太湖流域污水厂尾水
生态净化工程的长效运行对策研究
胡 颖
1,2
,张 蔚3
（1.福州大学 土木工程学院，福建 福州，350116;2.江苏城乡建设职业学院，江苏 常州，213147;
3.常州环保服务公司，江苏 常州，213022)
摘要：针对太湖流域污水厂低污染尾水影响入湖河流水质改善的现实，以低污染水氮磷深度削减为目标，
研究了生态净化技术运用于低污染水氮磷削减的系统方案。基于入湖污水处理厂低污染尾水的水质特征分析，对人工湿地应用于低污染尾水生态净化的途径进行了研究。对生态净化技术长效运行的制约因素进行分析，探索了人工湿地自碳源利用技术和人工湿地冬季保温措施与运行技术保障尾水生态净化工程的长效运行技术。研究成果应用于示范工程，处理效果良好，为太湖流域污水厂尾水生态净化技术示范与推广应用提供了技术支撑。
关键词：低污染水 ；污水厂尾水； 生态净化工程； 氮磷削减；长效运行
Research on Long-term Operation Countermeasures of Ecological Purification Engineering for Tail Water from
Wastewater Plant in Taihu Lake Basin
HU Ying1,2，ZHANG Wei3
(1.College of Civil Engineering, Fuzhou University, Fuzhou, Fujian 315108; 2.Jiangsu Urban and Rural Construction
College,
Changzhou,
Jiangsu
213147;3.Changzhou
Environmental
Services
Company,Changzhou,Jiangsu 213022)
Abstract：Water quality improvement of river in Taihu Lake basin was affected by lightly polluted tail water from wastewater plant. Aimed at deep removal of nitrogen and phosphorus from lightly polluted tail water, the system solutions applying ecological water purification technologies were studied .Based on the analysis on characteristics of water quality of lightly polluted tail water from wastewater plant, the application of constructed wetland in lightly polluted tail water using ecological way of purification was studied. The restricting factors of ecological purification technology long-term operation were analyzed. The technique of the carbon source utilization and winter heat preservation measures were used in constructed wetland was explored to ensure long-term operation of the tail water ecological purification engineering. Research results were applied to the demonstration project.The treatment effect is good. Technical support was provided for ecological purification technology demonstration and promotion in treating tail water from wastewater plant in Taihu Lake basin.
Key words: lightly polluted tail water; tail Water from wastewater plant; ecological purification engineering;nitrogen and phosphorus reduction; long-term operation
______________________________________________
收稿日期：2016-5-19
基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项“太湖富营养化控制与治理技术及工程示范项目”（项目编号：2012ZX07101006）
作者简介：胡颖（1972-），女，副教授/工程师，博士研究生，研究方向：水处理技术及非传统水源利用， E-mail:huying0627@sohu.com
0 概述
低污染水的治理是我国湖泊环境保护的重要组成部分，经过污水厂处理排放的尾水或污 染较重的沟渠水对于湖泊水体来说属于低污染水
[1-2]
，低污染水水质虽然属于轻度污染，但
由于其水量巨大,且对于受纳水体特别是敏感水体而言仍然施加了较重的污染负荷和生态毒性，如不进行有效处理，直接排入河流湖泊后，仍会对水质造成较大影响。
[3]
[4-5]
采取生态
工程手段对低污染水进行深度处理，可进一步削减污染负荷，以减轻湖泊流域水环境承载力的压力。
太湖是我国第三大淡水湖，位于中国长江三角洲核心区域，属于中国社会经济较发达地区。2001年以来，太湖水质一直处于劣Ⅲ类到Ⅲ类水质，且 70%以上水域面积处于中度富营养化水平，而营养盐一直是主要污染物之一。国家水体污染控制与治理科技重大专项—太湖富营养化控制与治理技术及工程示范项目课题组通过对环太湖25条主要河流污水处理厂排放口监测结果的分析得出，入湖河道污水处理厂低污染尾水的氮磷输入是太湖氮磷浓度超标的重要原因。因此，对污水处理厂低污染尾水进行深度净化，对于改善太湖水环境质量具有非常重要的现实意义，尤其对于中小规模的城镇及农村污水处理厂，与大规模城市污水处理厂相比，其进水水量、水质随季节变化较大，运行不稳定，出水水质达标率相对不高
[9]
[8]
[7]
[6]
，其尾水排入环太湖河流后，将成为太湖流域氮磷浓度超标的重要污染源。保护太湖水环
境的关键是削减源头污染，控制入湖污染物的总量，因此，开展入湖污水处理厂尾水深度生态净化技术研究与示范工程， 对减少排入太湖的污染物总量，保护太湖流域水环境意义重大。
1 污水厂尾水特征分析与处理工艺选择
1.1 尾水特征分析
“十一五”以来，尤其是2007年太湖水危机后，苏南地区加大了城镇污水处理厂的建设力度，到2011年底，实现161个建制镇污水处理设施全覆盖，新建设施排水均达到一级A标准
[10]
。苏南地区的城镇污水处理厂，分析其出厂尾水特征主要有:
(1)有机物含量低，氮磷含量较高。尤其冬季生物脱氮受到抑制，总氮达标排放难度较大。
[10]
(2)常规的污水处理措施大多用来处理污染物浓度较高的生活污水或工业废水，处理低污染水效果较差。
(3)出水水质与地表水环境质量标准还存在一定差距。从图1可以看出，即使出厂水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准，污水厂尾水中的污染物质仍然高于地表水Ⅴ类水污染物质的标准，部分指标甚至是地表水质量标准中的几倍。
生活污水为主市政污水处理厂生活污水为主市政污水处理厂低污染排放水低污染排放水暖季冬季新型防渗高效植物新型防渗高效植物生态沟渠处理系统生态沟渠处理系统新型防渗高效植物新型防渗高效植物生态塘处理系统生态塘处理系统暖暖季季运运行行，，冬冬季季底底泥泥疏疏浚浚潜流式缓释碳源复合潜流式缓释碳源复合填料土地处理系统填料土地处理系统选择性纳米材料选择性纳米材料深度除磷系统深度除磷系统冬冬季季运运行行，，夏夏季季修修复复与与再再生生排放河道排放河道
图1 污水处理厂出厂水水质与地表水Ⅴ类水水质比较
(4）流量大，负荷总量高，且波动性强。虽然水质污染程度较低，污染物浓度不高，但是因为入湖河流总流量大，所以输入湖泊的污染负荷量依然较高。温度、降雨量等气候条件会影响流域入湖河流的流量，暴雨冲刷以及地表径流的变化会影响入湖河流污染物的浓度和负荷量。入湖流量和污染物浓度的波动性，大大增加了污染控制与治理难度。
基于入湖污水处理厂低污染尾水的水质特征，对其进行深度净化的目标旨在有效削减出水氨氮和总磷，通过比选筛选出最佳可行适用的低污染水生态净化技术和组合模式，并探索污水处理厂尾水生态处理的长效运行管理模式。 1.2 尾水处理工艺选择
生态净化技术由于具有处理效果好、投资少、操作简单、维护和运行费用低等优点，
已越来越多地用于污水处理厂尾水的深度处理。而人工湿地因其投资运行费用低、二次污染少、运行维护方便、对负荷变化适应性强，处理效果稳定等优点成为尾水深度处理的主体工艺，并具有美化环境、与自然景观融为一体的特点
[7]
[11]
，尤其适用于资金相对不足、管理水
平相对偏低的相对分散的中、小城镇污水处理厂尾水的深度处理。国内的学者对不同类型人工湿地及其组合工艺应用于污水厂尾水的生态净化进行了深入研究与实践。近年来，为了提高生态净化技术的处理效果，微生物强化与生态净化耦合集成技术在污水处理厂尾水深度处
理中也逐渐得到研究和应用。如蒋岚岚等采用曝气生物强化氧化-三级表流湿地-二级潜流湿地-生物稳定塘复合型人工湿地工艺处理城镇污水处理厂尾水态砾石床组合工艺作为强化型前处理系统
[13]
[12]
；杨立君将生态氧化池／生
，与垂直流人工湿地工艺相结合，用于处理城市
污水处理厂尾水；张小东等采用生态填料人工湿地作为构筑物对某生态村中心湖的微污染水体进行处理
[14]
，均获得了理想的净化效果。
1.3 生态净化技术长效运行的制约因素分析
生态处理技术如人工湿地、氧化塘、生态沟渠等广泛应用于污水处理厂尾水生态净化
工程中，取得了一定的成效，但是由于生态技术的植物生长易受气候影响、占地规模大，而苏南地区人多地少，生态技术的施展空间受到制约，特别是生态处理技术在低温条件下的处理效果不佳，亟待在技术研发和应用上有所突破。因此，在冬季低温条件下生态净化技术氮磷稳定去除是目前生态处理技术进一步发展和推广应用的技术瓶颈。同时针对尾水生态处理技术，还缺乏在处理效果和经济适用的约束条件下的处理单元优化的技术方法，以及相应于水质特点和处理规模，符合太湖流域污水处理厂尾水特点的生态深度净化和资源化利用的技术方案。课题组通过比选筛选出最佳可行适用的低污染水生态净化技术和组合模式，并探索污水处理厂尾水生态处理的长效运行管理模式，以期实现太湖流域低污染水生态净化技术的示范与推广应用，提升太湖流域低污染水排放水质。
2 人工湿地应用于低污染尾水生态净化的途径研究
2.1 人工湿地优化组合研究
由于污水处理厂尾水中污染物数量多，成分复杂，尾水的处理技术具有不同的特点和
适用范围，用单一方法进行处理，无论从经济上还是技术上都很难完全解决水污染问题，应结合当地实际情况研究前置库、稳定塘、生态沟渠及表面流、水平潜流、垂直潜流人工湿地等处理单元优化布置，以期达到最佳处理效果，并构建丰富多样的景观效果。表面流人工湿地一般利用天然河道或洼地改造而成，投资较少，适用于湖泊周边河道的改造。其缺点是污染物去除效果有限，且冬季气温较低时水面结冰，引起去除效果大幅下降。在实际工程中很少单独使用该技术。而水平潜流具有卫生条件较好、占地较少、处理效好的优点，但除磷能力及对污水中氨氮的硝化能力不如垂直潜流人工湿地。垂直流人工湿地硝化作用相对较强，是废水净化的可靠天然处理系统，但夏季卫生条件较差，造价较高。因此在设计中应合理选择人工湿地种类并进行优化组合，且合理布置废水进入方式以期达到最佳处理效果。 2．2 湿地植物选择及配置技术研究
[4]
[4]
2.2.1 湿地植物的选择
植物是人工湿地的重要组成部分，作为湿地的初级生产者，可以直接吸收氮、磷和重金属等污染物质；光合作用产生的氧输送到根际可增加根际的DO，改变根际氧化还原条件，增加根际微生物的活性；植物发达的根系还可提高人工湿地的渗透系数。对于人工湿地处理系统而言，选择合适的水生植物很重要。选择植物时考虑的因素主要包括以下几个方面：(1）耐污能力强、去污效果好；（2）适合当地环境；(3)根系的发达程度；（4)有一定的经济价值。 2.2.2 湿地植物的配置
不同水生植物的生活型、生长周期、生长条件不同，由其构成的净化系统对水质改善的特征也不尽相同，因此人工湿地处理系统中水生植物的合理镶嵌组合能够提高系统的去除效率
[15]
，并发挥其最大净化潜力。在植物的配置方面，一是应考虑植物种类的多样性，二是
尽量采用本地植物。多种类植物的搭配，不仅在视觉效果上相互衬托，形成丰富而又错落有致的效果，对水体污染物处理的功能也能够互相补充，有利于实现生态系统的完全或半完全(配以必要的人工管理)的自我循环，从而使出水水质达到项目要求，同时保护湿地生态系统多样性和景观生态学效应。课题组依据太湖流域污水处理厂尾水的水质现状，构建了更适于低污染尾水的挺水—浮叶—沉水植物系统，形成了水上—水面—水下立体式景观效果，进一步削减有机污染物和氮磷等营养物质的浓度，从而达到深度净化尾水的目的。 2.2.3 湿地植物的栽种
人工湿地可选择一种或多种植物作为优势种搭配栽种，增加植物的多样性并具有景观效果。人工湿地植物种植的时间宜为春季。植物种植密度可根据植物种类与工程的要求调整，挺水植物的种植密度宜为 9~25株 /m2，浮水植物和沉水植物的种植密度均宜为 3~9 株/m2。 2.3 人工湿地强化技术研究
低污染尾水的低有机碳浓度影响反硝化脱氮及冬季时受气温影响除磷脱氮效率降低是
制约生态净化工程长效稳定运行的主要难题。课题组开发了人工湿地自碳源利用技术和人工湿地冬季保温措施与运行技术来保障尾水生态净化工程的长效运行。 2.3.1 人工湿地自碳源利用技术
碳源作为反硝化过程的电子供体，是影响人工湿地反硝化过程的主要因素。人工湿地的反硝化碳源主要来自于进水，但是由于进水中的溶解性有机碳浓度很低，并且大部分为难
太湖流域污水处理厂尾水生态净化工程的长效运行对策研究资料
