潜流型复合人工湿地处理旅游区生活污水的...

潜流型复合人工湿地处理旅游区生活污水的研究„„„„杜建强1 陈晓娟2皇甫铮

许伟张灿娟，张瑛（1.苏州德华生态环境科技有限公司；2.苏州市环境科学研究所）

摘要：利用潜流型复合人工湿地处理旅游区农家乐和旅游服务中心生活污水，水质监测表明，系统出水水质稳定，达到城镇污水处理厂污染物排放标准一级A标准。分析此潜流型复合人工湿地的设计参数、工艺分析、社会环境效益分析等，并重点分析了其工艺特点及处理效果。该处理设施用电量低，属于低能耗、低碳水处理方式；且社会环境效益显著，对于生态文明及可持续发展具有重要意义。

关键词：潜流型复合人工湿地；低能耗；可持续发展

随着太湖流域社会经济迅速发展，过度消耗自然资源，生态环境不断恶化，特别是水体污染与富营养化日趋严重。长期以来，我国乡村及偏远地区旅游区生活污水处理效果不显著，一直得不到有效的解决方法。旅游区全部通过管网集中收集处理是不现实的，各地区也正在为乡村及偏远地区旅游区生活污水处理寻找科学、环境安全、维护方便、经济可行、生态可持续的手段，世界许多国家的成功经验表明应用人工湿地系统是农村旅游区污水处理的有效方法。

1项目概况

本项目引进德国生态工程协会人工湿地技术，消化、吸收后进行一定的改进，采用潜流型复合人工湿地和生态景观相结合的方式，处理阳澄湖莲花岛旅游区农家乐和旅游中心生活污水，该设施现已进入正常运营阶段。

莲花岛地处苏州古城区东北20公里处的阳澄湖中心，四面环水，形似莲花，镶嵌湖中。岛上总面积1.平方公里，家家以蟹为业，以湖为生，是集吃、住、游、乐、购为一体的原生态休闲风情小岛。

莲花岛在临湖建成农家乐及旅游服务中心，日接待能力为4000~5000人。农家乐及旅游服务中心运营后每天将产生20~30吨生活污水。为了保护阳澄湖水质和生态环境，宜建设生态型污水处理系统。

2 工艺设计 2.1 设计进出水水质

考虑到旅游高峰期污水排放量将增加等情况，设计水量30 m/d。出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》( GB118-2002 )中的一级A标准，设计进出水水质见表1。

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表1 处理系统设计进出水水质

项目

进水 出水 一级A标准

SS/mg·L 50 ≤10 10

-1

CODCr/mg·L BOD5/mg·L

333 ≤50 50

200 ≤10 10

-1-1

NH3-N/ mg·L TN/ mg·L TP/mg·L

50 ≤5 5

50 ≤15 15

0.9 ≤0.5 0.5

-1-1-1

2.2 观测方法

系统运行期间，定期测定系统进水以及各级出水水质，包括进水、预处理出水、垂直流出水和最终出水。测定指标包括COD、BOD5、NH3-N、SS、TN和TP。COD采用酸性重铬酸钾法；BOD5采用稀释接种法；NH3-N采用纳氏比色法；SS采用滤膜法；TN采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法；TP采用钼锑铵分光光度法2.3 工艺流程

针对莲花岛农家乐及旅游服务中心生活污水的特点及当地自然条件，本研究在消化、吸收德国生态工程协会人工湿地技术的基础上，采用潜流型复合人工湿地处理设施处理旅游区生活污水。潜流型复合人工湿地主要包括预处理设施、垂

直流生态滤床、水平流生态滤床、污泥干化滤床及湿地湾，总面积约1100m。生活污水处理系统流程图如图1所示。

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图1 生活污水处理系统流程

3 主要构筑物及特点

（1）布水系统

潜流型复合人工湿地采用2个垂直流生态滤床交替布水，均采用间歇配水方式。生活污水经化粪池处理后排入污水收集管道，收集的污水先在三格式调节池沉淀预处理后，通过污水泵提升，每2h布水一次，每次布水约3m，由管道布水喷流系统均匀分布在其中一个垂直流生态滤床表面。两个圆形垂直流滤床面积均为200m。

这种间歇性布水和出水方式，可以最大程度地利用床体上层的大气复氧，同时通过布水压力造成污水流喷射，一定程度起到跌水复氧的作用，提高污水中溶解氧含量。另外增加通

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气管同滤床底部排水管相连接，使得氧气能够通到滤床底部，通过排水管环形切孔，向滤床内部扩散，同时局部区域厌氧反应产生的沼气和硫化氢等气体能够向外界及时散逸。从而改善系统缺氧问题，强化硝化作用，提高氨氮去除效率。

（2）生态滤床

污水在垂直流生态滤床上重力下渗，经过滤床砂层基质和植物根系固定的无数微生物膜处理单元，在底部砾石排水层汇集，由环切孔排水管导流收集。出水通过无压管道，自流进入水平流生态滤床一边，然后横向水平流向另一边，垂直流生态滤床出水在此处得到进一步净化。扇形的水平流生态滤床面积为100m。

生态滤床所用基质层滤料通过格兰特（Grant）滤料渗透试验和筛分试验的两步实验方法确定，试验表明所用滤料符合标准级配曲线。基质层滤料的严格选用可确保潜流型复合人工湿地能够保持相同标准，并长期稳定运行。基质层底层铺设排水层滤料，保证排水通畅，中层铺设过渡层滤料，防止上层处理层滤料下沉堵塞排水管，上层铺设苏州德华生态环境科技有限公司VF100型处理层滤料，保证氮磷的高效去除。

生态滤床选取根系发达的植物作为滤床植物，如芦苇、美人蕉等。一方面，植物根系能够有效疏通堵塞，防止滤床板结，改善滤床内部结构，大大延长运行寿命；另一方面，通过大量植物的光合作用吸收大量二氧化碳和有机碳，减少周围大气中二氧化碳的含量，降低温室效应，增加氧气含量，改善周边的生活环境，冬季还能形成天然的保温层，减轻反应设施受温度下降的影响。

（3）污泥干化滤床

初沉污泥定期输入污泥干化滤床，沉积稳定处置，成熟后可资源化利用。污泥干化床面积约50 m，其上种植芦竹。增设的通气管把氧气带到底部，改善厌氧呼吸状况，植物发达的根系保证滤床良好的导水性，保证污泥的良好干化效率；由于植物根系和填料迅速过滤作用，大部分时间污泥层能保持相对干燥，处于好氧状态，卫生状况良好；且微生物代谢产生的污泥会自然消化，不会堵塞系统，运行期间无需清理。污泥干化床的设置，使整个污水处理工艺真正安全、环境无害化。

（4）湿地湾

水平流滤床出水流入面积约550 m的湿地湾，湿地湾与阳澄湖天然衔接。湿地湾不但可以进一步净化水质，构建微生态系统，同时带来一定的景观效应。

4 技术经济分析 4.1 技术分析

系统运行阶段，从2010年3月10日到6月30日每周测定一次出水水质。测定结果表明，COD、TN和TP浓度在各级处理中呈现逐渐下降趋势（图2），尤其潜流型复合人工湿中由于结合了垂直流生态滤床和水平流生态滤床，可加强硝化-反硝化作用，因此相对一般单一人

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工湿地能够更加高效的去除TN。水平流生态滤床最终出水COD、BOD5、NH3-N、TN和TP等均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB118-2002）一级A标准（图3），且去除率均达到85%以上（表2）。由于植物生长状况相对良好，6月份去除率相对于3月份增加，推测由于植物根系的生长有利于向滤床内部输送氧气，进一步促进微生物对有机物的分解以及P的吸附。

表2 不同污染指标去除效率

COD SS TP (mg/L) 0.61 0.05 92% TN (mg/L) 14.82 1.77 88% BOD5 (mg/L) 95.02 2.48 97% NH3-N (mg/L) 8.40 0.05 99% 粪大肠菌群(个) 5.4×10 65 99% 4(mg/L) (mg/L) 进水 出水 去除率 191.30 52.28 10.44 95% 6.90 87% 注：数据均为2010年3月到6月监测值的平均值。

图2 潜流型复合人工湿地各级处理出水的COD、TN和TP浓度变化趋势

图3 潜流型复合人工湿地进、出水水质变化

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4.2 经济分析

本工程无须专人看管，配置一人定期现场巡视即可，并且德国已有工程项目表明，该系统能稳定使用15年以上，无需其他维护费用。此外，目前该系统每天运行耗电约2-3度，污水处理总费用不足0.3元/吨，远低于集中式污水处理厂0.7-1.0元/吨。因此，相对于传统污水处理厂，发展潜流型复合人工湿地治污技术可以为社会节约大量资金如能将本研究成果在我国广大的农村及偏远地区旅游区得以推广，将产生极大的环境和生态效应；且该设施属于分散处理系统，与自然界更加协调，并且位于旅游区，能够有助于增强游客的环保意识，加强环保事业的公众参与度。 5 总结

对阳澄湖镇莲花岛西咀旅游区生活污水进行有效处理，使污水处理全过程运用生态技术成为现实。垂直流生态滤床和水平流生态滤床组合的潜流型复合人工湿地既可以有效去除COD、SS等，也能够高效去除TN、TP，因为它使垂直流和水平流优势互补，使硝化反应和反硝化反应不在同一环境下进行，是一种值得研究和推广的湿地形式。

潜流型复合人工湿地具有良好的经济效益、社会效益和景观效应，即节约资源，低碳环保，又可以美化环境，改善地面景观，为旅游业锦上添花，造福于民。此外，潜流型复合人工湿地是一个完整的生态系统，可以在防止土壤侵蚀、保护生态系统和生物多样性，调节气候、降解污染、缓解城市“热岛效应”等方面发挥巨大作用。

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