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1、环境污染与防治 第 3 0卷 第 8期 2 0 0 8年 8月 垂直潜流人工湿地技术在上海市农村污水 处理中的应用和发展* 李怀正 叶建锋 王 晟 傅 威 邢 绍 文 ( 1 上海市环境科学研究院 ， 上海 2 0 0 2 3 3 ； 2 同济大学环境科 学与工程 学院 ， 上海 2 0 0 0 9 2 ) 摘 要 不 同规模垂直潜流人工湿地 技术在上海市农村污水处理实际应 用的结果表 明， 采用垂直潜 流人工湿地 处理农村地 区 的污水在技术上 、 经济上和运行管理上都是可行的 ， 值得在农 村地 区推广 。同时 ， 解 决了垂直潜流人 工湿地 技术在上海 市农村 污水 处理应用过程存在的诸
2、 多技术瓶颈问题 ， 提 出了多种防止垂直潜流人工湿地发生堵塞雍水的对策措施 。 关键 词 人工湿地 垂直潜流 农村 污水处理 上海市 上 海市农 村 生 活 污 染 源呈 总体 分 散 、 局 部 组 团 式分布及组团内水量小等特点 ， 且农村地 区普遍经 济承受力差 、 管理水平低， 但土地资源较为丰富。这 些 特点 决定 了城镇 污水 大规模 收集 集 中处 理 工艺 在 农村 地 区不 能适 用 。从 适 用 技 术 角 度 而 言 ， 农 村 生 活污水 治理应 根 据 当地 实 际采 用 分 散 化 、 小 型 化 的 治理 模式 ， 技 术上 要 求 工 艺 简 单 、 净 化
3、效 果 有保 证 、 投 资省 、 能耗 低 、 运 行 维 护 简单 。一般 认 为 ， 因 地 制 宜采 用 自然生 态处理 技 术是农 村生 活 污水 治理 的有 效手段 ， 其 中最典型的技术有氧化塘_ 1 、 渗滤_ 2 J 和人 工湿 地 。这 3种 技 术 中 ， 人 工 湿 地 技 术 的处 理 负 荷最高， 被认为是传统生化处理技术向生态工程技 术转化的最佳结合点， 因而近年来在农村污水治理 领域 受到 的关 注也最 大 。 人工 湿地 技术是 2 0世 纪 7 0年 代兴 起 的一种 污 水处理生态工程技术 ， 由于具有投资少、 能耗低、 管 理方便等优点 J ， 正逐渐被
4、应用于广大中小城镇和 乡村 地 区的生 活 污水 处 理 6 J 。垂直 潜 流人 工 湿 地 作为人 工湿 地 的类 型 之 一 ， 因其 充 分 利用 了湿 地 的 空间 ， 发挥 了系统 间 的协 同作用 ， 使污 水 处理 能力 得 到 了大幅度 提高 ， 且 占地面 积相对 较小 ， 因而 在污 水 处理 中 已经 得 到 了广 泛应用 _ 8 。 笔者在 分析垂 直 潜流人 工湿 地技 术 在上 海市 农 村 污水 处理 应用 现 状 的 基础 上 ， 阐述 该 技 术 在 实 际 应 用过 程 中存在 的技术 瓶颈 问题并 提 出相 应 的对 策 措 施 ， 使 其在 应用 中得
5、 到发展 。 1 垂 直潜流 人工 湿地 技术在 上海 市农 村的应 用 1 1 上 海 市农村 的应 用分布 情 况 截至 2 0 0 7年 1 1 月底 ， 上海市农村应用垂直潜 流人 工湿地 技 术 的污 水 ( 景 观 水 ) 处 理 项 目有 9处 ， 主要分布在崇明县 、 浦东新 区、 奉 贤区、 南 汇区和青 浦 区 ， 各 项 目的具 体情 况见 表 1 。 1 2 不 同规 模 垂直 潜流人 工 湿地 项 目 1 2 1 大 中型村 镇 森林 旅游 园 污水处理 工程 崇 明 森林 旅 游 园位 于 崇 明 岛 的 中北 部 ， 为 上 海 市游客的休 闲度假旅游胜 地 ，
6、年均接 待游客约 2 5 万 人 。 ( 1 )工 程设计 规模 该工程设计污水处理规模 3 0 0 0 m。 d ， 服务面 积 3 5 8 h m。 。污水 处 理 量 达 到 设计 负荷 的 9 6 时 ， 出水 水质 整体 可 达 到 城 镇 污水 处 理 厂 污 染 物 排放 标准 一 级 B标准 ( 除表 面 活性 剂 外 ， 其 他 指 标 达 到 一级 A 标准 ) 。 ( 2 )工 艺流程 该 工 程 由预处 理 系 统 和 垂 直 潜 流 人 工 湿 地 处 理系统两大部分组成 ， 其中垂直潜流人工湿地处理 系统 是 污 水 处 理 的 核 心 部 分 。污 水 处 理 工
7、 艺 流 程 见 图 1 。 进水 浓缩池 图 1 森 林 旅 游 园 污 水 处 理 工 艺 流 程 示意 图 ( 3 )工程 特点 该工程与其他污水处理工艺相 比， 具有投资 第一作者 ； 李怀正 ， 男 ， 1 9 6 2年生， 教授级高级工程师 ， 研究方 向为水污染控制理论与技术 。 通讯作者。 *国家“ 8 6 3 ” 计划资助项 目( N o ， 2 0 0 3 AA6 0 1 0 2 0 ) ； “ 十一五” 国家科技支撑计划重大资助项 目( N o 2 0 0 6 B AC 0 1 A1 4 ) 。 84 李 怀正等 垂直潜流人工湿地技术在上 海市农村污水处理中的应用和发展
8、注 ： 工程设计规模 ： 预处理 4 0 0 0 m。 d ， 提升泵站 1 2 0 0 0 m。 d ， 人工湿地 2 o o o m。 d ； GB 1 8 9 1 8 1 9 9 1 9 9 7； ”GB 3 8 3 8 - 2 0 0 2。 省 、 能耗低 、 运行 成本 低 、 维 护 管理 简便 的特点 。 因地制宜利 用森林旅游 园内林 地 的空 隙地 块 ， 建 立垂 直潜 流人 工湿地 污水 处理 系统 ， 不 另行 占 用土 地资 源 。 湿 地植物 收 割 后 的植 株 秸 秆 ， 与 污 水 预 处 理 产生 的污 泥经 混合堆 肥后 ， 可作 为森 林地 块 的用肥
9、， 从而 实现废 弃物 的 资源化 利用 。 配 置 的多种 湿地植 物 ， 其不 同的茎 、 叶颜 色 与 开花期 为森林 旅 游 园增 添一 道新 的景 观 。 1 2 2 小 型 自然 村 落 陶 陆家宅 污水 处理 工程 陶陆家 宅共有 住 户 3 8户 ， 人 口 1 2 7 人 。污 水处 理工程 实施 前 ， 陶陆家 宅生 活污 水全 部就 近排 河 ， 对 水 环境 产生 了一定 的影 响 。陶 陆家宅 对全 村 污水进 行统一 收集 并处 理是 其 实 施 村 容 改造 、 环境 整治 的 措施 之一 。 ( 1 )设 计水 量 和水质 该项 目为典 型 的农 村 居 民生
10、活 污水 处 理 ， 设 计 水 量 1 4 m。 a 。生 活 污 水 主 要 由居 民 日常 生 活 ( 洗 涤 、 厨卫等 ) 产生 ， 出水 执行 上海 市 污水综 合排 放标 准 一级 标准 。 ( 2 )工艺 流 程 该 工 程采 用 新 型 的 厌 氧 生 物 过 滤 预 处 理 +垂 直潜 流 人 工 湿 地处 理 技 术 ， 总 占地 面 积 1 2 0 m ， 其 中预 处 理 构 筑 物 2 0 m。 ( 埋 于 道 路 下 ) ， 湿 地 面 积 1 0 0 m ， 污 水 处理 工 艺 流 程见 图 2 。污 水 经 过 厌 氧 生物过滤去除一部 分有 机物及大部分
11、固体悬 浮物 后 ， 剩 余 部 分 的 污 染 物 通 过 垂 直 潜 流 人 工 湿 地 得 到净 化 。 进水 出水 图 2 陶 陆 冢 宅 生 活 污 水 处 理 工 艺 流 程 示 意 图 ( 3 )工艺 适用 性 陶陆家 宅为 典型 的农 村小 型村 落 。农 村具 有 地域 广 、 村 落分 布散 等特 点 ， 建设市 政管 网将 农村 污 水统一收集处理费用高、 难度大。该工艺选择可就地 净化处理生活污水， 适合小型分散村落( 1 0 5 0 户) 。 85 环境污染与防治 第 3 0卷第 8期2 0 0 8年 8月 该技 术为生 态 化 的 污水 处 理 工艺 ， 与农 村
12、自 然生态 相协 调 ， 可 配合农村 整 体环境 的建设 。 该 工艺运行管理简单 ， 投资省、 运行费用低 ， 符合农村地区经济 、 管理水平相对较低的特点。 农 村 房 前 屋 后 空 地 、 滩 涂 、 农 田 等 较 多 ， 该 处 理 工艺 能 因 地 制 宜 利 用 上 述 用 地 零 星 布 置 ， 便 于 选址 。 结 合循 环农 业 ， 处理 过 程 中产生 的熟 化 污泥 可作 为肥料 还 田 ， 处理后 的污水 可以综 合利用 。 2 垂 直潜 流人 工湿地 技术在 上海 市应 用 中的发展 2 1 应 用过 程 中存在 的 问题 垂 直潜流 人 工湿 地 技 术 在设
13、 计 和 应 用过 程 中， 亟需解 决 的技术瓶 颈 问题 主要 表现 在 4 个 方 面 。 湿地设计建造过程中基质种类和基质粒径 的 选 择及 其组配 ， 以提高湿 地 的除污 能力 ， 保 持湿地 长 久持续 的运行 。 合理确 定单 位 面 积湿 地 的进水 水 力 负 荷 ， 以 有效降低湿地面积 。 进一步提高或保持人工湿地对有机物、 氮素、 磷 素等 的去 除效果 。 防止 湿地堵 塞 、 表面 积水等 现象 ， 使之 长久保 持 良好 的处 理能 力 。 垂 直潜 流人 工湿地 技术 瓶颈 分析及 理论 对策见 表 2 。 2 2应用过 程 中的发展 2 2 1 基质 的选择
14、 和组 配 ( 1 )基质 种类 选择 选择上海市及周边地 区几种常见且经济上可行 的 基质 ， 试验表明， 垂直潜流人工湿地运行初期 ， 基质对 R6 T P的去除率 由基 质 自身磷 素最 大吸 附量和基 质 问孑 L 隙率共同主导影响； 在运行一段时间后， 各基质对 T P 的去除率主要由各基质 自身的磷素最大理论吸附量主 导 。不 同基质对污水 中 T P的去除率见 图 3 。 透 聃 运行初 期 运行 1 个月后 高炉渣 钢渣 瓜子 片煤灰渣砾 石 砂子 基 质 图 3 不 同基 质对 污水 中 TP的去 除翠 另根据 试验 表 明 ， 各基 质 的NH 一 N 理 论 最大 吸 附
15、容量高低排序为： 煤灰渣沸石 钢渣高炉渣 瓜子 片 陶粒 砾 石 砂 子 ， 选 择 含铝 丰富 的 基 质 可有 效提 高 垂 直潜 流 人 工 湿 地对 NH 一 N的 吸 附 效 果 。 ( 2 )基 质粒径 选择 基 质 粒径 是 影 响 不 可 滤 物 质 积 累 的最 主要 因 素 ， 中粒径基 质对 污染 物 的去除 效果最 好 ( 见表 3 ) 。 表 3 某基质不同粒径 对污染物的去 除率 ( 3 )基质组 配 由表 4可见， 小一 中一 大粒径 基质组配的填料 对 污染物 的去 除效果 较好 。 加 0 李 怀 正等垂 直 潜 流 人 工 湿 地 技 术 在 上 海 市 农 村 污 水 处 理 中 的应 用和 发 展 表 4 某基质不 同粒经组配对污染物 的去 除率 根 据基质 种类 、 粒 径 选 择 及 其 组 配方 式 的参 数 确 定 ， 可 得 出基质选 配 的评价 体 系 。 2 2 2 污染物去 除效 率 的提 高 ( 1 )有 机物 的动 态去 除规律 在 以砂 子为基 质条 件下 ， 垂直 潜流人 工湿 地 中有 机物 的去除主要集 中在布水 管 ( 布 水管 位于基 质表 面 以下 1 0 c m处 ， 下 同) 至管下 1 0 c m 的基质层 内， 颗粒性 有机物在该 基质层 内去 除效果尤 为 明显 ( 见 图
