摘要：基于浙江省污水處理廠主要工藝現(xiàn)狀及常用提標(biāo)技術(shù)，調(diào)研了幾個主要污水處理廠尾水人工濕地技術(shù)深度處理運行效果及投資情況，分析了人工濕地的影響因素，并從技術(shù)規(guī)范等角度探討了人工濕地深度提標(biāo)的可行性。結(jié)果表明，人工濕地深度處理尾水后的出水水質(zhì)基本可以滿足地表水Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，但人工濕地占地面積大、投資大，應(yīng)用時需根據(jù)提標(biāo)要求進(jìn)行深入論證，綜合考慮尾水水質(zhì)、占地面積及場地、投資及運行管理成本、季節(jié)等影響因素，同時結(jié)合當(dāng)?shù)丶夹g(shù)、經(jīng)濟(jì)、水環(huán)境等情況。

作者簡介：孔令為（1984- ），浙江省環(huán)境保護(hù)科學(xué)設(shè)計研究院高級工程師，河南商丘人，博士/博士后，主要研究方向為水處理技術(shù)、生態(tài)修復(fù)和環(huán)保新材料研發(fā)等。

2015年4月，國務(wù)院正式發(fā)布的《水污染防治行動計劃》即“水十條”中明確提出了治理目標(biāo)，截至2017年前消滅劣Ⅴ類水體。“水十條”的重要目標(biāo)就是治理劣Ⅴ類水，通過提高污水處理廠的排放標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到治理目的。國家環(huán)保部2015年發(fā)布的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（征求意見稿）中新標(biāo)準(zhǔn)排放限值總體與《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—2002）Ⅳ類水質(zhì)要求相當(dāng)（TN除外），可以滿足生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)對城鎮(zhèn)污水處理廠排放控制的需求（NH3-N、TN、糞大腸菌群數(shù)除外）。

浙江省于2013 年提出“五水共治” “治污先行”等重要決策，并取得了明顯的成效，2016年全省221個地表水省控監(jiān)測斷面中，劣Ⅴ類水質(zhì)斷面占比由2013年的12.20%降至2.70%，并提出于2017年底全省徹底消滅劣Ⅴ類水?dāng)嗝妗Ｈ欢鴱木唧w技術(shù)指標(biāo)看，即使城鎮(zhèn)污水處理廠全部執(zhí)行一級A排放標(biāo)準(zhǔn)，排出的水質(zhì)依然為劣Ⅴ類，如果沒有更高的污水排放標(biāo)準(zhǔn)，則難以實現(xiàn)消滅劣Ⅴ類水體的目標(biāo)。同時污水廠一級A出水標(biāo)準(zhǔn)中氮、磷含量依然偏高，如果直接補充河道、湖泊、城市景觀用水時，會產(chǎn)生水體富營養(yǎng)化的風(fēng)險。因此，后續(xù)在達(dá)到一級 A標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，城鎮(zhèn)污水處理廠需要進(jìn)行提標(biāo)處理。

NO.1

浙江省城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)現(xiàn)狀研究

目前，浙江省已建成各類規(guī)模城鎮(zhèn)污水處理廠296座，污水處理能力達(dá)到1 224.55×104m3/d。浙江省城鎮(zhèn)污水處理廠排放的污水量約占全省總污水量的60%，是浙江省水體污染物減排與水環(huán)境質(zhì)量改善的重點。根據(jù)《浙江省水污染防治行動計劃》的目標(biāo)要求在2017年底前，所有城鎮(zhèn)污水處理廠出水水質(zhì)執(zhí)行一級A標(biāo)準(zhǔn)，而截至2016年底數(shù)據(jù)顯示，在已建成的城鎮(zhèn)污水處理廠中，出水執(zhí)行一級A標(biāo)準(zhǔn)的有243座，占總數(shù)的82%。浙江省城鎮(zhèn)污水處理廠的主要處理工藝為“厭氧-缺氧-好氧”的污水處理工藝（A2/O）、序批式活性污泥法（SBR）、循環(huán)式活性污泥法（CAST）、氧化溝等（見圖1）。

圖1 2016年浙江省城鎮(zhèn)污水處理廠處理工藝選擇情況

而現(xiàn)階段針對不同工藝和運行狀況的城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)的主要技術(shù)有Fenton催化氧化、碳源投加、短程硝化反硝化、厭氧氨氧化、同步硝化反硝化技術(shù)、反硝化除磷技術(shù)、好氧顆粒污泥、膜生物反應(yīng)器、反硝化濾池、人工濕地等。

由于浙江省內(nèi)水環(huán)境質(zhì)量要求日趨嚴(yán)格，各地基于自身現(xiàn)狀條件對污水處理廠排放限值提出了更高的要求，目前已制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的包含金華、臺州、衢州等地。為提高治污績效，金華市在市區(qū)污水處理廠實行嚴(yán)于國家標(biāo)準(zhǔn)、低于地表水Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠排放“金華標(biāo)準(zhǔn)”，要求氨氮排放濃度≤1mg/L、總磷≤0.35mg/L；“衢州標(biāo)準(zhǔn)”與“淳安標(biāo)準(zhǔn)”明確了出水水質(zhì)除總氮外，其他污水排放指標(biāo)基本達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—2002）Ⅳ類水質(zhì)；而臺州市路橋污水處理廠“準(zhǔn)Ⅳ類”提標(biāo)工程是基于一級A提標(biāo)的基礎(chǔ)上的再次提標(biāo)，率先在全省實現(xiàn)出水達(dá)到“準(zhǔn)Ⅳ類”標(biāo)準(zhǔn)。

NO.2

污水處理廠尾水人工濕地技術(shù)提標(biāo)研究

與常規(guī)尾水提標(biāo)工藝相比，人工濕地由于具有污水凈化和景觀營造的雙重作用，且建造運行成本較低、維護(hù)管理相對簡便，在城鎮(zhèn)污水處理廠尾水深度處理中受到了較為廣泛的關(guān)注，比較適宜作為城鎮(zhèn)污水處理廠尾水深度處理的技術(shù)，將出水標(biāo)準(zhǔn)由《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)的一級B或一級A標(biāo)準(zhǔn)提升至《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—2002）的Ⅴ類及以上標(biāo)準(zhǔn)，消滅劣Ⅴ類水體。

2.1 浙江省應(yīng)用案例調(diào)研

2010年關(guān)于我國人工濕地工程情況的系統(tǒng)性研究結(jié)果顯示：人工濕地工程已在我國30%以上的地區(qū)得到應(yīng)用，建設(shè)區(qū)域較廣泛，其處理規(guī)模多為1000~20000m3/d，其中處理規(guī)模小于5000m3/d的工程數(shù)量占調(diào)查總數(shù)的62.50%，處理規(guī)模為10000~1000000m3/d的工程總量所占比例為28.70%。

目前，城鎮(zhèn)污水處理廠尾水人工濕地提標(biāo)處理在浙江省已經(jīng)有了應(yīng)用，主要集中在金華、杭州、嘉興等地區(qū)。比較典型的有浦江第一、第二和第四污水處理廠，義烏、東陽、臨安城市污水處理廠以及海寧尖山污水處理廠。

所調(diào)研縣（市）城鎮(zhèn)污水處理廠尾水深度處理人工濕地工程的綜合分析見表1。從表1可知，采用人工濕地技術(shù)對城鎮(zhèn)污水處理廠尾水進(jìn)行深度處理的項目中，臨安城鎮(zhèn)污水處理廠出水標(biāo)準(zhǔn)由《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級B提升至一級A，其他均為從《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）一級A至地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅴ類。

表1 所調(diào)研縣（市）污水處理廠深度處理綜合情況

所調(diào)研案例中，僅有臨安污水處理廠的人工濕地處理系統(tǒng)已經(jīng)長時間運行，其他縣市均處于調(diào)試及試運行階段。根據(jù)各地市測試數(shù)據(jù)（部分污水廠沒有測TN指標(biāo)），所調(diào)研城鎮(zhèn)污水處理廠尾水人工濕地深度處理效果良好（見表2）。

表2 所調(diào)研縣市水質(zhì)數(shù)據(jù)自行檢測結(jié)果匯總 mg·L-1

2.2應(yīng)用制約因素研究

2.2.1溫度的影響

一般來說，人工濕地對COD有較高的去除率，大多數(shù)濕地系統(tǒng)的去除率為80%~90%，COD的去除率與各種微生物數(shù)量有明顯的相關(guān)性；人工濕地的脫氮主要靠微生物的硝化、反硝化作用來實現(xiàn)；人工濕地系統(tǒng)對磷的去除途徑最主要是基質(zhì)對磷的吸附沉淀作用，植物吸收對有機(jī)磷的去除效率影響不大。

但值得注意的是，溫度對人工濕地處理效率的影響比較顯著。大量的研究結(jié)果表明，硝化反應(yīng)的最適溫度為25~30℃，當(dāng)溫度＜15℃時，硝化細(xì)菌的硝化速率明顯下降，活性也大幅度下降；Crites等研究發(fā)現(xiàn)，在10℃時硝化速率比較穩(wěn)定，低于此溫度，濕地處理效率明顯下降；在溫度＜5℃時硝化細(xì)菌的生長幾乎停止，低溫會抑制硝化細(xì)菌的最大比生長速率。反硝化反應(yīng)的最適溫度為20~40℃，當(dāng)溫度＜15℃時，反硝化細(xì)菌的生長繁殖和代謝速率都明顯下降，溫度為8℃時的反硝化速率還不到溫度為30℃時的1/7，低溫會影響反硝化菌活性，進(jìn)而影響反硝化菌的脫氮效果。Brodrick等研究發(fā)現(xiàn)反硝化速率在5℃左右時非常低，很大程度上限制了濕地脫氮作用的發(fā)揮。低溫還會影響微生物的生理特性，主要是對微生物的細(xì)胞膜及其攝取養(yǎng)分、代謝、蛋白質(zhì)的合成、細(xì)胞分裂和RNA合成造成影響。針對此問題，國內(nèi)外學(xué)者做了一系列研究。Wallace等提出在亞寒帶地區(qū)冬季，進(jìn)行適當(dāng)?shù)母綦x設(shè)計，研究表明不同覆蓋物對系統(tǒng)處理性能有很大影響。周鍵等研究了序批式人工濕地低溫脫氮效能的試驗表明，在冬季低溫下序批式濕地運行工況良好，出水水質(zhì)達(dá)到一級標(biāo)準(zhǔn)；劉學(xué)燕等將人工濕地進(jìn)行改造，使其具有防凍，高氧傳送功能，此系統(tǒng)在溫度＜4℃時硝化反應(yīng)也能進(jìn)行。但以上研究均為實驗室短期試驗，并不能保證整個冬季的長期運行。因此，采用人工濕地技術(shù)，需要考慮季相變非植物生長季節(jié)系統(tǒng)處理效率降低的問題。

2.2.2 基質(zhì)堵塞的影響

長期運行的人工濕地會受到有機(jī)物積累、懸浮顆粒物沉積、淤堵層在水流作用下的機(jī)械壓縮以及細(xì)小顆粒物隨水遷移等作用導(dǎo)致基質(zhì)的堵塞，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。堵塞物質(zhì)在濕地表層和上層大量累積，不僅對濕地水力停留時間有極大的影響，還會導(dǎo)致濕地出現(xiàn)表面流、短流等問題，從而影響濕地對于污水的處理效果，導(dǎo)致出水水質(zhì)惡化。Knowles等研究了25個水平潛流人工濕地，這些濕地內(nèi)的基質(zhì)直徑在6~11mm之間，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大粒徑的基質(zhì)并沒有影響濕地的處理效果。通過增加填料的粒徑，可逐漸提高濕地的壽命。除了粒徑的大小之外，基質(zhì)的粒度和形狀同樣會影響濕地的滲透系數(shù)。填料棱角的存在會增加生物膜的附著面，減小濕地的孔隙率，加劇濕地的堵塞。Morales等研究了填料不同的排列方式對濕地堵塞的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過合理的排列，可以增加濕地的自然曝氣，從而延緩濕地的堵塞。人工濕地的堵塞是一個復(fù)雜的過程，為了深入探討堵塞的機(jī)理，有必要對其進(jìn)行分類研究。前人考慮了生物膜堵塞和有機(jī)顆粒堵塞，并將其分開進(jìn)行了對比研究，但實際情況要更加復(fù)雜，除這些之外，還存在無機(jī)顆粒的堵塞，以及這些堵塞相互作用的情況存在，目前還缺乏對這些問題的詳細(xì)研究。

2.2.3 運行維護(hù)管理的影響

雖然與傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)和工藝相比，人工濕地的運行管理更簡單，但不能因此忽視運行管理的重要性。人工濕地存在堵塞、基質(zhì)表面板結(jié)、低溫運行效率低、布水不均勻、植物病蟲害以及植物需定期收割等問題，如果不進(jìn)行科學(xué)的運行管理，會使人工濕地系統(tǒng)功能得不到發(fā)揮，容易造成污染物去除效率降低、使用壽命減少等問題，使得建成的人工濕地最終荒廢，大大縮短工程使用年限。

NO.3

污水處理廠尾水深度提標(biāo)可行性研究

3.1 污水處理廠尾水人工濕地處理提標(biāo)效果

對于人工濕地技術(shù)的去除率沒有準(zhǔn)確定論，這與人工濕地類型、結(jié)構(gòu)及尺寸設(shè)計、植物選取、處理的水質(zhì)和水量等多種因素有關(guān)。因此，對于城鎮(zhèn)污水處理廠尾水人工濕地技術(shù)的去除率，并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，只能通過研究人員的經(jīng)驗數(shù)據(jù)以及相似工程案例類比分析。

《人工濕地污水處理工程技術(shù)規(guī)范》（HJ2005—2010）中對人工濕地技術(shù)污染物去除率從綜合的角度進(jìn)行了寬泛的界定（具體數(shù)值詳見表3），其中潛流式人工濕地，尤其是垂直流人工濕地具有更好的水質(zhì)凈化效果。

表3 人工濕地污染物去除效率 %

不同類型人工濕地將城鎮(zhèn)污水處理廠尾水從一級A提升至地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的情況（采用表流式+潛流式組合方式，取下限值）如表4所示。通過對比可知，城鎮(zhèn)污水處理廠尾水采用人工濕地處理技術(shù)提標(biāo)，如果濕地類型或不同類型的組合選擇適當(dāng)，且面積設(shè)置合理，深度處理后的出水理論上基本可以滿足“準(zhǔn)Ⅳ類”標(biāo)準(zhǔn)（不考慮總氮指標(biāo)）。

表4城鎮(zhèn)污水處理廠尾水人工濕地深度處理提標(biāo)預(yù)期效果 mg·L-1

3.2 人工濕地處理水量與人工濕地面積關(guān)系

圖2是人工濕地處理水量與濕地面積經(jīng)單因素方差分析后的相關(guān)性擬合圖。由圖2中擬合曲線可知，隨著濕地處理水量的增加，濕地面積也基本成曲線增長（R2=0.5527）。不過線性擬合數(shù)據(jù)由于樣本量過少，不具有代表性，僅能解釋目前樣本容量下兩者間的大概關(guān)系與相關(guān)趨勢。污水深度處理提標(biāo)若采用人工濕地工藝，按純生活污水處理廠及工業(yè)廢水占比0~50%的污水處理廠提標(biāo)需求計計，需新增的土地約為40畝/104m3水，而目前浙江省的大部分城鎮(zhèn)污水處理廠在建設(shè)時未考慮深度提標(biāo)的土地預(yù)留，深度處理水質(zhì)提標(biāo)如采用人工濕地技術(shù)，土地局限性明顯，不利于提標(biāo)。

圖2 受調(diào)研人工濕地處理水量與濕地面積相關(guān)性擬合圖

3.3 人工濕地處理水量與人工濕地投資關(guān)系

我國已建成的部分人工濕地工程（處理各種廢水）占地指標(biāo)區(qū)間在0.003~0.045畝/（m3·d-1）之間，而調(diào)研中浙江省的人工濕地占地指標(biāo)區(qū)間偏小，為0.002~0.006畝/（m3·d-1）。有資料顯示，采用人工濕地技術(shù)（以潛流式人工濕地為例）將城鎮(zhèn)污水處理廠尾水水質(zhì)從《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)提升到地表水Ⅴ類~Ⅲ類，所需要的占地面積為0.0015~0.007 5畝/（m3·d-1），如城鎮(zhèn)污水處理廠尾水要達(dá)到或接近地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的Ⅳ類水質(zhì)，所需占地指標(biāo)估算為0.0045畝/（m3·d-1）。一般來說，同種工藝參數(shù)前提下（如水力負(fù)荷），處理水量的增加會導(dǎo)致占地面積的增大，面積的增大又會造成投資的增加。人工濕地處理水量與投資的關(guān)系見圖3。根據(jù)所調(diào)研的案例數(shù)據(jù)分析可知，隨著人工濕地處理水量的增加，人工濕地的投資呈曲線增長，即人工濕地投資與進(jìn)水量的變化成正相關(guān)（R2=0.9927）。理論上采用人工濕地技術(shù)可以達(dá)到“準(zhǔn)Ⅳ類”標(biāo)準(zhǔn)（TN除外），但投資巨大，應(yīng)根據(jù)提標(biāo)需求進(jìn)行深入論證。

圖3 受調(diào)研人工濕地處理水量與人工濕地投資的關(guān)系

NO.4

結(jié)語

①采用人工濕地處理達(dá)到一級A出水標(biāo)準(zhǔn)的城鎮(zhèn)污水處理廠尾水，如果濕地類型或不同種類的濕地組合選擇適當(dāng)，同時面積設(shè)置合理，深度處理后的出水水質(zhì)基本可以滿足地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅳ類水。

②隨著人工濕地處理水量的增加，所需濕地面積呈曲線增長，人工濕地面積與進(jìn)水量的變化成正比；隨著人工濕地處理水量的增加，人工濕地的投資呈曲線增長，即人工濕地投資與進(jìn)水量的變化成正相關(guān)（R2=0.9927）。

③城鎮(zhèn)污水處理廠尾水人工濕地深度處理提標(biāo)工程應(yīng)該綜合考慮尾水處理達(dá)標(biāo)與否、占地面積及場地選擇是否合理、投資及運行管理成本、季節(jié)影響等多種因素，應(yīng)因地制宜，針對性地組織專家進(jìn)行可研及后續(xù)設(shè)計論證。

④建議不要盲目跟“高標(biāo)準(zhǔn)”風(fēng)，一定要結(jié)合當(dāng)?shù)丶夹g(shù)、經(jīng)濟(jì)、水環(huán)境等綜合考慮，既要推進(jìn)提標(biāo)改造項目，又要做到錢花到刀刃上；鼓勵一些工業(yè)廢水占比小、處于環(huán)境敏感區(qū)域上游、具備用地條件的城鎮(zhèn)污水處理廠開展尾水人工濕地技術(shù)處理。

本文詳細(xì)內(nèi)容參見2019年1月《中國給水排水》第2期 “浙江省城鎮(zhèn)污水處理廠尾水人工濕地深度提標(biāo)研究”，作者：孔令為1、邵衛(wèi)偉1、梅榮武1、王曉敏1、譚映宇1、蔣濤1、魏俊2、黃冠中1，單位：1.浙江省環(huán)境保護(hù)科學(xué)設(shè)計研究院；2.中國電建集團(tuán)華東勘察設(shè)計研究院有限公司。

該文標(biāo)準(zhǔn)引用格式：

孔令為，邵衛(wèi)偉，梅榮武，等. 浙江省城鎮(zhèn)污水處理廠尾水人工濕地深度提標(biāo)研究[J]. 中國給水排水，2019，35（2）：39-43.

Kong Lingwei，Shao Weiwei，Mei Rongwu，et al. Study on constructed wetland for advanced treatment of terminal effluent of wastewater treatment plant in Zhejiang Province[J]. China Water & Wastewater, 2019，35（2）：39-43(in Chinese).

編輯：任瑩瑩

制作：文凱