證人工濕地正常運行的關(guān)鍵，尤其是在北方，冬季氣溫低，會(huì )影響處理效果。在冬季運行時(shí)，首先應該加強管理，植物盡量選擇挺水植物。在11月～3月期間，宜在初凍時(shí)加大水深。多數情況下，由于污水溫度較高，濕地并不結冰或只有濕地后部結冰。所以應該根據實(shí)際情況，控制水深，以保證濕地在冬季的運行。此外，為了便于人工濕地在冬季運行時(shí)能支撐冰面，并有利于春季發(fā)芽生長(cháng)，在收割時(shí)應保留植物茬20～40cm。

為保證人工濕地能長(cháng)年運行，在設計計算時(shí)，冬季運行的溫度也是設計須考慮的限制性參數。要保證該系統能常年運行，濕地系統對COD的去除率須達60%以上。據實(shí)際運行經(jīng)驗，人工濕地在夏季一平方米濕地每天能去除6～9kg的COD，而冬季運行時(shí)，一平方米濕地每天能去除16～24.5g的COD。

在設計時(shí)應充分考慮到冬季運行的效果，將計算所得的人工濕地所需面積與初步確定的人工濕地面積進(jìn)行校核，根據實(shí)際情況進(jìn)行調整。有時(shí)，為保證濕地在冬季能有更好的去污效果，可考慮采用表面流和潛流相結合的運行方式，以解決保證人工濕地在冬季的正常運行。

3、人工濕地對地下水的影響及防滲處理

在對人工濕地是否需作防滲處理時(shí)，首先應該對場(chǎng)地進(jìn)行調查和評價(jià)，充分考慮當地的水文地質(zhì)條件，正確地選擇適合的田地和工藝方式以保證對污水的凈化，同時(shí)避免對地下水的污染。國外研究資料也表明，只要選擇適當場(chǎng)地，正確的工程參數選取和設計，并具有良好的運行管理措施，濕地對地下水的影響程度將是很小的。

一般而言，人工濕地的場(chǎng)地選擇在滲透性較低的土層上，且以表面流或潛流的方式處理污水。為切實(shí)防止人工濕地系統因滲漏造成對地下水的污染，應該采取適當的防滲措施，最基本的方式就是素土夯實(shí)。從環(huán)境安全的角度考慮，可以在施工時(shí)盡量保持原土層，在原土層上采取防滲措施，防滲材料可以根據當地的實(shí)際情況選取，如用粘土、膨潤土、瀝青、油氈等防滲材料作為防滲層。

人工濕地處理工程防滲層的厚度取決于所選的防滲材料，如選擇瀝青，防滲層厚度為2~5cm；選擇膨潤土，防滲層厚度5~10cm；選擇粘土，防滲層厚度10~20cm。此外，為隨時(shí)監測人工濕地污水處理工程對地下水的影響，須布設監測井，通常在濕地系統地下水流向的上游和下游設置兩個(gè)地下水監測井，以監測處理系統對地下水的影響情況。

只要設計合理并采取相應的防滲措施，就完全可以使人工濕地系統構成相對獨立的水力系統，使其凈化水無(wú)論在垂直方向還是水平方向均不和相鄰地下水發(fā)生明顯的水力聯(lián)系。此外，進(jìn)入地下的水是經(jīng)凈化后的污水，其對地下水的影響也僅發(fā)生在非常有限的范圍。在一般的情況下靠地下水的稀釋也足以消除其影響。所以，人工濕地對地下水的污染在采取相應措施是可以避免的。

六、結束語(yǔ)

對人工濕地的應用需要重新再認識，由積極推廣將其作為低成本的城市污水處理廠(chǎng)二級替代工藝，轉變?yōu)樘幚沓鞘形鬯�處理廠(chǎng)二級出水和微污染水的自然凈化工藝，實(shí)現濕地處理污水的真正意義。

將人工濕地處理城市污水處理廠(chǎng)二級出水，在很大程度可以減少運行成本和可能產(chǎn)生的生態(tài)風(fēng)險，降低污水回用可能造成的生態(tài)毒害危害。
由于沒(méi)有統一的設計公式和模型，在人工濕地設計時(shí)應選擇合理的計算公式，對設計參數進(jìn)行校核，尤其是在設計時(shí)，保證冬季正常運行也是其重點(diǎn)考慮的因素。

合理選擇建設場(chǎng)地，選取正確的工程參數，根據需要采取相應的防滲措施，制定良好的運行管理方案，可降低濕地對地下水的影響。
由于人工濕地具有低投資、低運轉費、低能耗等優(yōu)點(diǎn)，在對水質(zhì)安全要求越來(lái)越嚴格的今天，人工濕地在污水與人類(lèi)之間建立一道自然的屏障，在一定程度上可以確�；赜盟�的可靠性和安全性，其應用前景廣闊。來(lái)源：水工業(yè)市場(chǎng)雜志 作者: 余 杰 田寧寧 錢(qián)靖華 李燕林 高成杰