城镇地区污水处理的技术应用
随着国民经济的发展，农业面源、工业点源及城镇生活污水的不断增加，破换生态平衡造成环境污染，本文介绍了城镇生活污水治理中人工湿地的污水处理机制。
《净水技术》创刊24年来在传播国内外饮用水、城市给水、纯净水、工业用水、循环冷却水、污水处理、离子交换及功能膜、中水回用、水质检测等方面提供了大量信息。内容有理论有实践，深受净水工作者的欢迎。
面对污水处理和水质管理则明显落后，大量直接排出的未经处理污水已造成水体环境严重污染，同时湖泊水体的富营养化问题也越来越严重，人工湿地的生态系统在对农业面源污染、城镇生活污水的处理中取得了十分满意的社会环境效益。
在人工湿地技术的应用中，湿地植物的筛选和合理配置是关系到这一技术能否正常发挥污染治理效能的关键。城镇生活污水具有特定的污染物特征和地域特点，有针对性地构建人工湿地植物系统，进行合理的养护管理，有效地发挥人工湿地的处理效能。
1 人工湿地污水处理技术原理
人工湿地的工艺原理是利用自然生态系统中物理、化学和生物的三重共同作用来实现对污水的净化。当污水通过湿地系统时， 其中的污染物质通过沉积、过滤、吸附和分解等作用得到净化。同时，人工湿地中的植物除了增加湿地基质的透水性，还能与周围环境的原生动物、微生物等形成各种小环境，通过氧的传递，形成特殊的根际微生态环境，这一微生态环境具有很强的净化废水的能力。研究表明，植物系统的人工湿地总氮(TN)的去除率明显高于无植物系统。植物的种类对系统的除氮效率有不同的影响。挺水植物通过吸收后收割去除氮的能力是200-2500kg/(hm·年)，高产的水葫芦有较高的除氮能力，大约为2000kg/(hm·年)，沉水植物的除氮能力较差，通常小于700kg/(hm年);城市污水在3-5h内流过200hm2 以上的沼泽湿地后，硝酸盐即可减少63%，磷减少57%。人工湿地对磷的去除是通过植物的吸收、微生物的积累和填料床的物理化学等几方面的共同协调作用完成的。
2 人工湿地植物系统的组成
2.1 人工湿地植物种类
植物是人工湿地的重要组成部分，按生态类型可分为湿生植物、挺水植物、漂浮植物和沉水植物。已经发现有很多种类对有机污染和重金属污染具有很强的净化能力。人工湿地中多采用挺水植物。国际上公认的湿地淡水水生植物优势品种有宽叶香蒲、芦苇、苦草、茭白、灯芯草等。
2.2 人工湿地植物系统的构建方式
根据植物栽植种类，人工湿地植物系统的构建方式主要有：(1) 单一植物栽植构建的人工湿地植物系统，如芦苇人工湿地。(2) 两种植物混植：将两种湿地植物混合栽植建立人工湿地植物系统。芦苇具有较强的输氧能力，而茭白对氮、磷的吸收能力强，芦苇和茭白混种是一种较好的栽种方式;也有芦苇和菖蒲混植的方式。(3)多种植物组团混植。如千屈菜、再力花、睡莲组团栽植;水葱、千屈菜、美人蕉组团等。混植构建的人工湿地系统除具有污水净化功能外，还呈现良好的景观效果。
3 人工湿地植物的选择与配置原则
3.1 功能性原则
为了充分发挥人工湿地的污水处理效果，应选取和配置抗污染能力强，净化效果好的植物。应根据不同的人工湿地类型和工艺单元选择适宜的植物。对于表面流人工湿地可配置沉水植物、漂浮植物以及挺水植物，对潜流和垂直流人工湿地可配置湿生植物和挺水植物。
3.2 地域性和环境适应性原则
植物生长具有明显的地域性，人工湿地植物选择应以本地植物为主，选用当地或本地区天然湿地中尚存的且对水体污染物有较强净化能力的植物。
选用生长良好的本地土著植物构建人工湿地系统将提高对污水的净化能力。考虑具体的人工湿地环境因子的影响，选用有较强适应能力的植物，具有较强的抗冻、抗热、抗病虫害等能力的植物。人工湿地基质的种类较多，理化性质差异比较大，对植物生长和根际微生物活性有一定影响，要根据基质的pH值配置相应的植物;对于含盐量比较高的人工湿地基质，应选择耐盐性植物。
3.3 景观美化原则
在人工湿地的设计和建造中应同时考虑景观的观赏价值和效果， 营造景色优美、兼顾人们休闲和游憩需求的人工湿地景观。植物选择上应注意兼顾净化功能和观赏价值。发达国家的人工湿地污水处理系统在治污的同时引入园林设计的理念，将治污与营造生态公园融为一体。
3.4 经济性原则
建造人工湿地时应考虑一定的经济价值，引入实现生态和经济的可持续发展的生态工程管理模式。将收割后的植物残体用于堆肥以生产生物肥，回收的植物可以用作造纸原料、编织材料、牲畜的饲料或燃料等。农村污水治理中，应考虑当地的农村经济水平和农民增收要求，选择污水治理效果好、经济价值高的湿地植物，实现人工湿地系统的多用途目标。
3.5 生态安全性原则
人工湿地植物群落构建中应根据湿地的不同区域配置多种植物，多物种的生态系统比单一物种的系统要稳定，植物多样性越高，资源利用越充分，根区对氮、磷的利用程度越高。考虑不同种类的植物相互之问的作用，一是对光、水和营养等资源的竞争;二是植物通过释放化感物质，影响周围植物的生长。
4 工程实例——佛山市某人工湿地处理技术
4.1 工程地概况
南海区位于佛山市。属南亚热带季风海洋性气候，冬短夏长，冬暖夏凉，雨量充沛，年平均气温23℃，年平均降雨量2300毫米。
4.2 技术方案设计思路
(1)以生态工程为手段，利用河滩荒地，建设以人工湿地为主，前处理为辅的处理工艺系统，以削减该城镇污水的污染负荷。
(2)通过运用生态系统工程中限制因子、生态系统的结构、生态适宜性和生态位及生态群落演替等，综合设计自净人工湿地生态系统，既充分体现生物多样性，又强化净化功能，并兼具景观功能。
4.3 设计规模
日处理规模为3000吨/日，总投资为700 万。
4.4 工艺流程
污水→集水池→沉砂池→接触氧化池→稳定塘→表面流湿地→潜流湿地→生态塘→达标排放
4.5 进水水质
采用五个生活污水点水样进行平均测算。得出如下污水水质：
4.6 出水水质
根据佛山环保部门的要求，污水尾水排放标准执行广东省《水污染物排放限值》(DB44/26—2001)城市二级污水处理厂第二时段一级标准。
4.7 总投资及运行费用
各系统投入低、能耗低、运行费用低、效率高，并且操作管理简便。一般基建投资少于常规处理投资20%，运行费用约占常规处理20-30%。一般建设用地：2.5m2/m3 左右，建设投资800-1000 元/m3，运行费0.2 元/m3以下。从已建的示范工程项目测算，约0.16元/吨处理费。
4.8 人工湿地植物系统的构建
结合当地的自然地理条件，遵循适地适种、耐污能力强、净化能力强、根系发达、经济和观赏价值高、重视物种间的合理搭配的原则，采用的湿地植物主要为挺水植物，注意引入部分常绿灌木以增加景观效果，主要品种为宽叶香蒲、水葱、茭草、芦苇、菖蒲等。污水经人工湿地潜流池和表流池处理，通过植物系统作用去除污染物。
针对农村生活污水的污染特征，方案选取了抗污染能力强的多种植物构建复合型的人工湿地系统，选取的植物既具有良好的污水净化功能，也具有较好的观赏特性，如将常绿型的宽叶香蒲、水葱与富有季相变化的芦苇、茭草等配置，形成了良好的景观变化层次。人工湿地中的植物除污水净化、景观美化外，也兼顾了经济效益。
4.9 人工湿地植物系统的养护管理
人工湿地植物系统的养护管理对维持人工湿地污水净化功能的正常运行非常重要。主要从以下几方面采取措施：
(1)促进人工湿地运行初期的植物的正常生长。湿地植物在运行初期的生长状况影响植物的后期生长和污染物的去除效率，除气候、植物的适应性等因素外，水力负荷和人工湿地床体水位是影响运行初期植物成活率及生长的主要因素。
(2)合理的种植密度。种植密度应适中，密度太大，根部生长易对床体造成堵塞，降低水力负荷，缩短湿地使用寿命;太稀则降低水的处理效果，难以抑制杂草生长。
(3)定期收割湿地植物。如果不及时收割，大部分进入植物组织的氮将通过分解作用而又重新释放到水体中，降低植物的除氮效果。植物的及时收割有助于延续利用植被系统的净化能力，延长湿地系统的处理寿命。
(4)加强人工湿地植物杂草和病虫害的防治。病虫害的发生对植物的生长和湿地的运行效果将产生负面影响，杂草不仅没有水处理功能，其碎屑和残体通过微生物的作用进入床体，还会增加污水的有机负荷，降低出水水质。对病虫害和杂草可采用药剂防治的方法，也可采用生物防治方法，保护利用益虫等有益动物以及应用病毒制剂等微生物农药和植物性农药，避免化学药剂的二次污染。
(5)防止人工湿地植物衰退。随着人工湿地运行时间的延长，湿地植物种间竞争在加剧。如果旱生植物在潜流人工湿地出现，表明潜流人工湿地的植物衰退程度较明显。植物在人工湿地污水净化过程中的作用与其生长状况密切相关，湿地植物的衰退是人工湿地利用与管理中的重要问题，养护管理中要做到适合人工湿地的生态环境。
5.结束语
人工湿地技术作为绿色环保的污水处理新技术，它具有投资和运行费用低、抗冲击负荷能力强、处理效果稳定、出水水质好，水生植物有一定经济价值等诸多优点，已成为环境科学研究的重要领域之一。人工湿地不能一建了之，需要有人进行看管和维护。如清理垃圾、杂草、修剪湿地植物管道和湿地植物。维护设备，设置清淤装置，进行人工湿地的监测，以判断处理人工湿地是否达标。随着时间的推移，在广大科研工作者和一切社会力量的共同努力下，这项技术将日趋成熟，造福人类。
参考文献：
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