高明某生态园生活污水湿地处理设计案例

2.项目背景

2.1区域环境概况

高明区位于广东省中部，高明就是在广佛肇的交汇中心，下辖一街三镇，全区总面积960平方公里，人口约30万。高明区东北隔西江与南海区、三水区相望，南与鹤山市相连，西南与新兴市相连，西北与高要市接壤。高明某生态园，境内自然生态环境优美，四季如春。现已成为佛山、广州、三水、新会等各地旅行社长期组团来旅游的挂销点，成为中小学生集体第二课堂的科学实践基地。旅游资源丰富，到处呈现出青山绿水、鸟语花香，空气新鲜，有天然热水湖，气候条件好，为省级野生动植物自然保护区，有丰富的温泉资源，是旅游、度假、登高、赏雪的好去处。凭借这优美的环境，生动的科普园，科普实践基地，各种游乐设施，赢得了社会各界人士的广泛认可。先后被评为“佛山市高明区科普教育基地”、“佛山市高明区青少年户外活动基地”、“广东省无公害农产品广东省无公害农产品”、“佛山市科普教育基地”、“广东省科普教育基地”。

2.2自然条件

2.2.1地形地貌

高明区域形状狭长，东西最长处达55公里，南北相距42公里。地势自西南向东北倾斜，东北最宽处42公里，大部分地区属冲积平原区，包括三洲区、人和镇、西安区、富湾镇和荷城区及明城镇的一小部分地区，是由河流沉积物形成，属堆积地貌。其次是低山丘陵台地区，包括合水、更楼、杨梅、新圩镇及明城镇大部分地区，是大量花岗岩侵入形成，属侵蚀地貌。

2.2.2地质条件

该区石灰岩地层分布广泛，山地丘陵较多，近年来受气候、环境和地下水变化以及工程活动的影响，地面塌陷、山体滑坡、崩塌等地质灾害频繁发生。据1981年土壤普查资料，高明辖区内土壤划分为6个土类，即：水稻土、红壤土、赤红壤土、堆壤土、菜园土和潮沙泥土。红壤土或赤红壤土在高明区分布较广。

2.2.3河流文化

高明境内河道纵横交错，主要河道西江从西南部边境流过，北江干流（东平水道）斜贯市境。江西、北江干流及其支流西南涌等9条河流，在境内总长188公里。有横贯东西的沧江河（又名高明河）及15条支流。在高明境内流域总面积878.21平方公里。区内有港口、码头20多个，年货物吞吐量40多万吨，沿西江通航广州、肇庆、梧州、香港、澳门等地。

2.2.4生物资源

高明区植被类型属亚热带常绿林，有丰富的野生植物资源，据统计，木本植物有79个科，186个属、476个种以上。其中，裸子植物有9个科、16个属、21个种以上；被子植物有70个科、170个属、455个种以上；草木植物以蕨菜、芒类、蔓生莠、竹类居多。还有花草、药用植物、地衣植物、稀有食用菌，以及人工栽培农作物等。动物资源方面，因山地广阔，植被茂密、水源丰足、适宜各种动物繁衍。列入国家一、二类保护得野生动物有华南虎、金钱豹、金猫、穿山甲、鹿、猿、麝、猴、水獭、果狸、猫头鹰、山牛、蟒蛇、娃娃鱼、画眉、杜鹃、鹞鹰、喜鹊、长尾凤、白鹤、燕子、啄木鸟、白鹇等。

2.2.5林业资源

高明区森林资源丰富，林业用地面积为160933.3公顷，占全县土地面积的82.7%，是国家重点生态建设示范区，森林面积145775.5公顷，森林覆盖率79%，活木蓄积量571.6万立方米。全县建有生态公益林41133.3公顷，松香基地34866.6公顷，竹子基地16333.3公顷，水果基地9000公顷，速生丰产林基地2000公顷。

2.2.6气候条件

高明区境内气候温和，雨量充沛，光照充足，无霜期长，四季分明，属南亚热带季风气候。年均气温19.3℃，无霜期为286-307天，年均降雨量1923毫米，年均日照1575小时；中部偏北属高寒山区，年均气温比县城低7-8℃，昼夜温差大。

2.2.7自然灾害

高明区的主要自然灾害表现在台风及洪涝以及附属带来的其它灾害，如泥石流等。高明区易遭台风或热带风暴袭击，带来狂风暴雨暴潮，是造成其洪涝灾害的主要成因。

2.3社会经济情况

根据新丰县政府2010年工作报告，上半年全区实现地区生产总值207.22亿元，同比增长18.0%，完成年初目标的49.5%；实现工业总产值874.44亿元，同比增长21.8%；实现地方财政一般预算收入6.84亿元，同比增长29.9%，完成年初目标的50.4%；金融机构各项存款余额达191.35亿元，比年初增长8.6%；其中：城乡居民储蓄余额119.44亿元，比年初增长11.5%；金融机构各项贷款余额130.22亿元，比年初增长11.2%。通建设“三三二一”工程加快推进。江肇高速工程进展顺利，将军山隧道已全线贯通，高明河特大桥工程已完成60%，预计今年年底可建成通车；广明高速延长线工程已获省立项批复，目前正处于初步设计阶段。高明大道快速化工程和杨西大道等一批重点交通项目也加快推进，全区交通环境日臻完善。重点产业项目加快发展。海天60万吨酱油及小调味园项目已完成厂房、仓库工程量60%；中油高富技改项目已完成，装载加工能力增加到每年213万吨，年增加产值近20亿元。西江新城建设强力推进。启动面积为2.1平方公里的新城核心区建设，重点推进核心区内基础设施项目建设，目前新妇幼保健院、沧江中学附小以及富逸湾等总投资达50多亿元的多个重点项目正全面推进。“三旧”改造项目稳步推进。确定“532”模式，从今年起通过三年时间，按照50%、30%、20%的进度，启动167项“三旧”改造项目，规划面积2.22万亩。目前正实施改造项目22个，占地8200亩。园区基础设施建设成效显著。沧江工业园区道路、路灯、排污等基础设施建设进一步完善，中心城区第三污水处理厂已完成厂区及配套管网建设，园区各项配套设施加快提升。城市化进程明显加快。县城供水增容、污水处理、电力保障能力日益提升，城区道路改造不断完善。县城丰江河段实现了蓄水。城市功能日趋完善，城市品位不断提升。主动对接大广州、融入珠三角，对外交流合作明显加强，引资项目规模质量提高。2009年，全县引进外资项目8个，合同利用外资525万美元；实际利用外资910万美元，增长31.5%，引进内联项目45个，合同引进资金2.07亿元；全年实现外贸出口总额1050万美元，增长25.72%。积极开展群众文化活动，文化生活丰富，文艺创作繁荣；医疗卫生事业不断发展。教育事业全面发展，全县中小学办学条件得到进一步改善。

3.人工湿地处理生活污水的可行性分析

湿地系指不问其为自然或人工、长久或暂时之沼泽地,湿原,泥炭地或水域地带;带有或静止或流动,或为淡水,半咸水或为咸水水体者,包括低潮时水深不超过6m的水域。湿地是陆地与水体之间的过渡地带,是一种高功能的生态系统,具有独特的生态结构和功能。对于保护生物多样性,改善自然环境具有重要作用。由于人类的不合理开发,湿地资源在我国受到很大破坏。在特殊时期和环境条件下,研究和建立人工湿地生态系统是对自然湿地生态系统的适度补充,也是对其功能退化的恢复性建设。人工湿地是一种由人工建造和监督控制的,与沼泽地类似的地面。湿地能净化污水,是自然环境中自净能力很强的区域之一。它利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用,通过过滤、吸附、共沉、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。

湿地处理技术是本世纪七十年代蓬勃兴起的一种处理污水的方式，自西德1974年首先建造工程湿地以来，该工艺已在欧洲得到推广应用，在美国和加拿大等国也得以迅速发展，美国在1988年至1993年间就建起了几百个工程湿地。目前欧洲已有数以百计的工程湿地投入废水处理运行。据统计，捷克共和国到1995年止已建起了39个工程湿地。但我国对工程湿地的研究开始较晚，直到“七五”期间才开始了对工程湿地较大规模的研究。1990年7月，国家环保局华南环保所在深圳白泥坑建造了处理规模为3100m3/d的工程湿地示范工程。

工程湿地能广泛应用于城镇生活污水、农业、工业、畜牧业、食品、矿山等废水的处理。目前，工程湿地越来越多地应用到对氮、磷的处理。例如，北美湿地数据库记录的115座工程湿地中，大部分用来处理二级污水厂出水或者水质较好的污水。因为常规的二级污水处理厂出水往往氮、磷偏高，而氮、磷在自然环境中累计往往会导致河流、湖泊发生富营养化，影响海洋生态，严重时发生水华和赤潮。工程湿地利用多种净化原理进行处理，具有运行费用低的优点，出水水质可以达到或超过二级污水处理水平，并且工程湿地具有生态价值和景观价值。

3.1湿地对污染物的去除机理

生活污水主要的污染物有三类。第一类为悬浮物SS，第二类为有机污染物COD和BOD5，第三类为无机营养盐氮和磷，此外，生活污水中还存在较低含量的重金属离子。下面针对各种污染物类型分别阐述湿地的去除机理或过程。

3.1.1对SS的去除

悬浮污染物在人工湿地中去除的基本机理是拦截、吸附、絮凝和胶体颗粒的沉淀。大量植物根系和饱和状态的基质，使悬浮污染物通过在基质和根区表面的重力沉淀、截留和吸附等作用被分离去除。但有研究表明，湿地进水中的SS过多容易导致湿地的堵塞，影响湿地的水流形态，从而影响湿地对污水的处理效果。因此，对于进入湿地的污水，最好能进行预处理减少其SS含量，并采用湿地的间歇性运行来延长湿地的使用寿命。

3.1.2对有机物的去除

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。不溶性有机物通过湿地的沉淀、过滤作用,可以很快的被截流而被微生物利用,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。

污水中的COD、BOD5的去除主要是靠微生物的吸附与代谢作用。在活性污泥或生物膜与污水接触初期，会出现很高的有机污染物去除率，这是由于污水中有机颗粒和胶体被吸附在微生物表面，从而被去除所至。但是这种吸附作用仅对污水中悬浮物和胶体起作用，对溶解性有机物不起作用。对溶解性有机物需靠微生物的新陈代谢和植物的吸收来完成，微生物在有氧的条件下将污水中一部分有机物合成新的细胞，将另一部分有机物进行分解代射以便获得细胞合成所需的能量，其最终产物是CO2和H2O等稳定物质，这就是污水中COD、BOD5的降解过程。微生物的好氧代谢作用对污水中溶解性有机物和非溶解性有机物都起作用，并且代谢产物是无害的稳定物质。国内有关对城市污水的研究表明污水中的不溶性BOD5(约占污水总BOD5的50%)和COD可在进水的5米内通过截留和沉淀作用而被快速去除;此外,资料表明,在进水浓度不高的情况下,湿地系统对BOD5和COD的去除率分别可达85%～95%和80%以上,处理出水中的BOD5浓度可在10mg/L左右。

3.1.3对N的去除

水中氮的去除转化包括很多过程，其中一部分氮可以被湿地中的植物吸收通过收割得以去除。另外,基质也可通过一些物理和化学的途径去除污水中一部分氮。但是氮主要还是在微生物作用下通过硝化、反硝化反应来去除的，植物根际复氧效率对处理效果有很大影响。有实验表明水面以下的植物部分以及附着其上和池壁上的藻类、微型植物通过光合作用产生的氧直接释放到水体能明显引起氧增，而水面以上植物部分光合作用向根部水体输氧的作用并不明显。

湿地处理过程的脱氮作用最主要包括好氧硝化作用和缺氧反硝化作用两个过程。

好氧硝化是指：污水中的有机氮，在好氧的条件下转化为氨氮，而后在硝化菌作用下变成硝酸盐氮，在缺氧的条件下，由反硝化菌作用，并有外加碳源提供能量的条件下，使硝酸盐氮变成氮气逸出。

缺氧反硝化是指：影响其脱氮效率的因素是温度、溶解氧、pH值以及反硝化碳源。生物脱氮系统中，硝化菌增长速度较缓慢，所以，要有足够的污泥龄或生物量，就可达到硝化与反硝化的目的。

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,植物吸收和氨氮挥发所占比率还不到总去除率的20%。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,氨氮被氧化为NO-2和NO-3，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。