摘要：苏南水网地区地处我国经济发达地区之一的长三角经济带，随着工农业的高速发展，村镇水污染问题日趋严重，水环境日益恶化。太湖支流-永安河前桥表面流人工湿地示范工程将村镇污水的处理与河道生态修复结合起来，利用现场地形条件，将河道改造成生活污水处理点，采用“生物栅湿地净化沟＋接触氧化池＋表面流人工湿地＋生态护岸”组合工艺模式，对村镇污水进行处理，出水主要污染物ＣＯＤＣｒ、ＴＮ、ＴＰ、ＮＨ3-Ｎ等均低于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(ＧＢ　18918-2002)一级Ｂ排放要求，运行费用约为0．119元／ｍ3。　　

关键词：苏南水网地区；表面流人工湿地；河浜治理；村镇生活污水　　

中图分类号：Ｘ703　文献标识码：Ａ文章编号：1007-2284(2012)02-0078-03

作者：张文艺 刘明元 罗鑫 范培成 李秋艳

0　引　言

苏南地区地处我国经济发达地区之一的长三角经济区，水系发达，河浜众多，但随着工农业的发展和城市化进程的不断加快，污染问题日趋严重。村镇生活污水是造成村镇水环境污染的原因之一，是造成湖泊富营养化的重要因素。根据江苏省环保厅统计数据，导致苏南地区太湖流域水体富营养化的主要污染物很大部分是来源于流域内村镇生活污水、农田径流和养殖污水。因此，对村镇生活污水进行治理，对于苏南地区水污染防治意义重大。

随着改革开放的不断深入，我国的经济有了飞速的发展，生活水平也有了稳步的提升。但村镇污水的治理问题仍然是一个难题，没有得到有效的解决［1-4］。人工湿地由于具有投资少、能耗低、管理方便等优点，正逐渐被应用于广大中小城镇和乡村地区的生活污水处理［5，6］。表面流人工湿地是应用最早的一种人工湿地，相对于潜流、垂直流湿地，表面流湿地处理效率较低、占地面积大，同时还存在夏季散发恶臭和滋生蚊蝇的缺点，但却因其运行成本低和人工投入少等特点，在村镇污水治理方面具有明显优势［7-9］。表面流人工湿地是一种通过模拟自然湿地，人为设计与建造的由饱和基质、挺水植物与沉水植物、动物和水体组成的复合体［10］。其原理是利用系统中基质＋水生植物＋微生物的物理、化学、生物的3重协同作用，通过基质过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净化［11-13］。

本工程采用生物栅＋接触氧化池＋表面流人工湿地工艺对苏南地区村镇污水进行处理，通过底质改良、河岸生态整治和均匀布水、水生植物选培、水位控制等措施，建立表面流湿地系统，将村镇生活污水的处理工程与河道生态修复工程结合起来，在恢复河浜生态系统的同时，处理周边农田径流和村落生活污水，消减直接进入苏南水网的污染负荷，同时较好地解决了占地面积大、夏季散发恶臭和滋生蚊蝇的缺点，为其进一步的推广应用奠定了基础。

1　示范工程概况

前桥人工湿地示范工程位于江苏省常州市武进区，利用原有河浜改造成污水处理工程，工程治理流域涉及前桥村100户居民，20ｈｍ2 农田。前桥河浜总长度160ｍ，平均宽度5ｍ，枯水期水深1ｍ，最高水位2ｍ，最低水位0．5ｍ，多年平均水位约1．5ｍ，设计水位1．8ｍ，设计水深1．5ｍ，水体容积为1　200ｍ3，服务人口约320人，为苏南地区典型缓流纳污河浜，水质恶臭，藻类疯长。

1．1　设计水量

日用水量标准：按100Ｌ／(人·ｄ)计算，水量为320人×100Ｌ／(人·ｄ)＝32m3/d。

生活污水量按用水量的80％计算。地表农业面源排水和地下水补给量113m3/d，进入河浜雨水量31m3/d(按年平均降水量测算)，总排水量169．6m3/d，设计处理水量为170m3/d。

1．2　设计进水水质

根据苏南地区村镇生活污水相关资料，考虑到公共厕所粪便经化粪池直接排入河浜，参照实测水质，因而确定前桥污水设计水质指标情况如表1所示。

表1　前桥污水水质设计指标

Ｔａｂ．1　Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　Ｑｉａｎｑｉａｏ

1．3　设计出水水质

根据太湖地区对污水排放的要求，本工程废水排放执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(ＧＢ18918-2002)一级Ｂ标准，主要污染物最高允许排放浓度如表2所示。

表2　污水排放标准(ＧＢ18918-2002一级Ｂ) mg/L

Ｔａｂ．2　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｓｔａｎｄａｒｄ

1．4　工艺流程与原理

根据水质分析结果、相关废水处理技术总结和项目排放标准要求，结合该实际，前桥采用生物栅湿地净化沟＋接触氧化池＋表面流人工湿地组合工艺方案。该方案污水处理工艺流程框图如图1所示。

图1　前桥污水处理工程平面布置图

Ｆｉｇ．1　Ｔｈｅ　ｆｌｏｏｒｐｌａｎ　ｏｆ　Ｑｉａｎｑｉａｏ　ｐｒｏｊｅｃｔ

由图1可见，污水经生态护坡进入河浜后，经生物栅湿地净化沟段调节水解、生物吸附，以均匀水质、水量，并通过微生物水解反应部分降解有机污染物浓度，提高废水可生化性，同时利用水生植物、生物膜和人工水草载体生物膜系统进一步降解有机物，并对有机氮进行分解，使之成为氨氮，对硝酸盐氮进行生物膜深层厌氧分解；处理后的污水经溢流坝流入接触氧化池，对河浜进行复氧，以达到除臭、降解有机物目的；在经溢流坝进入表面流人工湿地后，对污染河浜进行生态修复，去除氮、磷及悬浮物质澄清水质，确保出水水质达标排放。生态护岸段建立水陆生态系统互动，促进对河浜中污染物质的降解，确保出水水质达标排放。生物栅湿地净化沟段中的底泥可为绿色生态肥料，每年春季清淤一次。生物栅湿地净化沟段的溢流坝主要是调节生物栅湿地净化沟段水位，保证旱季沿河农业灌溉，汛期防洪排涝。

2　主要构筑物设计

2．1　生物栅湿地净化沟

设计有效容积为720ｍ3，停留时间约4．3ｄ。平均宽度5ｍ，设计长度80ｍ，设计有效水深1．8ｍ。具有均匀水质、水量，调节废水ｐＨ的功能，同时通过底泥清淤，解决底泥氮、磷等污染物质释放造成的二次污染问题；布置生物栅(以人工浮岛为基础，水面种植聚草和菖蒲，在植物浮岛上悬挂半软性填料，河浜底部放置人工水草)，使用人工浮岛固定支架固定，利用微生物好氧、厌氧、水解作用去除或分解有机污染物，削减污染负荷、提高可生化性，同时对污水进行生物吸附、过滤、降解，为后续好氧处理及表面流人工湿地创造良好条件。溢流堰(设计宽度1ｍ，坝顶宽度1．0ｍ，高度2．5ｍ，有效高度1．5ｍ)，主要功能为控制水位，调节生物栅湿地净化沟水量，旱季沿河农业灌溉，汛期防洪排涝等。

2．2　接触氧化池

设计有效容积为840ｍ3，平均宽度5ｍ，设计长度5ｍ，设计有效水深3．5ｍ，停留时间约0．5ｄ。建设的主要工程为钢筋混凝土池体。在池体内部安装ＱＸＢ型潜水离心式曝气机2台(1用1备)、曝气头等设备对水体复氧，同时安装不锈钢支架和半软性填料，通过半软性填料上生长的生物膜，对污水进行生物吸附、过滤和降解。

2．3　表面流人工湿地

设计有效容积为1　300ｍ3，停留时间约5．0ｄ。设计长度65ｍ，平均宽度40ｍ，设计有效水深0．5ｍ，砾石层厚度0．5ｍ。主要工程包括底质改良，种植水葱、芦苇、再力花和美人蕉，设置土工布。通过以上工程可以削减污染负荷，去除氮、磷及悬浮物质，澄清水质，确保出水水质达标排放。底质改良主要作用为植物提供一个良好的土壤生长环境，有利于根系更好的发育，为微生物提供良好的富氧环境。搭配种植水生植物有利于对氮、磷的吸收及微生物吸附、水解去除或分解有机污染物，处理过程中的主要氧源来自于水面复氧和植物向根区的过量氧传导。利用土工布将永安河水体与湿地水体环境隔开，防止外界水体对湿地造成的不良影响，同时降低了基建成本。

2．4　生态护岸

设计长度170ｍ、宽度0．3ｍ、平均高度3ｍ。主要工程包括两岸水土修复、生态护坡，种植垂柳、茭白、花叶芦竹和花菖蒲。其主要功能为规整河岸，美化景观，建立起河水生态和河岸生态良好的互动，削减污染负荷。

3　运行效果与技术经济分析

3．1　运行效果

本工程于2010年8月建成运行，表3为主管部门抽检结果。由表3可以看出出水水质指标ＣＯＤＣｒ、ＴＮ、ＴＰ、ＮＨ3-Ｎ均低于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(ＧＢ　18918-2002)一级Ｂ排放要求。

表3　2011年5月份水质监测结果 mg/L

Ｔａｂ．3　Ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ

3．2　技术经济分析

本工程整个工艺由于当地地势较低，无污水提升消耗动力，除少量河水复氧外，无需任何动力，为天然无动力污水去碳、脱氮、除磷一体化生物-生态处理工程。运行费用如下：

(1)电费(Ｅ1)。河水复氧用电负荷0．6ｋＷ(近期每天实际运行时间按8ｈ计)，电价按0．6元／ｋＷｈ计，每吨废水处理成本为：

Ｅ1=0．6×0．6×8÷170＝0．017元／ｍ3

(2)人工费(Ｅ2)。日常管理安排1人(当时村民兼职)，月工资按150元计，每吨废水处理成本为：

Ｅ2=150×1÷(170×30)＝0．030元／ｍ3

(3)日常维护管理费(Ｅ3)。以每年0．15万元计，则每吨废水管理费为：

Ｅ3=1　500÷(170×365)＝0．024元／ｍ3

(4)湿地植物养护费(Ｅ4)。主要用于植物的更换、修剪、收割。以每年0．30万元计，则每吨废水处理成本为：

Ｅ4=3　000÷(170×365)＝0．048元／ｍ3

废水处理运行成本总计为：

ＥＴ=Ｅ1＋Ｅ2＋Ｅ3＋Ｅ4 ＝0．119元／ｍ3

4　工程技术特色

(1)利用现场地形条件，将河浜改造成人工湿地，对污水进行生态处理，从而取消了村镇污水管网建设，达到了既克服在村镇建设管网收集工程的困难，节省了大量建设资金，又克服了表面流人工湿地占用大量土地的缺陷，使得村镇生活污水处理工程的实施得以可靠实现，并能长期运行，为苏南地区村镇生活污水及农业排水处理提供了一种新的、有效的处理模式。

(2)在废弃河浜岸边、河浜中和及人工湿地中组合配置美人蕉、水葱、聚草和菖蒲等水生植物对污水进行生物过滤，通过增大废水与空气接触面积对废水复氧。利用水生植物具有极强生态适应性的抗逆(旱、湿、寒、热、酸、碱等)能力和生长迅速优点，对污水进行降解和复氧。此方法提高了水体自然富氧能力，提高了处理效果，降低了运行费用。

(3)生物栅表面流人工湿地净化机理主要包括微生物修复和水生植物修复2个方面。其中：微生物修复是利用微生物好氧、厌氧、水解作用去除或分解有机污染物；而水生植物修复则是利用水生高等植物生长快，在生长期间可有效吸收并富集水中的营养盐，起着营养泵或营养库的作用，合理构建并维持水生植物生物量，可转移出氮磷等营养盐。通过这两者的协同作用，提高了水体净化能力，降低了后续处理中表面流人工湿地的负荷，有效防止表面流人工湿地夏季散发恶臭和滋生蚊蝇。

5　结语

本示范工程运行费用为0．119元／ｍ3，出水ＣＯＤＣｒ、ＴＮ、ＴＰ、ＮＨ3-Ｎ等污染物指标均低于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(ＧＢ　18918-2002)一级Ｂ排放要求。所采用的这种“生物栅＋接触氧化池＋表面流人工湿地＋生态护岸”组合工艺模式，把村镇生活污水的处理工程与河道生态修复工程结合起来，利用现场地形条件，将河道改造成生活污水处理点，对污水进行原位生态处理，对于整个苏南地区仍至我国南方水网地区村镇生活污水治理具有一定的借鉴和示范作用。

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作者简介：张文艺(1968-)，男，博士，教授，主要研究方向为水污染控制与生态修复。