人工湿地在温榆河生态治污中的实践与应用

　　摘要：人工湿地象天然湿地一样, 起到调节生态平衡, 调节微观气候环境等作用。位于温榆河上游的龙道河丹麦人工湿地技术实验点通过实践证明: 人工湿地技术治污是完全可以做到既保证生物技术含量高, 又保证低成本运行, 达到可持续发展的目标, 是实现污水资源化的有效途径之一, 应该在北运河和温榆河的污水治理中广泛推广应用。

　　关键词：人工湿地 生态治污 实践应用

　　中图分类号TV213.4 文献标识码B 文章编号1673- 4637( 2006) 04- 0020- 03

　　1 人工湿地的作用及特点

　　湿地、海洋和森林被称为全球三大生态系统, 其中湿地是自然界最富生物多样性的生态景观和人类最至爱的生存环境之一, 被称为“生命的摇篮”、“地球之肾”和“鸟类的乐园”。健康的湿地生态系统和其所具有的保护水源、净化水质、蓄洪防旱、调节气候和维护生物多样性等重要生态功能, 是国家生态安全体系的重要组成部分和经济社会可持续发展的重要基础。

　　近年来, 随着人们生活水平和思想认识的提高,修复湖泊湿地、恢复江湖联系、建造人工湿地都成为热门工程。尤其是建造的人工湿地, 不仅可以象天然湿地一样, 起到调节生态平衡, 调节微观气候环境,为水鸟提供栖息地等作用, 更可以按照设计者的设计成为人们生活中的一道休憩、观赏的风景线。

　　利用人工湿地的生态工程方法是近年来越来越受到重视的一种水质净化的新方法, 其基本原理是在一定的填料上种植特定的湿地植物, 从而建立起一个人工湿地生态系统, 当污水通过系统时, 其中的污染物质和营养物质被系统吸收或分解, 使水质得到净化。人工湿地系统具有建造成本较低、运行成本很低、出水水质非常好、操作简单等优点, 同时如果选择合适的植物品种还有美化环境的作用。

　　2 温榆河上游龙道河丹麦人工湿地技术的特点及实验结果

　　2.1 龙道河人工湿地项目背景、意义及实验点概况

　　温榆河是北京东部的主要排水河道, 是北京外环水系的一部分。目前, 水体污染日趋严重, 对其水污染的治理已迫在眉睫。根据市政府批复的《温榆河绿色生态走廊规划》, 清洁的水体是绿色走廊的主要元素, 治河先治污是建设好温榆河绿色走廊的首要问题。鉴于人工湿地生态技术所具有的优越性: 遵循自然规律, 更富人性化。为此, 北京市北运河管理处与丹麦特兰斯福生态环境公司合作, 对温榆河支流———龙道河采用丹麦人工湿地技术进行污水治理的研究与应用, 以求为温榆河流域河道水污染治理奠定技术基础。

　　本项目通过龙道河丹麦人工湿地污水净化技术的研究与应用, 探讨丹麦人工湿地技术在温榆河流域的适用性; 解决人工湿地在北京气候条件下冬季运行的风险问题; 检测水力负荷和污染负荷; 核算建设投资和运行成本, 为温榆河流域河道水质净化大规模实施提供技术支持。

　　龙道河位于北京市顺义区空港西部, 是温榆河的支流, 由北向南汇入温榆河, 全长约20 km, 主要承担泄洪排污功能。河内的污水主要是生活污水, 流量756.8 万m3 / a, 经监测, 其水质远远不能达到国家地表水环境质量标准。每到夏季, 整条河流即成为气味难闻的臭水沟, 附近的中外居民频频抱怨, 社会影响很坏。其水质状况见表1。

　　本项目设在龙道河下游, 入温榆河口之前, 河道北岸约42 m 长、25 m 宽的空地, 与河道水面高差约为5 m。在龙道河汇入温榆河处建设丹麦人工湿地系统。在龙道河内设置提水泵坑, 内置污水潜水泵, 将龙道河内的污水提升至河边人工湿地———“丹麦根脉过滤系统”。通过“丹麦根脉过滤系统”处理污水, 处理后的出水自流排入龙道河。取水点在排水点下游方向位置。该湿地系统长28.0 m、宽21.5 m 左右、深1.45 ～1.65 m,面积约600 m2 , 分为2 个单元。工艺示意见图1, 接在人工湿地———“丹麦根脉过滤系统”之后, 建造叠水景观( 还可用于附近市政及绿化用水) 。

　　2.2 龙道河人工湿地系统的运行机理

　　龙道河人工湿地系统, 即“丹麦根脉过滤系统”,污水以垂直流潜流式滤过长有芦苇、茭白等深根植物的浅层多孔滤床, 植物根系可利于提供氧气。该系统介质由特殊的有机物、矿物质和天然材料混合组成,有利于微生物的吸附, 以保证湿地系统的高生物量,从而发挥污染物的去除功能。

　　“丹麦根脉过滤系统”去除水中污染物的作用机理, 见表2。

　　2.3 龙道河设计进出水水质

　　龙道河设计进、出水水质见表3、表4。

　　2.4 冬季运行方式

　　人工湿地净化系统设计中考虑了冬季运行的措施,其表层为一层保温层, 采用可防冻的有机介质。虽然冬季条件下由于气温、水温较低, 植物枯黄, 但微生物的活性并未下降, 所以处理效果未下降。一般微生物在6 ～15 ℃其活性是稳定的, 因此冬季运行整个丹麦根脉系统介质的温度也是6 ～15 ℃。为了确保冬季运行效果, 项目在设计、研究过程中予以了考虑。

　　2.5 有机污染物去除

　　表5 — 表7 为龙道河根脉净化系统有机物的去除结果。

　　在污水处理过程中是用BOD5、COD 等综合性指标表征水被有机污染物污染的程度, 并以它的变化来指示有机污染物降解净化的程度; 经过6 个月的分析数据表明, 该系统有机污染物的去除效果很好, 系统进水COD 值101.40 mg / L 左右、BOD5 值38.89 mg / L左右时, COD 去除率大于80%, 出水20 mg / L 左右,并且有渐渐好转的趋势; BOD5 去除率为82%以上,出水< 6.63 mg / L, 系统愈来愈运行稳定。

　　系统对SS 有很好的去除效果, 运行期间在正常的水力负荷范围内, 出水SS 是8.01 mg / L, 去除率是83%。

　　磷是生活污水和城市污水中常见的污染成分, 排入江河湖泊后将引起水体的富营养化问题, 因此必须采取有力的措施严格限制进入自然水体的磷的含量。而一般国内外通行的除磷方法是投加化学药剂, 这不但加大了投资和运行费用, 还将产生更多的化学污泥。而丹麦根脉净化系统的除磷率效果相当高, 进水总磷平均为5.75 mg / L 时, 出水可在0.15 mg / L 以下, 去除效果达85% ～99%, 达到了很高的水平, 并且不需投加化学药品, 这将对天然水体的保护和污水资源化的实施起到良好的推动作用。

　　污水中的氮有多种, 主要是有机氮、氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮等形式, 人工合成湿地处理氮化合物主要分为以下几个阶段: 被介质截留下的有机氮, 经矿化作用, 转变成铵态氮; 铵态氮被介质或胶体吸附; 介质吸附的铵态氮在硝化细菌的作用下转化为硝态氮, 通过反硝化, 以N2 或N2O 的形式扩散到大气中。

　　植物吸收氮素的主要形态是硝酸盐和铵态氮, 以硝酸盐进水浓度5 mg / L 计, 污水中的氮素仅靠绿色植物即可全部吸收去除。氨氮也是水体营养化的主要因素之一, 从表中可以看出进水NH3-N的浓度平均24.11 mg / L 左右, 出水在5.57 mg / L左右, 去除率为77%。

　　龙道河河水含氮的浓度较高, 大多数为NH3- N 和有机氮, 这是由于该河流主要接纳生活污水( 见表2) 。根脉系统对总氮的去除率为66% ～70%, 对NH3- N 的去除率相对高( 75% ～79%) , 说明系统中存在一定的硝化作用和反硝化作用。反硝化率稍高, 可能是因为河水的有机污染物浓度较高, 根脉系统需要降解有机物影响的。本系统出水NH3- N 的浓度一直相对较低,表明系统介质中存在硝化过程, 而同时出水中含有一定的硝酸盐。

　　这就充分体现了丹麦根脉净化技术在解决水体富营养化问题上的独特优势。

　　2.6 实验结论

　　通过项目的研究与应用, 丹麦人工湿地系统的优点可归为以下几点:

　　(1) 用生态技术处理污水, 在防治污染的同时建造一片绿洲。

　　(2) 工艺简单不需要复杂的操作, 不需要进行复杂的污泥处理。

　　(3) 对P 和N 去除效果很好, 防治水体富营养化。

　　(4) 建设投资少。

　　(5) 很低的能源消耗, 无化学药剂, 很少的机械设备, 所以运行费用很低。

　　3 利用人工湿地技术的前景展望

　　龙道河人工湿地技术治污的研究实践, 证明了污水处理是完全可以做到既保证生物技术含量高, 又保证低成本运行, 达到可持续发展的目标, 是实现污水资源化的有效途径之一。由此可见, 龙道河人工湿地技术, 设计人工湿地600 m2, 日处理污水量200 m3,北运河上下游有大面积的滩地和低洼地, 仅北关分洪枢纽拦河闸至下游武窑桥12 km 河道间的可以利用的滩地就有约480 万m2, 采用龙道河人工湿地技术对其中1 / 20 的滩地加以利用, 日处理污水量最小可达5万m3。因此如果在北运河堤间滩地、堤外低洼地广泛采用人工湿地, 将能处理大量的污染河水加以利用,充分满足北京、天津、河北等地的大面积农田灌溉需求, 同时也能大大减少地下水资源开采量, 削减河水入渗地下对水源的污染, 汛期还可作为泄洪区, 一举多得。

　　作者简介: 凌玉梅(1969 —) , 女, 工程师。

　　来源：《北京水务》2006.4