高明某生态园生活污水湿地处理设计案例

3.1.4对P的去除

进入人工湿地的污水中磷的存在形式最常见的有磷酸盐(包括PO4－3、HPO42－、H2PO4－)、聚磷酸盐和有机磷酸盐等。湿地除磷主要是通过湿地植物的吸收利用、填料的物理化学作用以及微生物的积累这三种途径来完成的。和氮一样，磷也是植物生长必不可少的元素之一。污水中的无机磷有一部分在植物的吸收和同化作用下，被合成为ATP、DNA、RNA等有机成分，主要通过植物的定时收割从湿地中去除。还有一部分无机磷则通过填料的吸附、吸收、过滤以及与填料中的Ca2+、Fe3+离子的反应生成难溶沉淀物而去除。

微生物对磷的去除是利用微生物对磷的正常同化吸收(将磷作为微生物体必需的成分C60H87O23N12P，而供微生物生长之需)，以及聚磷菌在好氧的情况下对污水中的溶解性磷酸盐的过量吸收作用,然后沉淀分离而去除。其中,最主要的是聚磷菌对磷的过量积累。湿地系统中植物根系的输氧及其传递作用，使得床体中呈现出连续的好氧、缺氧和厌氧状态,通过在厌氧条件下的放磷及在好氧条件下的摄磷（过量摄磷）有利于对磷的去除。

微生物在基质磷循环过程中还是发挥了重要的作用,主要包括：①改变无机磷化合物的溶解性；②矿质化有机磷化合物并释放无机磷酸盐；③将可利用的无机磷酸阴离子转化为细胞组分；④引起无机磷化合物的氧化或还原。总的来说,微生物的作用主要是对有机磷化物进行分解,产生无机磷化物，从而通过植物和部分微生物的吸收利用以及湿地基质的吸附达到有效去除磷的效果。

3.1.5对重金属的去除

湿地中金属的去除机理包括离子交换、与湿地中的基质螯合、或转化为不溶性物质沉淀，主要过程包括不溶性重金属随悬浮颗粒沉淀、溶解性重金属与基质和沉积物的离子交换和络合作用、溶解性重金属以难溶性化合物的形式沉淀或者植物对溶解性重金属的吸收作用。湿地中的植物在修复金属污染的过程中有着重要的作用，包括植物本身的作用以及植物根际分泌物的作用。植物本身作用包括三种类型:植物稳定、植物挥发和植物吸收。而根际分泌物在重金属污染的修复中的作用包括活化重金属元素，使其转化为植物可吸收态；改变金属的化学性质，从而改变其生物有效性和生物毒性，和重金属形成稳定的螯合体，起到固定和钝化作用，进而降低重金属在水体中的危害性。

3.2影响湿地处理效果的因素

3.2.1湿地基质

基质是人工湿地重要组成部分，对于去除污染物,特别是磷素污染物有着重要的作用。它的净化功能包括：(1)基质中植物根系吸收、转化、降解和生物合成作用；(2)基质中微生物降解、转化和生物固定化作用；(3)基质胶体及其复合体的络合和沉淀作用；(4)基质离子交换作用；(5)基质机械阻留作用。不同基质为植物和微生物提供的生存环境不同，从而影响水处理的效果。

3.2.2湿地植物

在人工湿地处理系统中,水生植物是重要有机组成部分,湿地中的植物不仅可以和基质一起过滤、截流水中悬浮物，还可吸收水中某些污染物质包括重金属从而将其去除。另外，由于植物对氧的输送、扩散等作用，可以在根部形成好氧区域，而对于氧扩散不到的区域会形成厌氧区域。这些区域的存在是湿地具有良好脱氮除磷效果的原因之一。植物还能固定污染区，防止污染源进一步扩散，由于植物根系的穿透作用，增强了介质的疏松度，从而加强和维持介质的水力传输能力。

3.2.3温度

人工湿地的净化作用主要是通过微生物的分解代谢和植物的作用完成的，这些作用受温度影响很大。另外，温度会影响水中溶解氧含量，从而影响好氧生物降解过程。在较低的温度条件下，污水净化的效果较差，甚至会造成湿地停止工作。这也是造成人工湿地水处理技术在寒冷地区难以推广的重要原因。

3.2.4溶解氧

人工湿地系统中,溶解氧有着重要的作用，表现在有机物、氮和磷的去除与溶解氧有密切关系。湿地中氧的来源有大气复氧、植物光合作用产生的氧气的传输、水面下植物以及根际附着的微型植物光合作用向根区释放氧气等过程。在扩散作用下在空间和时间上形成的的好氧厌氧交替分布有利于脱氮除磷。

3.2.5水力停留时间

水力停留时间影响湿地对总氮和总磷等的去除效果。在一定范围内，随着停留时间延长，氮磷去处效果会成指数提高；然而，当停留时间超过一定的范围后，处理效果会下降，同时可能存在污染物质重新释放或者发生可逆反应过程。因此，水力停留时间对于湿地设计非常重要。时间过短达不到好的处理效果甚至不达标，时间较长会提高处理效果，但过长是一种浪费，甚至会使湿地由污染物的“汇”地变为“源”头。

3.3湿地良性应用的条件分析

3.3.1湿地处理的进水要求

湿地并不能代替污水处理厂，因为湿地是一个自然生态的污染净化过程，其污染处理的过程需要一定的时间，因此，对于大量的污水，除非湿地面积足够，否则湿地处理并不能起到有效的污染去除作用。所以在中大城市中，由于收到土地利用的限制，利用湿地来进行污水处理被认为是不可行的，湿地的应用范围适合中小城镇或农村的废水处理。湿地进水在进入湿地前需进行一定的预处理（如调节池或沉淀池的使用能大大延长湿地的使用年限），以去除水体中的SS，防止湿地出现堵塞的情况。

3.3.2湿地的面积要求

根据国内外的研究成果，湿地的面积要求一般为：表面流湿地约10-20m2/t，潜流湿地约为2m2-5m2。

3.3.3湿地的管理要求

湿地运行时，是否存在完善管理是湿地运行期限长短的另一个重要方面，湿地管理包括湿地植物的收割，湿地运行方式的调整等。针对我国工程湿地建一个死一个的现状，究其原因，很大部分是因为没有对湿地进行有效管理而导致。

3.4结论

人工湿地系统是仿真的湿地生态系统，在我国是一项正在被研究、应用和发展的处理污水的新技术，由于它具有高效率、低投资、低运转费、低维持技术、处理量灵活、低能耗、处理效果好等优点，非常适合我国的国情，尤其是广大农村地区、中小城镇地区的污水处理方法。人工湿地系统是一新兴的废水处理技术，其中有许多不足或需改进之处，但是从目前应用来看，这项技术的应用已经日趋成熟，将会造福于人类，保护人类居住的环境健康。

4.工程建设规模和处理效果

4.1工程建设规模

高明某生态园按日接待能力1000人计，其废水量预测为1000t/d，其中一期工程湿地按日水量为400t/d设计，预留600t/d的湿地处理区域。前处理设施均按1000t/d设计，整个湿地区域占地面积约5000m2，其地理位置图见图4－1，现场地貌见图4-2。

4.2湿地处理工艺流程

高明某生态园的污水处理工艺流程如图4-3所示，

进水通过粗细格栅去除水体中的大件悬浮物质，进入厌氧调节池，主要通过厌氧调节池去除水体的COD、BOD5，将水体中大分子有机物分解成小分子有机物，进入接触氧化池后，一般地,配置好的氧化池混合液只需经2～3d曝气就可以挂膜,再经20d左右培养驯化即可正常运行,即使在运行中断后，只需很短几天就能恢复到正常处理效果。如采用污水处理厂的种泥进行挂膜则培养驯化速度更快。经过接触氧化可去除水体的COD以及进行硝化作用，有利于氨氮转化为硝酸盐氮；进入沉淀池后可去除此部分产生的悬浮物质；沉淀池出水直接进入工程湿地，通过基质、微生物以及植物的作用去除COD、N、P等污染物质，出水排入景观氧化塘，一方面有直观的生态景观，另一方面可对污水进行进一步处理，确保最终出水达标。

4.3处理效果预测

4.3.1设计进水水质及去除率

高明某生态园生活污水湿地处理的设计进水、出水水质（按污水一级排放标准）以及去除率见表4－1。

4.3.2本湿地工程的去除效果预测

由于湿地的去污效率是受多种环境因子和各类建造管理措施的影响，其中温度影响了湿地中的众多组分的活性（如微生物的活性和植物的生长）而成为影响湿地处理效率的主要因素。为此，以工程湿地受温度变化影响特征为基础，分为春、夏、秋、冬四个时段进行处理方案效果预测。具体的不同时段的去除率见表4-2。

对于春夏秋三季的处理效果预测，虽然处理能力有所变化，但均能达到设定处理目标。对于冬季，由于湿地植物的死亡或休眠，植物吸收污染物的作用未能充分发挥。而且微生物的活性在冬季也大大降低，此时湿地的处理主要靠基质填料层本身的物化作用、以及地下休眠根系或填料层上所附着生物膜的生化作用。因此，在冬季为了提供该系统的污染去除能力，应延长接触氧化池的曝气时间，使更多的N以硝酸盐氮形态存在，有利于垂直流湿地内的反硝化反应的进行，使污染物去除达到设定目标。