人工湿地污水处理技术及其在南京浦口区应用的可行性分析 5页

'人工湿地污水处理技术及其在南京浦口区应用的可行性分析122王卫，黄辉，徐炎华（1．南京市浦口区环保局，江苏南京211800；2．南京工业大学城市建设与安全环境学院，江苏南京210009）摘要：人工湿地是模拟自然湿地人为设计建造的，利用基质、植物和微生物这一复合生态系统的物理、化学及生物的三重协调作用，通过过滤、吸附、共沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对废水的高效净化。论文从南京市浦口区的地理及气候条件、水污染现状及发展趋势、污水处理现状及需求等方面分析并论证了人工湿地污水处理技术在该区应用的技术、经济可行性，最后对此项技术在该地的应用提出了一些实施建议。关键词：人工湿地；污水处理；南京浦口区；可行性中图分类号：X703ReviewonwastewatertreatmentwithconstructedwetlandandthefeasibilityofitsapplicationinPukoudistrictofNanjingcity122Wangwei，Huanghui，Xuyanhua(1.EnvironmentalProtectionAgencyofPukoudistrictofNanjingcity,Nanjing211800,China;2.CollegeofUrbanConstructionandSafety&EnvironmentalEngineering,NanjingUniversityoftechnology,Nanjing210009,China)(2.Abstract：Constructedwetlandisasimulatedwetlandwhichcontainssubstrates,plants,andmicroorganismsinitssystem.Thepurifyingofwastewaterdependsonacomprehensiveresultofphysical,chemicalandbiologicalprocessesinconstructedwetland,suchasfiltration,adsorption,sedimentation,ion-exchange,plantassimilationandmicroorganismdecomposition.ThefeasibilityofitsapplicationinPukoudistrictofNanjingcitywasanalyzedandtestifiedbasedontheintroductionsofgeographyandclimateconditions,wastewaterpollutionandtreatmentatpresentandtheirdevelopmentinthedistrict.Finally,somesuggestionswerepresentedfortheapplicationofconstructedwetlandtechnologyinthedistrict.Keywords：Constructedwetland,wastewatertreatment,PukoudistrictofNanjingcity,feasibility人工湿地(Constructedwetland)是为处理污水而人为设计建造的湿地，于本世纪70年代[1]提出，美国著名的湿地研究专家Hammer博士等将人工湿地定义为“为了人类利用和利益模拟自然湿地人为设计与建造的由饱和基质、挺水与沉水植被、动物和水体组成的复合体系”。它具有建造及运行费用低(仅为传统二级污水处理厂的1/10～1/2)、氮磷处理能力较强、[2~4]维护简单、适用面广、对负荷变化的适应能力强等诸多优点，近年来在国内得到了广泛研究和应用。本文综述了人工湿地去除污染物的机理，在此基础上，从南京市浦口区的地理及气候条件、水污染现状及发展趋势、污水处理现状及需求等方面分析并论证了人工湿地污水处理技术在该区的应用具有较好的技术、经济可行性，并指出此项技术可作为经济尚欠发达、地理条件相对宽裕的广大中小城镇的主要水污染防治技术，具有广阔的应用前景。1 1人工湿地对各种污染物的去除机理[5]人工湿地对污水的净化是物理、化学及生物共同作用的结果。基质、植物、微生物是人工湿地发挥净化作用的三个主要因素。人工湿地利用基质、植物和微生物这个复合生态系统的物理、化学和生物的三重协调作用，通过过滤、吸附、共沉淀、离子交换、植物吸收和[2,4,5]微生物分解来实现对废水的高效净化。1.1有机物的去除[6]人工湿地的显著特点之一是对有机污染物具有较强的去除能力。湿地对有机物的去除主要是靠微生物的作用。不溶性有机物通过湿地土壤的沉淀、过滤作用，可以很快地被截留而被土壤颗粒表面的微生物利用，可溶性有机物则通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程而被分解去除。植物向土壤中传输氧气，使得人工湿地中的溶解氧呈区域性变化，连续呈现好氧、缺氧及厌氧区域，因而土壤中存活着好氧菌、厌氧菌和兼性菌。好氧菌通过代谢将有机物分解为二氧化碳和水；厌氧菌发酵将有机物分解为二氧化碳和甲烷。污水中的大部分有机物最终被异养微生物转化为微生物体、二氧化碳、甲烷和水、无机氮、无机[4,7]磷。随着处理过程的不断进行，人工湿地中的微生物相应地繁殖生长，通过对填料床的定期更换及对湿地植物的收割而将新的有机体从人工湿地中去除。1.2氮的去除人工湿地对氮的去除主要依靠微生物的氨化、硝化和反硝化作用。氮在污水中主要以有机氮和氨氮的形态存在，氨氮的去除主要取决于植物的供氧能力，植物输送氧至根区，在根--茎部产生好氧环境消耗污染物，在这种环境下，氨氮被氧化NO2和NO3，其机理是通过硝化反应先将氨氮氧化成硝酸盐，再通过反硝化反应将硝酸盐还原成气态氮而从水中逸出。硝化反应在好氧环境下由自养型好氧微生物完成，它包括两个步骤：第一步由亚硝酸菌将氨氮--转化为亚硝酸盐(NO2)；第二步则有硝酸菌将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐(NO3)。亚硝酸、+-菌硝酸菌通称为硝化菌，它们利用无机碳化物作Ｃ源，从NH3、NH4或NO2的氧化反应中[8]获取能量。目前主要采用间歇布水的方式使系统处于淹水/落干交替状态或给人工湿地增设输气管，以保证微生物获得充足的氧气，提高系统的硝化反应能力及去除氨氮的能力。1.3磷的去除人工湿地去除废水中磷的唯一途径即为系统内部磷的累积，而这包含物理、化学和生物[9,10]的过程，主要为植物和微生物的吸收及湿地土壤的物理化学作用。污水中溶解性的磷可被植物直接吸收，通过植物的收割从湿地系统中去除，但植物的吸收作用只占很少的一部分[11]。微生物对磷的去除主要包括正常同化吸收及聚磷菌的过量摄磷作用。湿地土壤的物理化学作用主要为湿地表层土壤对不溶性含磷颗粒的过滤拦截及对可溶性磷酸盐的吸附沉淀[9,12]作用。湿地土壤的吸附沉淀作用被认为是最主要的除磷方式。人工湿地除磷中许多过程是可逆的，可能会导致特定操作条件下磷的释放，从而使得湿[13]地对磷的去除显现不稳定性，这就要求在设计时必须充分考虑湿地除磷的复杂机理。1.4重金属的去除湿地中重金属的去除途径主要有湿地土壤对重金属的吸附（离子交换吸附和专性吸附）、[7]微生物的生物转化及植物吸收作用等。土壤中的有机质可与污水中的重金属离子络合，使其对土壤的亲和性增强，从而被吸附去除。土壤中微生物通过胞外络合作用、胞外沉淀作用固定重金属，还可把重金属转化为低毒状态，也有的转化为毒性更强的物质。溶解性的重金属可被植物吸收，并在植物体内积累，茎以上部分可随植物的收割最终从湿地中去除，不溶性的重金属可被基质的过滤作用截留。2 2人工湿地污水处理技术在南京浦口区应用的可行性分析2.1浦口区地理及气候条件南京市浦口区区域面积902平方公里，下辖四个街道和七个镇。该区北枕滁河、南临长江，区域内沟、河、天然湿地分布较多，可利用现有地理条件因地制宜地建设人工湿地，以克服其占地面积较大的不利因素。该区地处北亚热带湿润性季风气候区，年平均气温15.3℃，气候湿润温和，日照充足，四季分明，除冬季寒冷季节外湿地植物均能较好地生长，在此建设人工湿地具有较好的气候适宜性。2.2浦口区水污染现状及发展趋势“十五”期间全区水环境质量总体稳定，与“九五”相比有所好转，但局部污染仍然存在。2005年全区排放生活污水量2200万吨左右，占污水排放总量的80%以上，表现为生活型污染。从实际监测结果看，全区各镇污水水质相差不大，而且没有特别的有毒有害物质排放，一般生化需氧量（BOD5）为100－150mg/L，化学需氧量（COD）为250－300mg/L，悬浮物（SS）为200mg/L左右，适宜采用湿地法处理。目前全区城市化进程加快，2005年全区城镇人口已达34.5万人，占总人口的69.6%。同时，全区各镇的小城镇建设快速发展，集镇人口逐步增加，生活污水的排放总量仍在不断上升。根据分析预测，到2010年，城镇生活污水产生量将达到3500万吨，给全区污水处理带来了严峻挑战。2.3浦口区污水处理现状及需求尽管全区城市化进程发展迅速，但城市环境基础设施建设相对滞后，截止到2005年底，全区下属街道仅江浦街道污水管网配套率达80%。而且由于资金不足等原因，全区污水处理厂建设进展缓慢，江浦污水处理厂总设计能力35万吨/日，其中一期4万吨/日，于2005年12月底开工建设，预计2007年完成并投入使用，目前连接污水处理厂的主污水管尚未开工建设。桥北片区污水处理厂总设计能力35万吨/日，其中一期5万吨/日，目前已完成规划选址，但尚未开工建设。目前全区仅建成一个镇级污水处理厂，日处理能力为3000吨，其余六镇污水集中处理设施已完成规划，均未开工建设。随着全区小城镇建设的迅速发展，现有污水处理设施将远远不能满足污水处理要求，集中式污水处理厂的建设已成当务之急。2.4浦口区湿地污水处理厂介绍2003年，浦口区汤泉镇结合创建省级环境优美乡镇，建成了南京市第一个以湿地技术为处理工艺的污水处理厂，主要处理镇上近二万人的生活污水以及部分企业排放的工业废水、垃圾填埋场产生的垃圾渗滤液，日处理能力为3000吨。该湿地污水处理厂利用原有鱼塘的自然分布状况，在不影响原有河道排洪功能的前提下，采用生物接触氧化加湿地技术处理污水。污水处理厂占地面积约1万平方米，总投资约300万元，从监测结果来看，处理出水基本能够达到污水排放标准，运行费用仅为0.2元/吨污水，表现出较好的环境效益和经济效益。2.5人工湿地污水处理技术在南京浦口区应用的可行性浦口区是南京江北新市区，区域内自然地理及气候条件适宜建造人工湿地；区内水污染现状表现为生活型污染，污水水质适宜用湿地法处理；区内现有污水处理设施远远不能满足未来污水处理要求，且由于受到资金等的限制，集中式污水处理厂的建设进展缓慢，经济、有效的污水处理设施的建设显得迫在眉睫，而人工湿地即属于此类设施；区内现有以湿地技术为处理工艺的污水处理厂的成功先例。由此可看出，人工湿地污水处理技术在南京浦口区的应用具有较好的技术、经济可行性。此项技术可作为经济尚欠发达、地理条件相对宽裕的广大中小城镇的主要水污染防治技术，具有广阔的应用前景。3 3人工湿地污水处理技术应用于南京浦口区的实施建议（1）加强领导协调。成立由区政府领导任组长，区相关部门、镇参加的工作领导小组，统一领导、协调、指导各镇污水处理厂建设工作。同时成立由主管部门牵头，各相关部门、镇分管领导、专家、技术人员参加的工作班子，具体负责指导各镇湿地污水厂规划、选址、建设推进工作。（2）完善融资体制。针对资金缺乏的现状，以各镇自主投资建设为主，区财政采取补贴方式加大对各镇污水处理厂的资金支持；采取BOT等方式吸引民营资本、国外资本投入；同时积极争取省、市资金的支持，并逐步在自来水费中增加污水处理费。（3）结合各镇现状，选用科学、合理的处理工艺。汤泉镇湿地污水处理厂占地面积较大，但处理工艺较为简单，投资较小，而深圳市宝安区石岩河湿地污水处理厂占地面积相对较小，但处理工艺较复杂，投资也相对较大。因此，要结合各镇实际特点进行科学的规划建设。参考文献[1]H.J.Bavor,D.J.Roser.ChallengesForTheDevelopmentofAdvancedConstructedWetlandsTechnology[J].Wat.Sci.Tech.,1995,32:13-20.[2]BrixH.Useofconstructedwetlandinwaterpollutioncontrol:Historicaldevelopment,presentstatus,andfutureperspectives[J].WaterScienceandTechnology,1994,30(8):209-223.[3]HouseCH.CombiningconstructedWetlandsandaquaticandsoilfilterforreclamationandreuseofwater[J].EcolEng,1999,12:27-38.[4]吴晓磊.人工湿地废水处理机理[J].环境科学,1995,16(3):83-86.[5]刘超翔,胡洪营,张健,等.人工复合生态床处理低浓度农村污水[J].中国给水排水,2002,18(7):1-4.[6]籍国东,孙铁珩,常士俊.自由表面流人工湿地处理超稠油废水[J].环境科学,2001,22(4):95-99.[7]于荣丽,李亚峰,孙铁珩.人工湿地污水处理技术及其发展现状[J].工业安全与环保,2006,32(9):29-31.[8]沈耀良,王宝贞.生物废水处理新技术-理论与应用[M].北京:中国环境科学出版社,1999.[9]Wood,A.ConstructedWetlandsinWaterPollutionControl:FundamentalstotheirUnderstanding[J].WaterScienceandTechnology,1995,32(3):21-29.[10]GachterR,MeyerJS.Theroleofmicroorganismsinmobilizationandfixationofphosphorusinsediments[J].Hydrobiologia,1993,253:103-121.[11]Chi-YuanLee,Chun-ChihLee,Fang-YinLee,etal.Performanceofsubsurfaceflowconstructedwetlandtakingpretreatedswineeffluentunderheavyloads[J].BioresourceTechnology,2004,92:173-179.[12]Drizo,A.,Frost,C.A.,Smith,K.A.,etal.PhosphateandAmmoniumRemovalbyConstructedWetlandswithHorizontalSubsurfaceFlow,UsingShaleasaSubstrate[J].WaterScienceandTechnology,1997,35(5):95-102.[13]Reed,S.C.,Brown,D.SubsurfaceFlowWetlands-APerformanceEvaluation[J].WaterEnvironmentResearch,1995,67(2):244-248.我是《人工湿地污水处理技术及其在南京浦口区应用的可行性分析》一文作者，已同意此文在贵刊录用，现提出两点意见：1）贵刊录用通知中提到“多于500元的部份作稿酬返还”，想请问如何操作？如果付费超过500元，多余部分费用是否会提供贵方正式发票？2）可否提供论文录用通知的纸质版原件（加盖编辑部公章），并与版面费发票一起寄过来？地址为：南京市中山北路200号南京工业大学虹桥校区60号信箱黄辉收，邮编：210009另外，修改稿电子版已附上，请查收。4 敬请收到邮件后回复或致电13913873109黄辉第一作者简介：王卫（1970-），男，江苏南京人，学士，工程师，E-mail:sunrise_21cty@163.com联系人：徐炎华（1963-），男，教授，院长，博士生导师，E-mail:xuyh@njut.edu.cn通讯地址：南京市中山北路200号南京工业大学虹桥校区60号信箱黄辉收，邮编：210009，电话：139138731095'