尾水湿地系统技术：理论与实践

城北污水处理厂尾水人工湿地深度处理示范工程位于厂区南侧，占地面积约6 900 m2，其中水域面积约为4 420 m2。组合人工湿地鸟瞰图如图9-1所示。

整个人工湿地示范工程利用现有地形进行设计构造，根据水质净化要求将整个系统划分为四个功能单元：生物强化氧化单元、表面流人工湿地单元、水平潜流人工湿地单元、氧化塘单元。工艺流程如图9-2所示。

1.进水观测台

（1）主要功能

进水观测台为一个观测区，通过观察此区，可以从感官上知道进水水质效果，同时也方便水样采取和水质跟踪监测。

图9-1　城北污水处理厂组合人工湿地鸟瞰图

图9-2　复合型湿地深度净化污水处理厂尾水工艺流程及主要功能

（2）基本结构

池体为白色池砖，面积20 m2，有效水深0.3m，总容积6 m3。

2.生物强化氧化单元

（1）主要功能

通过好氧微生物的生长繁殖和新陈代谢作用将水中的有机物分解为水和CO2从而被去除，另外在好氧硝化细菌的硝化作用下，将水中的氨氮氧化为硝态氮。在富氧状态下磷的化学沉淀、吸附、植物和微生物的吸收也能实现一定的去除率。生物强化氧化单元水面养殖漂浮植物，水底布设曝气系统，水中设置比表面积较大的微生物填料。将微生物接种在植物与填料上生长，可以大幅度提高微生物的数量；另一方面，庞大的人工基质和水生植物表面还有助于提高氧的利用率，从而实现高效率地降解有机物和氨氮。水体中的氧由鼓风曝气系统提供。

（2）基本结构

①池体：水泥池，总面积550 m2，有效水深1.8m，总容积990 m3。

②曝气系统：鼓风曝气系统，采用罗茨鼓风机和扩散管式的微气泡空气扩散装置。

③填料：悬挂布设弹性填料，体积324 m3，填料层厚度1.5m。

④植物：常绿漂浮植物，水面覆盖100%。

（3）主要设计参数

生物强化氧化单元总面积为550 m2，平均水深1.80 m，设计停留时间3.61 h，氨氮去除率为25%～40%，溶解氧控制范围为2～4 mg/L，需氧量为35.92 kg/d，需供气量1.48 m3/min。从提高氧气利用率、降低曝气能耗方面考虑，在布设了弹性填料和有漂浮植物根系的情况下，拟采用低强度曝气。主要工艺参数如表9-1所示。

（4）设计进出水水质

生物强化氧化单元的水质净化功能主要体现在对BOD5的降解和对NH3-N的硝化转化，如表9-2所示。

（5）主要工程内容及设备

主要工程内容包括漂浮植物浅层浮床、微生物填料、鼓风供气系统、空气扩散系统。

①微生物填料：选用弹性填料，工艺计算共需填料约324 m3。

②鼓风供气系统：有机物氧化分解及氨氮的硝化共计需氧量为35.92 kg/d，氧利用率以6%计，需要的最大供气量为1.48 m3/min（压力约3 m水柱）。

③空气扩散系统：采用扩散管式的微气泡扩散装置，采用UPVC管及砂芯曝气器。

④漂浮植物浅层浮床：生物强化氧化单元下层布设空气释放及扩散装置，中层布置组合填料，上层布置漂浮植物浅层浮床，在充分利用自然复氧的同时，利用曝气复氧使水中的溶解氧提高，再结合植物将产生的氧输送到水中，从而利用三种复氧方式的相互补充，将整个区域稳定地维持在一个良好的有氧环境，营造出好氧微生物及硝化细菌的良好生境。需养殖漂浮植物床面积324 m2，厚度0.3m。

表9-1　生物强化氧化单元工艺参数

表9-2　生物强化氧化单元设计进出水水质　单位：mg/L

3.表面流人工湿地单元

表面流人工湿地单元内配置挺水、沉水、浮游等多种水生植物。沿水流方向，将表面流人工湿地单元分为三级串联，每级之间采用溢流出水。

（1）主要功能

在前期曝气好氧过程中，新增殖的大量微生物以活性污泥形式进入表面流人工湿地单元，可附着在水生植物水中根、茎表面或悬浮于水体中，进一步降解污染物，对剩余的氨氮进行氧化。通过植物的合理配置，形成较大的水中表面积，使悬浮的活性污泥形成吸附和分解净化机制，并保持水体复氧状态，提高了污染净化效率。好氧微生物所需的氧气由生物强化氧化单元出水中的余氧、该区水体自然复氧、水生植物复氧三种提供。此外，水生植物泌氧作用能促进凋落物的分解，进而为后续湿地系统进行反硝化过程补充碳源。

（2）基本结构

①池体：土埂结构，将池底原状土夯实。沿水流方向分为三级串联，整个单元面积约2 830 m2，有效水深0.2～0.3m，容积570 m3。

②植被：挺水植物、沉水植物，水面覆盖率50%～70%。

（3）主要设计参数

表面流人工湿地单元总面积约为2 830 m2，水深0.2～0.3m，设计水力停留时间19.2h，水力负荷0.028 m3/（m2·h）。其他具体参数如表9-3所示。

表9-3　表面流人工湿地单元工艺参数

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（4）设计进出水水质

表面流人工湿地单元设计进出水水质如表9-4所示。

表9-4　表面流人工湿地单元设计进出水水质　单位：mg/L

（5）主要工程内容及材料

该单元的工程内容及材料主要为水生植被。

第一、二级：水深0.2～0.3m，水质较混浊。在土壤层上起垄，垄上种植水芹和芭蕉芋。芭蕉芋主要起景观作用，每十垄种一垄芭蕉芋，其余全部种水芹。

第三级：水深0.3m，由于水质是限制沉水植物生长的关键因素，而该区域水质有所改善，拟以沉水植物为背景，点缀成丰富多彩的生态浮岛。沉水植物的组成如表9-5所示。

表9-5　沉水植物的组成

注：沉水植物为包土沉栽。

4.水平潜流人工湿地单元

水平潜流人工湿地单元内配置多种挺水植物。沿水流方向，将水平潜流人工湿地单元分为两级串联，均采用池底均匀布水的垂直上升流形式，先通过集水渠进行集水，再通过间距0.5m的UPVC穿孔管将水均匀分布在整个湿地平面上。

（1）主要功能

经过前两个单元的氧化硝化，污水中的氨氮40%～60%被转化为硝态氮。

水平潜流人工湿地单元的复合基质床体深度达2 m，表面有0.15 m的自由水层，并种植净化能力较强的挺水植物，形成一定厚度的有氧环境，可以继续完成氧化净化过程。随着污水的流动，碎石床深处水体环境从好氧环境逐步转变为缺氧、厌氧状态，使得厌氧菌（包括反硝化细菌）在填料表面大量增殖形成优势菌群，在厌氧状态下降解有机污染物，并通过反硝化作用将硝态氮转化为氮气和水，从而将氮去除。而反硝化过程中也会消耗一定的有机物，同时水生植物和微生物的生长也能吸收一定的氮和磷。

水平潜流人工湿地是较为先进的一种生物滤床，它充分利用了水力的特点和水在填料空隙中的渗透作用，考虑了水生植物根系与滤料表面间形成的复合界面生化效应，有较强的生物脱氮作用及物理过滤作用。植物物种多样化性，可丰富整个湿地景观，对其间所种植的植物管理和采收也相对容易。

（2）基本结构

①池体：压实黏土。面积960 m2，总容积2 060 m3，有效水深2.15 m。由于水平潜流人工湿地较深，为防止湿地内部水体与地下水的互补从而减少或污染净化后的水量，水平潜流人工湿地单元底部及坡面采用HDPE土工膜进行了防渗处理。

②布水：垂直上升流，由表层0.15 m自由水层向下方碎石床布水。

③集水管网：由横向密集分布（间隔0.5m）的DN100 UPVC穿孔管构成集水支管网络。

④填料：从下到上分别为碎石层、复合基质层。碎石层与复合基质层铺设120 g/m2织质土工布，基质层上种植挺水植物，填料铺设厚度2 m。复合基质为蛭石、泥炭、砾石三种物质按一定比例的混合体。

⑤植物：行距0.50 m、株距0.30 m，种植常绿香蒲、美人蕉及芦苇等，冠层盖度70%。

（3）主要设计参数

水平潜流人工湿地主要设计工艺参数如表9-6所示。

表9-6　水平潜流人工湿地单元工艺参数

（4）设计进出水水质

水平潜流人工湿地单元设计进出水水质如表9-7所示。

表9-7　水平潜流人工湿地单元设计进出水水质　单位：mg/L

5.氧化塘单元

（1）主要功能

氧化塘单元是一个检验区，通过观察此区，可以从感官上知道水处理的效果。

（2）基本结构

①池体：水泥池，总面积185 m2，有效水深1.0 m，总容积185 m3。

②植物：睡莲，水面覆盖30%，保持一定的开敞水面以利于自然富氧、水体流动和阳光入射。

③动物：金鱼。

（3）主要设计参数

氧化塘单元主要设计工艺参数如表9-8所示。

表9-8　氧化塘单元工艺参数