摘要：分析了城市污水處理廠污水回用技術(shù)存在的問題，指出應(yīng)重新認(rèn)識人工濕地的作用，改變傳統(tǒng)的將人工濕地作為城市污水處理廠二級處理工藝的觀念，回歸人工濕地深度凈化污水的真正意義。此外，對人工濕地在設(shè)計(jì)時(shí)須考慮的問題進(jìn)行了介紹和探討。

關(guān)鍵詞：人工濕地　污水處理　回用水

一、前言

我國是世界上13個(gè)貧水國家之一，人均占有水資源量僅為世界平均水平的四分之一。根據(jù)水利部門的預(yù)測，到2030 年我國總?cè)彼�量�?00～500億m3。我國在面臨水資源緊缺的同時(shí)，水污染也日益嚴(yán)重，我國每年排放的廢水高達(dá)400多億m3，其中一半以上是來源于城市。根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，截至2008年3月底，全國已有1320座城市污水處理廠投入運(yùn)營，處理能力達(dá)9725萬噸/日，在建的城市污水廠達(dá)890座，處理能力3639萬m3/日[2]。根據(jù)世界各國污水處理的發(fā)展，經(jīng)污水處理廠處理后的出水多數(shù)均能再處理后回用。目前國內(nèi)污水回用率平均不足20%，大部分沒有得到很好的利用。而污水回用在很大程度上將緩解缺水城市的用水危機(jī)，符合節(jié)能減排的思想，其意義重大。

二、城市污水廠出水常規(guī)回用技術(shù)及存在的問題

一般而言，對城市污水處理廠的出水進(jìn)行回用，其用途主要有城市雜用、景觀環(huán)境用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水以及地下水回灌等，所以回用的用途不同，其處理后的標(biāo)準(zhǔn)不同，回用技術(shù)及出水水質(zhì)也不同。而回用技術(shù)及出水水質(zhì)決定著回用水中的污染物生態(tài)毒理問題及危害程度[4]。

我國研究、引進(jìn)和應(yīng)用的污水處理回用工藝，在很大程度上解決了污水深度處理的問題，極大地緩解了局部城市嚴(yán)重缺水的局面，這些常規(guī)的污水回用技術(shù)隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，也在逐步得到改進(jìn)和提高，它們也將在污水回用中發(fā)揮更大的作用。但是將城市污水回用，其價(jià)格、安全性是必須著重考慮的問題，這也是常規(guī)的污水回用技術(shù)必須面臨的問題。

1、設(shè)施復(fù)雜，運(yùn)行成本高

我國傳統(tǒng)的污水回用技術(shù)基本上是借鑒了我國給水處理的工藝，同時(shí)考慮脫氮除磷的需要，多數(shù)常規(guī)回用技術(shù)工藝復(fù)雜，不僅增加了管理的難度，而且增加了運(yùn)行的成本。目前城市污水處理（二級處理）投資大約在900～1400元/m3.d水，在此基礎(chǔ)上的再生處理約400～600元/m3.d [3]。據(jù)調(diào)查，北京市多數(shù)污水處理廠采用MBR處理城市污水處理廠二級出水，如北京某再生水廠深度處理成本接近1.5元/m3。這對大多數(shù)城市的污水處理廠來說，采用這種技術(shù)處理污水處理廠出水，其價(jià)格是難以承受的。

2、運(yùn)行不穩(wěn)定，安全性受質(zhì)疑

采用常規(guī)污水回用技術(shù)處理后的污水，其水質(zhì)與我國地面水源水質(zhì)還有許多差別，對部分污染物質(zhì)的去除效果較差。在另一方面，人們對污水處理廠的污水進(jìn)行回用，其安全性受到人們的質(zhì)疑。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，城市污水處理廠出水中可能含有的有害物質(zhì)主要包括難于降解且溶于水的無機(jī)與有機(jī)污染物。而國內(nèi)在對大多數(shù)的無機(jī)和有機(jī)污染物生態(tài)毒理特性缺乏有效的長期研究，數(shù)據(jù)也缺乏可靠性。污水回用的安全性引人關(guān)注，尤其是與人體發(fā)生直接關(guān)系的回用污水，其處理工藝流程的選擇是回用水的可靠性及安全性的關(guān)鍵。

此外，采用常規(guī)污水回用技術(shù)消毒是必不可少的。目前，常用的消毒工藝有氯消毒、紫外線消毒和臭氧消毒。氯消毒運(yùn)用得最廣泛，工藝也最成熟，但是自從人們發(fā)現(xiàn)氯消毒會產(chǎn)生致癌物質(zhì)之后，對氯的使用則越來越謹(jǐn)慎了。用紫外線消毒比較方便，還可以減少致癌性消毒副產(chǎn)物，但缺乏規(guī)模化，且壽命不長。

臭氧除了可以利用其強(qiáng)氧化作用殺滅細(xì)菌和病毒外，還可以氧化分解水中的各種雜質(zhì)，包括明顯地提高污水的可生化降解性，但是當(dāng)水中含有溴離子時(shí)可能生成溴化物，臭氧具有毒性和強(qiáng)氧化性，操作管理要求高。

對安全性要求越高，回用技術(shù)的成本就越高，這是多數(shù)污水處理廠沒法承受的。眾多的污水回用技術(shù)在一定程度上可以確�；赜盟�的安全，但是回用水如果要和人體直接接觸或與人類的食物鏈發(fā)生關(guān)系，采用人工濕地對城市污水處理廠出水進(jìn)行自然凈化，無論是運(yùn)行成本，還是處理效果方面都是符合未來發(fā)展趨勢的。

三、人工濕地在污水二級處理中存在的問題

以往，人們過分強(qiáng)調(diào)由于運(yùn)行成本低、管理簡單等優(yōu)點(diǎn)，將人工濕地代替污水處理廠的常規(guī)二級處理。

據(jù)十幾年的運(yùn)行情況和調(diào)研發(fā)現(xiàn)，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人口的快速增長，采用人工濕地代替常規(guī)二級處理的城市污水處理廠運(yùn)行狀況不容樂觀，出水水質(zhì)無法滿足要求，運(yùn)行效果并不理想，一些以濕地工程為主體工藝的污水處理廠處在相當(dāng)尷尬的境地。某采用人工濕地處理作為二級處理的污水處理廠，處理能力為3萬m3/d，運(yùn)行情況見表2。

根據(jù)GB 18918-2002，如果城鎮(zhèn)污水處理廠出水排入GB3838地表水Ⅳ、Ⅴ類功能水域或GB3097海水三、四類功能海域，執(zhí)行二級標(biāo)準(zhǔn)，而采用人工濕地處理作為二級處理的污水處理廠其出水根本無法滿足排放要求，更不能滿足一級B標(biāo)準(zhǔn)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，尤其是工業(yè)廢水比例的增加，進(jìn)水濃度也在逐年提高，污水廠出水的水質(zhì)變差，難以滿足越來越嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)要求。

人工濕地是一種低負(fù)荷的處理系統(tǒng)，雖然效果好，但效率低，如果進(jìn)水濃度高，占地面積會更大，處理效果會變差。據(jù)調(diào)查，多數(shù)采用人工濕地作為二級處理的污水處理廠又開始進(jìn)行改造并轉(zhuǎn)向常規(guī)的二級處理工藝。

四、對人工濕地再認(rèn)識

隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)以及人們對地表水水質(zhì)要求的提高，特別是對回用水水質(zhì)要求的提高，迫使人們尋找其它經(jīng)濟(jì)可行的技術(shù)，作為污水處理廠的補(bǔ)充，對污水處理廠的出水進(jìn)行深度凈化，保證污水的回用安全。在這樣的形勢下，人工濕地在逐漸得到人們的重新認(rèn)識。采用自然處理技術(shù)對污水處理廠的出水進(jìn)行自然凈化，可以進(jìn)一步去除污水中引起富營養(yǎng)化的主要污染物質(zhì)N、P、重金屬以及致病微生物等，使污水的安全性得到提高。自然處理系統(tǒng)，尤其是人工濕地，可以成為鳥類的棲息地，在有條件的城市可以營造城市景觀和休閑公園，如杭州的西湖長橋溪生態(tài)修復(fù)公園就是一個(gè)成功的典型例子。

人工濕地能處理污水，且價(jià)格便宜是毋庸置疑的，一些應(yīng)用工程均證明了這點(diǎn)。筆者通過研究也發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用較好且長期穩(wěn)定運(yùn)行的人工濕地其進(jìn)水濃度多數(shù)比較低，國內(nèi)多數(shù)學(xué)者的研究也表明，人工濕地在進(jìn)水濃度較低的情況下對污水處理能達(dá)到最好的效果。如深圳市某小區(qū)生活污水人工濕地進(jìn)水濃度BOD5為60～130 mg/L，NH4-N為30～60 mg/L，TP為5～8mg/L [7]；又如多數(shù)人工濕地在處理微污染水方面多見成功報(bào)道，如洪湖人工濕地系統(tǒng)水質(zhì)凈化工程，深圳甘坑人工濕地工程等[5]。我國人工濕地用于污水處理廠出水進(jìn)行三級處理的工程也多有成功應(yīng)用的實(shí)例，如舟山市朱家尖污水處理廠人工濕地系統(tǒng)深度處理工程，該工程已于2007年9月完成調(diào)試，目前系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，處理效果良好。

在國外，采用人工濕地對污水進(jìn)行深度處理是西方發(fā)達(dá)國家環(huán)境工作者研究的重點(diǎn)課題。如在意大利人工濕地用于污水三級處理的構(gòu)造濕地就有16個(gè)，并取得較好的去除效果，COD的去除率為88%，氮的去除率在78-84%之間[8]。在荷蘭的特賽爾島，當(dāng)?shù)卣�府�?994年就建立了一個(gè)大型的人工構(gòu)造濕地，處理水量約為6萬m3/d，該濕地處理系統(tǒng)用來對來自污水處理廠的出水進(jìn)行三級處理。

由荷蘭政府支助Utrecht 大學(xué)對該濕地系統(tǒng)進(jìn)行了3年（1995年-1998年）的監(jiān)測研究。監(jiān)測結(jié)果表明，用濕地對污水廠的出水進(jìn)行三級處理，不但節(jié)約了成本，而且提高了水的再生利用價(jià)值，排放的水不但不會造成對周邊環(huán)境的影響，而且也成了荷蘭一大生態(tài)景點(diǎn)，成為眾多野生動物棲息繁殖的場所。在北美，用構(gòu)造濕地作為三級處理的系統(tǒng)大約就有300多個(gè)。如The River Hebert濕地是加拿大大西洋海岸建立的第一個(gè)用來處理二級出水的構(gòu)造濕地[10]，該濕地既可以處理污水，又成為了野生動物棲息的場所。

從國內(nèi)外人工濕地的成功運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來看，人工濕地處理系統(tǒng)并不能完全代替城市二級污水處理，其真正的功能在于對污水進(jìn)行深度處理（即三級處理），對污水進(jìn)行自然凈化，保證水質(zhì)的安全。

過去因?yàn)閲�力有限，要發(fā)展環(huán)保事業(yè)，一步到位解決污水問題，采用人工濕地代替常規(guī)污水處理工藝，在一定時(shí)期發(fā)揮了作用，但是從本質(zhì)上來看，這違背了人工濕地的最終定位。人工濕地真正的功能在于深度處理污水，即處理進(jìn)水濃度低的污水（包括污水處理廠的二級出水）。尤其是在各種病毒肆虐的今天，在污水回用過程中，人們越來越擔(dān)心污水循環(huán)使用的安全性，而采用人工濕地系統(tǒng)，等于在污水回用與人之間建立了一道安全的屏障，采用低成本的人工濕地處理技術(shù)對城市污水處理廠二級出水進(jìn)行深度處理后回用是符合我國“節(jié)能減排、循環(huán)經(jīng)濟(jì)”總體思想的。

五、人工濕地在設(shè)計(jì)時(shí)須考慮的問題

人工濕地在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，須著重考慮以下幾個(gè)問題：

1、公式計(jì)算的選擇

人工濕地多數(shù)采用潛流式，對人工濕地面積的確定，多數(shù)是采用通過水力負(fù)荷率和污染面積負(fù)荷來確定，根據(jù)水力負(fù)荷設(shè)計(jì)濕地面積，計(jì)算公式A＝Q/(HL)，式中：A為濕地面積，m2，Q為需要處理的污水量，m3/d，HL為濕地的水力負(fù)荷，m/d。

為校核人工濕地面積，根據(jù)污染物的面積負(fù)荷確定濕地面積，計(jì)算公式可以采用A＝Q（Co-Ce）/N，式中：A為濕地面積，m2，Q為需要處理的污水量，m3/d，HL為濕地的水力負(fù)荷，m/d，Co為濕地進(jìn)水中污染物濃度，g/m3，N為污染物面積負(fù)荷，g/（m2.d）。

對于每一種污染物質(zhì)來說，要降到要求的水平，所需要的濕地面積不同。最終確定的面積應(yīng)該是滿足出水水質(zhì)要求的最大面積。因此分別計(jì)算去除COD、BOD、TN、TP、SS等污染物質(zhì)所需要的面積，選取其中最大的用地面積對設(shè)計(jì)濕地面積進(jìn)行校正。一般而言深度處理將污水進(jìn)行回用，TN、TP是限制性指標(biāo)。

2、人工濕地冬季越冬問題

人工濕地越冬是保證人工濕地正常運(yùn)行的關(guān)鍵，尤其是在北方，冬季氣溫低，會影響處理效果。在冬季運(yùn)行時(shí)，首先應(yīng)該加強(qiáng)管理，植物盡量選擇挺水植物。在11月～3月期間，宜在初凍時(shí)加大水深。多數(shù)情況下，由于污水溫度較高，濕地并不結(jié)冰或只有濕地后部結(jié)冰。所以應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況，控制水深，以保證濕地在冬季的運(yùn)行。此外，為了便于人工濕地在冬季運(yùn)行時(shí)能支撐冰面，并有利于春季發(fā)芽生長，在收割時(shí)應(yīng)保留植物茬20～40cm。

為保證人工濕地能長年運(yùn)行，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，冬季運(yùn)行的溫度也是設(shè)計(jì)須考慮的限制性參數(shù)。要保證該系統(tǒng)能常年運(yùn)行，濕地系統(tǒng)對COD的去除率須達(dá)60%以上。據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，人工濕地在夏季一平方米濕地每天能去除6～9kg的COD，而冬季運(yùn)行時(shí)，一平方米濕地每天能去除16～24.5g的COD。

在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮到冬季運(yùn)行的效果，將計(jì)算所得的人工濕地所需面積與初步確定的人工濕地面積進(jìn)行校核，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。有時(shí)，為保證濕地在冬季能有更好的去污效果，可考慮采用表面流和潛流相結(jié)合的運(yùn)行方式，以解決保證人工濕地在冬季的正常運(yùn)行。

3、人工濕地對地下水的影響及防滲處理

在對人工濕地是否需作防滲處理時(shí)，首先應(yīng)該對場地進(jìn)行調(diào)查和評價(jià)，充分考慮當(dāng)?shù)氐乃�文地質(zhì)條件，正確地選擇適合的田地和工藝方式以保證對污水的凈化，同時(shí)避免對地下水的污染。國外研究資料也表明，只要選擇適當(dāng)場地，正確的工程參數(shù)選取和設(shè)計(jì)，并具有良好的運(yùn)行管理措施，濕地對地下水的影響程度將是很小的。

一般而言，人工濕地的場地選擇在滲透性較低的土層上，且以表面流或潛流的方式處理污水。為切實(shí)防止人工濕地系統(tǒng)因滲漏造成對地下水的污染，應(yīng)該采取適當(dāng)?shù)姆罎B措施，最基本的方式就是素土夯實(shí)。從環(huán)境安全的角度考慮，可以在施工時(shí)盡量保持原土層，在原土層上采取防滲措施，防滲材料可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況選取，如用粘土、膨潤土、瀝青、油氈等防滲材料作為防滲層。

人工濕地處理工程防滲層的厚度取決于所選的防滲材料，如選擇瀝青，防滲層厚度為2~5cm；選擇膨潤土，防滲層厚度5~10cm；選擇粘土，防滲層厚度10~20cm。此外，為隨時(shí)監(jiān)測人工濕地污水處理工程對地下水的影響，須布設(shè)監(jiān)測井，通常在濕地系統(tǒng)地下水流向的上游和下游設(shè)置兩個(gè)地下水監(jiān)測井，以監(jiān)測處理系統(tǒng)對地下水的影響情況。

只要設(shè)計(jì)合理并采取相應(yīng)的防滲措施，就完全可以使人工濕地系統(tǒng)構(gòu)成相對獨(dú)立的水力系統(tǒng)，使其凈化水無論在垂直方向還是水平方向均不和相鄰地下水發(fā)生明顯的水力聯(lián)系。此外，進(jìn)入地下的水是經(jīng)凈化后的污水，其對地下水的影響也僅發(fā)生在非常有限的范圍。在一般的情況下靠地下水的稀釋也足以消除其影響。所以，人工濕地對地下水的污染在采取相應(yīng)措施是可以避免的。

六、結(jié)束語

對人工濕地的應(yīng)用需要重新再認(rèn)識，由積極推廣將其作為低成本的城市污水處理廠二級替代工藝，轉(zhuǎn)變?yōu)樘幚沓鞘形鬯�處理廠二級出水和微污染水的自然凈化工藝，實(shí)現(xiàn)濕地處理污水的真正意義。

將人工濕地處理城市污水處理廠二級出水，在很大程度可以減少運(yùn)行成本和可能產(chǎn)生的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，降低污水回用可能造成的生態(tài)毒害危害。
由于沒有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)公式和模型，在人工濕地設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇合理的計(jì)算公式，對設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行校核，尤其是在設(shè)計(jì)時(shí)，保證冬季正常運(yùn)行也是其重點(diǎn)考慮的因素。

合理選擇建設(shè)場地，選取正確的工程參數(shù)，根據(jù)需要采取相應(yīng)的防滲措施，制定良好的運(yùn)行管理方案，可降低濕地對地下水的影響。
由于人工濕地具有低投資、低運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)、低能耗等優(yōu)點(diǎn)，在對水質(zhì)安全要求越來越嚴(yán)格的今天，人工濕地在污水與人類之間建立一道自然的屏障，在一定程度上可以確�；赜盟�的可靠性和安全性，其應(yīng)用前景廣闊。來源：水工業(yè)市場雜志 作者: 余 杰 田寧寧 錢靖華 李燕林 高成杰