污水厂尾水处理人工湿地系统设计

廉卫平1，陈新1，党宏祖1，侯延福1，李军琪1，杨丹1

（1.中国市政工程西北设计研究院有限公司，甘肃 兰州730000）

摘要：为改善葫芦河流域生态环境，本次针对污水厂尾水，采用“表面流人工湿地+垂直流人工湿地”复合工艺进行处理。重点介绍了垂直潜流和表面流湿地的设计参数，同时根据工程环境提出本次设计的优化措施，最终实现湿地出水满足水质要求。

关键词：人工湿地；复合工艺；尾水处理；植物组合；水环境改善

随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，各种生活和工业污水日益增多，造成水资源的严重紧缺，同时给水环境造成严重危害。随着国家政策对水污染治理力度的加大，各地基本建立污水处理厂，对污水进行处理并达到一级A后进行排放，有效缓解了水环境污染问题。但是污水厂尾水与各流域水环境水质要求还有一定差距，尾水直接排放进入河湖水环境，对其仍会造成一定的破坏，因此需要采取措施对污水厂尾水进行深度处理。本文以工程实例为依据，针对污水厂尾水进行人工湿地系统设计，旨在通过人工湿地提高污水厂尾水水质，改善河流流域水环境和区域生态环境，同时形成适宜居民休闲游憩的重要场所，实现生态宜居城区的建设目标。

1. 工程概况

葫芦河作为流经静宁县的一条较大河流，葫芦河流域径流主要由降雨补给，降水量及其年内分配由于受大气环流及地形条件影响，由东向西、由南向北递减。受径流影响，葫芦河地表水环境容量有限，水质较差问题己成为制约区域项目环评审批、影响流域生态系统良性发展的突出问题。葫芦河静宁段水质达标压力大的原因涉及多个方面，主要原因是静宁县的工业废水、生活污水日益增加，给区域水环境造成很大压力。

为改善水环境，减轻区域水体达标压力，静宁县已建成污水处理厂对城区的生产、生活污水进行集中处理。污水厂污水近期处理规模2.00万m3/d，目前已建一期湿地设计处理规模为1.5万m3/d。为彻底解决污水厂尾水的污染问题，本工程湿地设计处理规模为0.5 万m3/d，通过降低向葫芦河水环境排放的污染物总量（或污染物浓度），进而使葫芦河水环境本底值处于较低水平，提高水环境单元的自净能力，改善葫芦河地表水水质。

2. 工艺设计

2.1工程进出水水质

（1）本设计污水处理进水水质：满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级A标准。

项目	COD	TP	NH3-N
一级A标准	50	0.5	5（8）

（2）本设计污水处理出水水质：COD、NH3-N、TP等年平均值需满足国家《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅳ类水标准中的规定（冬季不考核）。

序号	项目	（GB3838-2002）Ⅳ类标准限值
1	化学需氧量（COD）	≤30
2	氨氮（NH3-N）	≤1.5
3	总磷（TP）	≤0.3

2.2工艺流程设计

静宁县方圆污水处理厂尾水通过输水管线，采用一体化泵站将尾水提升至污水厂南侧的二期人工湿地入口，污水厂尾水依次流过表面流人工湿地和垂直流人工湿地处理，最终排入葫芦河。

当表面流湿地需要清淤停止运行时，可通过分水阀井直接将污水厂的水排入垂直流人工湿地的布水渠，经由垂直流湿地处理后，最终排入葫芦河。

2.3垂直潜流湿地设计

结合《人工湿地水质净化技术指南》与《人工湿地污水处理工程技术规范》（HJ2005-2010），确定垂直潜流人工湿地的主要设计参数，并计算垂直潜流人工湿地面积。

（1）本次设计垂直流人工湿地布置面积为18510m2，湿地单元格尺寸为50m×20m，单元格面积平均为1000m2。本次设计垂直流人工湿地考虑填料高度、以及超高，池体的总高度取1.9m。垂直潜流湿地工艺流程如下：

（2）进出水系统设计

本次设计确定垂直潜流湿地集配水渠断面尺寸为BxH=1.0×1.9m，进水管道由进水主管和进水支管组成，主管与支管呈“丰”字形布置，进水主管为PVC管，管径为φ110mm，进水支管为PVC管，管径为φ50mm，进水支管穿孔管孔径为φ10mm；

出水管道由出水主管和出水支管组成，主管与支管呈“丰”字形布置，出水主管为PVC管，管径为φ160mm，出水支管为PVC管，管径为φ75mm，出水支管穿孔管孔径为10mm。孔口间距为200mm。所有出水支管像出水主管方向设置坡度，坡度为5‰。

垂直潜流湿地每个单元设置2根进水主管，间距10m；2根出水主管间距10m；进水支管间距为2m，出水支管布置间距为2m，进水、出水支管长度为5m。

在进水主管进口和出水主管末端均设置阀门，用于湿地检修时控制湿地单元的进水和出水。末端出水渠的出水，最后通过排水管线进入葫芦河。

（3）防渗结构

本项目采用土工膜法进行防渗处理，土工膜规格为复合土工膜（两布一膜400g/0.5mm/400g），膜下设置20cm厚壤土垫层，压实度不低于0.93。

（4）填料设计

填料层由五部分组成，自上往下分别为保护层、配水层、主体层、过渡层、排水层。保护层选用中粗砂，配水层和排水层选用粒径较大的砾石，主体层选用沸石和陶粒。填料总铺设厚度为170cm。整个湿地填料层的空隙率宜控制为35%。

（5）植物设计

基于对当地本土湿地植物的调查，本项目在潜流湿地上种植挺水植物，植物种类有芦苇、香蒲、水芹。

2.4表面流人工湿地设计

本工程主要污染负荷由垂直潜流湿地处理，在满足垂直潜流湿地面积的前提下，剩余的区域设置表面流湿地，一方面可以作为调节池对污水厂来水进行调蓄，稳定湿地进水水流，另一方面可以作为预处理沉淀池，对污水厂进行沉淀处理。

表面流湿地占地面积为3982m2，当表流湿地正常运行时，污水处理厂的尾水经由一体化泵站提升至分水井，再经由管道自流进入表流湿地，表流湿地进口处设置生态砾石床，对进水进行过滤。出水经由连通管进入垂直潜流湿地。

当表流湿地需要检修维护时，污水处理厂的尾水经由分水井直接进入潜流湿地，同时表流湿地内的水体经由放空管进入退水管线，最终排入葫芦河。

表面流人工湿地的水深为0.3m~1.0m。表面流人工湿地的超高为0.5m。表面流人工湿地的岸坡坡度为1:4。

防渗采用垂直流湿地相同的防渗结构，采用复合土工膜规格为400g/0.5mm/400g，壤土垫层厚度200mm。

基于对当地本土湿地植物的调查，本项目在表面流湿地岸坡上种植挺水植物，植物种类有芦苇、香蒲、水芹。在池底种植沉水植物，植物种类有矮生苦草、黑藻、金鱼藻，均选取耐寒品种。

3. 设计特点

（1）污水厂尾水处理复合人工湿地的工艺优化

本工程采用“表面流人工湿地+垂直流人工湿地”：组合湿地结合表面流人工湿地和潜流湿地的特点，优缺点互补，占地面积适中，处理效果增强。

（2）湿地系统生态系统优化

本工程重点对植物设计选型等进行优化，优先选择适合本土寒冷环境的水生植物，对不同水深种植不同的植物，形成沉水植物、挺水植物的群落生态系统。

（3）垂直潜流湿地布水系统的优化

本工程两级湿地采用“下行流+上行流”的复合布水工艺，能够将垂直流人工湿地的硝化作用和潜流人工湿地的反硝化作用相结合，同时能够延长污水在湿地内的停留时间，使污染物得到充分处理。

4.结论与建议

（1）《“十三五”重点流域水环境综合治理建设规划》中明确将黄河流域葫芦河平凉段列为重点治理区域，本项目的实施对于加大水污染综合治理力度，保障静宁县出境河流水质安全与稳定，改善葫芦河流域的生态环境，提升城镇形象，改善人民居住与投资环境有较好的推动作用。

（2）人工湿地水质净化工程是一项系统工程，必须将工程建设与管理措施相结合，工程建设完成后必须对湿地进行长期的有效管理，才能充分发挥工程效益，从而达到本项目的目的。