浙江省城镇污水处理厂尾水人工湿地深度提标研究

摘要：基于浙江省污水处理厂主要工艺现状及常用提标技术，调研了几个主要污水处理厂尾水人工湿地技术深度处理运行效果及投资情况，分析了人工湿地的影响因素，并从技术规范等角度探讨了人工湿地深度提标的可行性。结果表明，人工湿地深度处理尾水后的出水水质基本可以满足地表水Ⅳ类水标准，但人工湿地占地面积大、投资大，应用时需根据提标要求进行深入论证，综合考虑尾水水质、占地面积及场地、投资及运行管理成本、季节等影响因素，同时结合当地技术、经济、水环境等情况。

作者简介：孔令为(1984- )，浙江省环境保护科学设计研究院高级工程师，河南商丘人，博士/博士后，主要研究方向为水处理技术、生态修复和环保新材料研发等。

2015年4月，国务院正式发布的《水污染防治行动计划》即“水十条”中明确提出了治理目标，截至2017年前消灭劣Ⅴ类水体。“水十条”的重要目标就是治理劣Ⅴ类水，通过提高污水处理厂的排放标准，达到治理目的。国家环保部2015年发布的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(征求意见稿)中新标准排放限值总体与《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)Ⅳ类水质要求相当(TN除外)，可以满足生态环境敏感区对城镇污水处理厂排放控制的需求(NH3-N、TN、粪大肠菌群数除外)。

浙江省于2013 年提出“五水共治” “治污先行”等重要决策，并取得了明显的成效，2016年全省221个地表水省控监测断面中，劣Ⅴ类水质断面占比由2013年的12.20%降至2.70%，并提出于2017年底全省彻底消灭劣Ⅴ类水断面。然而从具体技术指标看，即使城镇污水处理厂全部执行一级A排放标准，排出的水质依然为劣Ⅴ类，如果没有更高的污水排放标准，则难以实现消灭劣Ⅴ类水体的目标。同时污水厂一级A出水标准中氮、磷含量依然偏高，如果直接补充河道、湖泊、城市景观用水时，会产生水体富营养化的风险。因此，后续在达到一级 A标准的基础上，城镇污水处理厂需要进行提标处理。

NO.1

浙江省城镇污水处理厂提标现状研究

目前，浙江省已建成各类规模城镇污水处理厂296座，污水处理能力达到1 224.55×104m3/d。浙江省城镇污水处理厂排放的污水量约占全省总污水量的60%，是浙江省水体污染物减排与水环境质量改善的重点。根据《浙江省水污染防治行动计划》的目标要求在2017年底前，所有城镇污水处理厂出水水质执行一级A标准，而截至2016年底数据显示，在已建成的城镇污水处理厂中，出水执行一级A标准的有243座，占总数的82%。浙江省城镇污水处理厂的主要处理工艺为“厌氧-缺氧-好氧”的污水处理工艺(A2/O)、序批式活性污泥法(SBR)、循环式活性污泥法(CAST)、氧化沟等(见图1)。

而现阶段针对不同工艺和运行状况的城镇污水处理厂提标的主要技术有Fenton催化氧化、碳源投加、短程硝化反硝化、厌氧氨氧化、同步硝化反硝化技术、反硝化除磷技术、好氧颗粒污泥、膜生物反应器、反硝化滤池、人工湿地等。

由于浙江省内水环境质量要求日趋严格，各地基于自身现状条件对污水处理厂排放限值提出了更高的要求，目前已制定相应标准的包含金华、台州、衢州等地。为提高治污绩效，金华市在市区污水处理厂实行严于国家标准、低于地表水Ⅲ类水标准的污水处理厂排放“金华标准”，要求氨氮排放浓度≤1mg/L、总磷≤0.35mg/L;“衢州标准”与“淳安标准”明确了出水水质除总氮外，其他污水排放指标基本达到《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)Ⅳ类水质;而台州市路桥污水处理厂“准Ⅳ类”提标工程是基于一级A提标的基础上的再次提标，率先在全省实现出水达到“准Ⅳ类”标准。

NO.2

污水处理厂尾水人工湿地技术提标研究

与常规尾水提标工艺相比，人工湿地由于具有污水净化和景观营造的双重作用，且建造运行成本较低、维护管理相对简便，在城镇污水处理厂尾水深度处理中受到了较为广泛的关注，比较适宜作为城镇污水处理厂尾水深度处理的技术，将出水标准由《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)的一级B或一级A标准提升至《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)的Ⅴ类及以上标准，消灭劣Ⅴ类水体。

2.1 浙江省应用案例调研

2010年关于我国人工湿地工程情况的系统性研究结果显示：人工湿地工程已在我国30%以上的地区得到应用，建设区域较广泛，其处理规模多为1000~20000m3/d，其中处理规模小于5000m3/d的工程数量占调查总数的62.50%，处理规模为10000~1000000m3/d的工程总量所占比例为28.70%。

目前，城镇污水处理厂尾水人工湿地提标处理在浙江省已经有了应用，主要集中在金华、杭州、嘉兴等地区。比较典型的有浦江第一、第二和第四污水处理厂，义乌、东阳、临安城市污水处理厂以及海宁尖山污水处理厂。

所调研县(市)城镇污水处理厂尾水深度处理人工湿地工程的综合分析见表1。从表1可知，采用人工湿地技术对城镇污水处理厂尾水进行深度处理的项目中，临安城镇污水处理厂出水标准由《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级B提升至一级A，其他均为从《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级A至地表水环境质量标准Ⅴ类。

所调研案例中，仅有临安污水处理厂的人工湿地处理系统已经长时间运行，其他县市均处于调试及试运行阶段。根据各地市测试数据(部分污水厂没有测TN指标)，所调研城镇污水处理厂尾水人工湿地深度处理效果良好(见表2)。

2.2应用制约因素研究

2.2.1温度的影响

一般来说，人工湿地对COD有较高的去除率，大多数湿地系统的去除率为80%~90%，COD的去除率与各种微生物数量有明显的相关性;人工湿地的脱氮主要靠微生物的硝化、反硝化作用来实现;人工湿地系统对磷的去除途径最主要是基质对磷的吸附沉淀作用，植物吸收对有机磷的去除效率影响不大。

但值得注意的是，温度对人工湿地处理效率的影响比较显著。大量的研究结果表明，硝化反应的最适温度为25~30℃，当温度<15℃时，硝化细菌的硝化速率明显下降，活性也大幅度下降;Crites等研究发现，在10℃时硝化速率比较稳定，低于此温度，湿地处理效率明显下降;在温度<5℃时硝化细菌的生长几乎停止，低温会抑制硝化细菌的最大比生长速率。反硝化反应的最适温度为20~40℃，当温度<15℃时，反硝化细菌的生长繁殖和代谢速率都明显下降，温度为8℃时的反硝化速率还不到温度为30℃时的1/7，低温会影响反硝化菌活性，进而影响反硝化菌的脱氮效果。Brodrick等研究发现反硝化速率在5℃左右时非常低，很大程度上限制了湿地脱氮作用的发挥。低温还会影响微生物的生理特性，主要是对微生物的细胞膜及其摄取养分、代谢、蛋白质的合成、细胞分裂和RNA合成造成影响。针对此问题，国内外学者做了一系列研究。Wallace等提出在亚寒带地区冬季，进行适当的隔离设计，研究表明不同覆盖物对系统处理性能有很大影响。周键等研究了序批式人工湿地低温脱氮效能的试验表明，在冬季低温下序批式湿地运行工况良好，出水水质达到一级标准;刘学燕等将人工湿地进行改造，使其具有防冻，高氧传送功能，此系统在温度<4℃时硝化反应也能进行。但以上研究均为实验室短期试验，并不能保证整个冬季的长期运行。因此，采用人工湿地技术，需要考虑季相变非植物生长季节系统处理效率降低的问题。