维普资讯 http://www.cqvip.com 高效复合垂直流人Ｉ湿地系统处理效果与污水回用Ｉ程 雷志洪 戴知广 陈志诚 彭立新 李尚志 蔡仲文 叶菊添 提要 建立了具有独特结构的高效复合垂直流人工湿地系统，进行了一系列的小试和中试试 验，主要污染物的去除率均在８０％以上，利用这项技术在深圳市洪湖公园建设了污水回用工程，已经 成功地运行了两年半。 关键词 人工湿地系统 污水回用 应用工程 １９９６年３月至１９９９年８月，深圳市环境科学 研究所参加了与欧盟合作研究项目“热带和亚热带 出 区域水质改善、回用与水生态系重建的生物工艺学 水 对策研究”，这是一项由德国、奥地利和中国的６个 研究单位合作开展的一项研究。主导思想是利用能 １试验工艺流程 受污染湖水 耗低、运行费用低的人工湿地系统和生态学方法净 １．３湿地系统结构 化地面水，可应用于饮用水、景观用水的净化和污水 一 本湿地系统结构是一种独特的复合垂直流结 水 泵 处理。根据合作协议，深圳市环境科学研究所负责 构，植物池上层为沙，下层为碎石，池中水流方向为 在深圳进行科研试验。２０００年８月，此项目成果鉴 上／下流，由二室串连，进水从第一室表面布水，水流 定为国际领先水平。 垂直向下，在池底部水流在碎石层从第一室进入第 为了开展人工湿地系统水质净化处理技术研 二室，进入第二室后垂直向上，从表面出水（见图２）。 究，１９９７年５月到１１月，深圳市环境科学研究所在 进水 深圳市洪湖公园建成了人工湿地研究试验基地，并 水 修建了小试和中试试验工程，不仅在理论上作了大 量研究工作，同时在技术上积累了很多宝贵的经验。 在此基础上１９９９年２月到８月，深圳市环境科学研 究所又设计了“洪湖公园人工湿地系统水质净化工 图２湿地系统结构示恿 程”，它通过净化严重受污染的河水补充到景观湖 １．４小试和中试系统 泊，从而使污水得到回用。目前已经稳定运行两年 小试系统由２台进水泵、３个充满砾石的粗滤 半，效果良好。 池作为前处理系统，１个容积为２ ｍ 的缓冲池、１个 １ 试验系统结构与主要工艺参数 容积为２ ｍ 的高位进水槽以及水位及进水时间自 １．１工艺原理 动控制系统、植物滤池（５组）、排水系统、循环系统 人工湿地系统水质净化技术是一种生态工程方 等部分组成，小试系统共建５组，每组两室，共１０个 法，其基本原理是在一定的填料上种植特定的湿地 植物滤池，每池面积１ ｍ ，高度１ ｍ，分别种植不同 植物，从而建立起一个人工湿地生态系统，当污水通 种的湿地植物。 过系统时，其中的污染物质和营养物质被系统吸收 中试系统与小试系统的结构相似，由３台水泵、 或分解，使水质得到净化。 ３个前处理池（容积大约为９ ｍ０）、１个容积为３ ｍ １．２工艺流程 的缓冲池、１个容积为４ ｍ 的高位进水槽、植物滤 小试和中试系统采用相同的工艺流程，流程见 池（１组）、水位和进水时间自动控制、排水系统、循 图１ 环系统等部分组成。中试系统的植物池为１组２ ２２ 给水排水Ｖｏ１．２８ Ｎ０．９ ２００２ 维普资讯 http://www.cqvip.com 室，其有效湿地面积为１６２ ＩＴＩ ，在系统中安装了水 表２系统的污杂物负荷 位和进水时间自动控制器。 参数 ＳＳ Ｃ０Ｄ Ｂ０Ｄ Ｔ ＴＰ ＮＨ３ Ｎ １．５主要工艺参数 污染物浓￣／ｍｇ／Ｉ １０ １２．７ １４．１９ ４．８５ ０．３７８ ２．１６ １．５．１ 沙子和碎石的孔隙率与粒径分布 污染物平均￣／ｇ／（ｍ。－ｄ） ５ ０２ ６．３８ ７．１４ ２．４４ ０．１９ １．０９ 小试和中试系统的试验池中上层填充沙子，下 注：中试系统总面积为８１×２ Ｉｌｌ ；进水间隔６ ｈ 层为碎石，经试验测定沙子和碎石的孔隙率分别为 ２试验系统处理效果 ４３．６％和５５．４％。 从１９９７年１０月至１９９９年７月，分别从系统的 沙子的粒径分布测定结果见表１。 进水和出水共采样１５次，以测试系统对污染物的去 表１沙子粒径分布 除率或其他项目的检验。因为洪湖公园的水质主要 中试池 小试池 是受生活污水的污染，其ＣＯＤＭ ，ＢＯＤ，ＴＮ，ＴＰ和 粒径大小／ｒａｍ 过筛百分数／％ 粒径大４＇／ｒａｍ 过筛百分数／％ ＮＨ 一Ｎ较高，所以我们以这些指标来评价系统的 １００ １００．００ １００ １００．００ 净化效果，系统水质处理效果的典型监测结果见表 ６０ １００．００ ６０ １００．００ ３。 ３０ １００．００ ３０ １００．００ ２０ １００．Ｏ０ ２０ １００．００ 表３ 中试系统水质净化效果 １１ １００．００ １１ １００．００ （采样时间１９９９年６月１６日） ８ ９９．６２ ８ ９９．７８ ＳＳ ＣＯＤＭｎ ＢｏＤ ＴＮ ＴＰ 项目 ｐＨ ６ ９９．６２ ６ ９９．７８ ／ｍｇ／Ｌ ／ｒａｇ／Ｌ ／ｒａｇ／１ ／ｍｇ／Ｌ ／ｍｇ／Ｌ ４ ９６．１０ ４ ９４．４１ 进水水质 ７．７３ ３３ １５．７６ １１．９３ ７．６７ ０．７００ ２ ８４．６６ ２ ８１．４０ 出水水质 ６．７４ ４．０ ３．２６ １．１２ １．１２ ０．０３２ １ ６６．４５ １ ６６．２６ 去除率／％ ８７．９ ７９．３ ９０．６ ８５．４ ９５．４ ０．６３ ４８．９９ ０．６３ ５０．７５ ０．２ ２２．９４ ０．２ ２２．８３ １９９７年１０月至１９９８年２月，系统出水中的各 ０．１２５ １７．２９ ０．１２５ １４．９９ 项污染物指标和去除率变化很大，说明系统在开始 ０．０６３ １３．９９ ０．０６３ １１．４６ 运行阶段（约６个月）处于不稳定状态。系统运行约 ０．０２ ８．４６ ０．０２ ６．６１ 半年以后，水质稳定，污染物去除效果好。这表明人 ０．００６ ７．７２ ０．００６ ５．８０ 工湿地生态系统需经过约半年时间才能达到稳定状 ０．００２ ６．１４ ０．００２ ５．１９ 态。 ０．００１ ０．００１ 多次的监测结果表明：污染指标的去除率中， １ ５ ２污水在植物滤池中的停留时间 ＢＯＤ和ＴＰ的去除率都非常高，但ＣＯＤＭ 的去除率 对污水在植物滤池中的停留时间进行了试验测 相对较低。 定，在试验时，将食盐加入进水中，然后通过测定出 系统在运转过程中，出水水质非常好。系统出 水的电导率变化，制作出累计盐量曲线。 水水质指标与《地表水环境质量标准》（ＧＨＺＢ１— 当食盐随进水流入植物滤池后，便可以对出水 １９９９）的水质指标进行比较，在进水水质各项指标 进行测定。结果显示最短的停留时间大约１２ ｈ，最 （ＢＯＤ，ＣＯＤＭ ，ＴＮ和ＴＰ）均为劣Ｖ类的情况下，系 长大约３６ ｈ，平均停留时间２４ ｈ。 统出水水质参数均能达到Ｉ类、Ⅱ类或Ⅲ类标准，因 １ ５ ３ 系统对污水和污染物的负荷能力 此本系统非常适合饮用水源和景观用水的保护或水 从１９９９年４月１日到１９９９年７月２０日，记录 质改善。 了深圳洪湖公园人工湿地中试每天的进水负荷。经 ３应用工程 统计，系统平均的进水负荷为０．５０３ ＩＴＩ ／（ＩＴ１ ・ｄ），部 ３．１ 应用工程的作用 分污染物的负荷列于表２。 在小试和中试取得了阶段性成果后，深圳市环 给水排水、’ｏＩ ２８ Ｎｏ ９ ２００２ ２３ 维普资讯 http://www.cqvip.com 境科学研究所于１９９９年初开始设计和修建了“洪湖 人工湿地系统水质净化工程”。 洪湖是深圳特区内最大的公园湖，面积约２７万 ｍ 。洪湖北部建有洪湖公园。一直以来洪湖没有 干净的水源，尤其在冬季严重缺水，缺水量全部由周 边的生活污水作为水量补充，因此长期以来洪湖水 质一直不能达到景观用水标准。 此项目宗旨是将高效垂直流人工湿地系统水质 净化技术应用到洪湖的污染治理，从布吉河取水经 系统净化后为洪湖补充清洁水，同时截去洪湖周边 的污水排入，从而达到改善洪湖水质的目的。 布吉河是深圳河最大的支流，流经洪湖的西边， 其主要功能为泄洪。但在其上游的布吉镇的各种污 水均直接排入河内，因此其水质非常差。布吉河的 污水经过人工湿地处理后排入洪湖，一方面补充洪 湖水量蒸发和旱季地下水量损失，另一方面用于浇 灌公园花草，从而实现了污水回用，并因为节省了浇 灌公园花草的自来水量，从而降低了公园维护管理 经费。 洪湖和布吉河的水质现状列于表４。 表４洪湖和布吉河的水质现状 （采样时间：１９９９年４月６日） 项目 布吉河（洪湖北面） 洪湖（三级湖） ＳＳ／ｍｇ／Ｌ １０４ ２２ ＤＯ／ｒａｇ／Ｌ ０．３ ４．０２ ｃ０ＤＭｎ／ｍｇ／Ｌ ２４．１９ １２．６８ ＢＯＤ／ｍｇ／Ｌ ５９．２５ １２．２６ ＴＮ／ｍｇ／Ｌ ３０．０ ６．５ ＴＰ／ｍｇ／Ｌ ３．８４５ ０．４１０ ＮＨ３一Ｎ／ｍｇ／Ｌ ２１．６２ ３．５６ ３．２工艺流程（见图３） 污水 前处理塘 复合垂直流湿地系统 排入洪湖 图３应用工程工艺流程 该工程占地面积３ ５００ ｍ ，系统从布吉河取水， 日处理水量１ ０００ ｍ 。 ３．３水质净化效果 系统从１９９９年８月开始运行，处理后的出水水 质非常好。按照国家《地表水环境质量标准》 （ＧＨＺＢ１—１９９９），系统出水水质参数中非离子氨和 ２４ 给水排水Ｖｏ１．２８ Ｎｏ．９ ２００２ ＢＯＤ能达到Ｉ类水质标准，ＣＯＤ能达到Ⅱ类标准， ＴＮ和ＴＰ能达到湖泊水库Ⅳ类标准。布吉河污水 经处理后，水中溶解氧大大增加，各项污染指标的去 除率均在８０％以上。水质净化效果见表５。 表５洪湖人工湿地系统水质净化效果 （采样时间１９９９年１１月３０日） 项目 Ｄ０ Ｃ０ＤＭｎ ＢＯＤ ＴＰ 非离子氨 ｜ ／ｍｇ／Ｌ ／ｍｇ／Ｉ ／ｍｇ／Ｌ ／ｍｇ／Ｉ 布吉河（系统取水口） ０．４７ ３８．４７ ３８．６５ ３．０８２ ０．１７２ 系统出水 ６．８２ ６．７１ ５．４７ ０．３６１ ０．０３０ 去除率／％ ８２．６ ８５．８ ８６．２ ８２．６ ４结语 除“洪湖人工湿地水质净化工程”外，深圳市环 境科学研究所还应用此项技术设计了深圳市“观澜 高尔夫球会职工宿舍生活污水处理系统”（３００ ｍ ／ ｄ，２０００年８月开始运行）和深圳市“龙岗区坑梓镇 沙田人工湿地污水处理工程”（５ ０００ ｍ ／ｄ，２００１年 １０月开始运行），并已经完成了“洪湖人工湿地系统 二期工程”的设计，该系统日处理污水４ ０００ ｍ ，将 在近期开始施工，建成后将完全改善洪湖的水质现 状。 高效垂直流人工湿地系统水质净化技术适用于 饮用水源和景观用水的保护；尤其是对于水质污染 严重的农村城市化地区，因其市政设施相对滞后、城 市污水管网不完善，污水不能集中处理，此时采用人 工湿地系统来进行污水处理有极大的优越性。由于 人工湿地系统占地面积大，因而要求可资利用的土 地面积应较为宽松。但人工湿地系统良好的处理效 果、较低的运行成本和优良的造景效果使得这一方 法具有广泛的应用和推广前景。 人工湿地系统是一个仍在不断发展和完善的方 法，还存在一些问题需做进一步的研究，尤其在怎样 增加单位面积上的污染物负荷能力、系统的维护和 配套的前处理方法及造景等方面，还需要做大量的 研究工作和技术改进。 ④作者通讯处：５１８００８深圳市红桂一街环保局９５号大院 深圳市环境科学研究所 电话：（０７５５）２５５９２３４０（Ｏ） 收稿日期：２００２ ３—４