人工湿地深度处理城市污水厂尾水的应用

人工湿地深度处理城市污水厂尾水的应用

徐伟

武汉市政工程设计研究院有限责任公司 湖北省武汉市 430000

摘要：污水处理的尾水中含有一定量的氮、磷等营养物质以及难降解有机物等，若直接排放，可能会对受纳水体造成富营养化、水质恶化等环境问题，影响水生态系统的平衡与稳定。而通过人工湿地技术，则能够有效处理污水中的污染物，提高污水处理效率和效益，因此，文章结合实例对污水厂污水处理中人工湿地深度处理技术的应用进行了探讨分析，以供参考。

关键词：污水厂尾水；人工湿地；深度处理技术

1人工湿地的构成与工作原理

人工湿地主要由基质、植物和微生物三部分构成每个部分在人工湿地处理污水中都发挥着极其重要的作用。基质是人工湿地的基础，其主要由砾石、砂、土壤等组成，基质层一方面为水流提供通道，确保污水在湿地中均匀分布与缓慢流动，延长污水与其他净化要素的接触时间；另一方面，能够吸附污水中的部分重金属离子、有机污染物等，起到初步过滤和净化作用。而各种挺水植物，如芦苇、菖蒲等，由于其根系发达密集能够有效稳固基质，为微生物生长代谢，营造良好条件，并吸收水中的氮磷等营养物质[1]。微生物附着于基质与植物根系，在好氧区域，微生物将污水中的有机物分解为二氧化碳和水等无害物质；在厌氧环境下，进行反硝化等反应，把硝酸盐氮转化为氮气释放到大气中，实现氮的去除，同时部分微生物还能够，将溶解性磷转化为不溶性沉淀，或通过自身的同化作用将磷吸收到体内。通过三者协同作用，能够有效去除污水中的各种污染物质，实现水资源保护与生态修复的重要作用。

2人工湿地在污水厂尾水深度处理中的应用

2.1污水厂概况

该污水厂位于某市的东南部，服务区域面积约为80平方公里，涵盖了多个居民区、商业区以及部分工业区域，服务人口数量约50万人。污水厂的处理规模为每日10万m3，采用的是传统的A²/O处理工艺，已稳定运行10年。但现有污水处理工艺所产生的尾水污染物指标浓度超过现有污水排放标准，若尾水直接排放到附近河流，可能会导致水体富营养化加剧，影响水生生物的生存环境，降低水体的自净能力。综合考虑各方面需求，选择人工湿地进行尾水深度处理。

2.2人工湿地系统设计

2.2.1方案设计

综合考虑尾水水质特点与处理目标，选择了垂直流与水平流相结合的复合流人工湿地工艺。由于尾水中氮、磷含量较高，复合流人工湿地能够充分利用垂直流和水平流的优势，在不同流态区域形成不同的溶解氧环境，有利于硝化、反硝化以及磷的去除等多种生物化学反应的协同进行。相比单一的表面流人工湿地，复合流人工湿地占地面积较小，处理效率更高；与单纯的潜流或垂直流人工湿地相比，其对不同污染物的适应能力更强，运行稳定性更好。例如，在处理类似氨氮浓度较高的尾水时，单一潜流人工湿地对氨氮的去除率可能仅为60%左右，而复合流人工湿地可达到75%以上。

2.2.3系统布局与构造

人工湿地系统占地面积约为20000平方米，进水口位于湿地系统的东侧，经过预处理区后，水流依次进入垂直流处理单元、水平流处理单元，最后从西侧的出水口流出。预处理区面积约为2000平方米，采用格栅和沉砂池组合，用于去除较大颗粒的悬浮物和砂粒。垂直流处理单元和水平流处理单元的详细情况如表1所示。植物配置方面，在垂直流处理单元主要种植芦苇和菖蒲，种植密度分别为每平方米25株和20株；水平流处理单元种植美人蕉和香蒲，种植密度为每平方米30株和25株。布水系统采用穿孔管布水，管径为200mm，布水孔间距为0.5m，集水系统采用坡度为0.5%的渠道收集处理后的尾水。

表1垂直流和水平流处理单元概况

2.3运行参数与调控措施

2.3.1水力停留时间（HRT）与水力负荷

（1）设计水力停留时间为48h。在实际运行中，根据进水流量的变化，通过安装在进水管道上的电磁流量计和电动调节阀来控制进水流量，确保水力停留时间的稳定。例如，当进水流量超过设计流量的110%时，电动调节阀自动调节开度，减少进水量；当进水流量低于设计流量的90%时，则适当增加进水量。

（2）设计水力负荷为0.5m³/(m²・d)。在夏季高温、微生物活性较强时，水力负荷可适当提高至0.6m³/(m²・d)，此时处理效果仍能满足要求；而在冬季低温时期，为保证处理效果，将水力负荷降低至0.4m³/(m²・d)。通过对不同水力负荷下的运行数据监测分析，发现当水力负荷超过0.65m³/(m²・d）时，氨氮和总磷的去除率会明显下降，分别降低约10%和15%。

（3）水位控制。人工湿地系统正常运行水位设定在基质层上方0.2m处，最高水位为基质层上方0.3m，最低水位为基质层上方0.1m。通过安装在湿地内的液位传感器实时监测水位变化，当水位高于最高水位时，自动启动排水泵排水；当水位低于最低水位时，启动补水系统补水。水位变化对湿地植物生长和微生物活性有着显著影响。

（4）植物管理。选择芦苇、菖蒲、美人蕉和香蒲等植物，这类植物具有较强的耐污能力和适应本地气候的特性。芦苇和菖蒲在垂直流区域能够适应交替的干湿环境和较高的溶解氧浓度变化，美人蕉和香蒲在水平流区域能够在相对较低的溶解氧环境下生长良好，且这些植物对氮、磷等营养物质有较高的吸收富集能力[2]。

（5）微生物调控。人工湿地系统中微生物群落丰富多样，其中与氮去除相关的硝化细菌（如亚硝化单胞菌属、硝化杆菌属等）主要分布在垂直流处理单元的上层基质和植物根系表面，其数量在每克基质中约为10⁶-10⁷个；反硝化细菌（如假单胞菌属、芽孢杆菌属等）在水平流处理单元的厌氧区域较为活跃，数量约为每克基质10⁷-10⁸个。与磷去除相关的聚磷菌（如不动杆菌属等）在整个湿地系统中均有分布，但在基质吸附磷饱和后，其活性会有所下降。为调控微生物活性，在夏季高温时，适当减少曝气强度，避免溶解氧过高抑制反硝化细菌活性；在冬季低温时，通过在进水口添加少量葡萄糖等易降解有机物，调节碳氮比至4~6，提高微生物的代谢活性[3]。此外，每隔两年向湿地系统中添加一次专门针对氮、磷去除的复合微生物菌剂，每次添加量为每立方米湿地水体100mL，菌剂添加后，氨氮和总磷的去除率可在短期内提高约5%～8%。

2.4效果分析

对人工湿地系统运行一季度的定期水质监测数据进行分析，结果显示：COD浓度从进水的平均60mg/L降低至出水的18mg/L左右，去除率稳定在70%以上；NH₃-N浓度从10mg/L降至2mg/L左右，去除率约为80%；TP浓度从1.8mg/L降至0.3mg/L以下，去除率高达83%；TN浓度从18mg/L降低至10mg/L左右，去除率约为44%，达到了相关排放要求。

结语

人工湿地在污水厂尾水深度处理中能够发挥高效的净化作用，有效去除尾水中的各种污染物质，提高污水处理质量和效率。在应用过程中，需要结合污水厂实际情况，合理进行人工湿地处理方案的设计和应用，充分发挥人工湿地处理技术的作用。

参考文献

[1]廖梦运,许俊,方遥,等.人工湿地深度处理城市污水厂尾水的应用实例[J].节能,2024,43(01):98-100.

[2]王楠.污水厂尾水景观利用的原位生态水质提升技术研究[D].西安建筑科技大学,2020.

[3]王翔,朱召军,尹敏敏,等.组合人工湿地用于城市污水处理厂尾水深度处理[J].中国给水排水,2020,36(06):97-101.