摘要：基于浙江省污水處理廠主要工藝現(xiàn)狀及常用提標(biāo)技術(shù)，調(diào)研了幾個(gè)主要污水處理廠尾水人工濕地技術(shù)深度處理運(yùn)行效果及投資情況，分析了人工濕地的影響因素，并從技術(shù)規(guī)范等角度探討了人工濕地深度提標(biāo)的可行性。結(jié)果表明，人工濕地深度處理尾水后的出水水質(zhì)基本可以滿(mǎn)足地表水Ⅳ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)，但人工濕地占地面積大、投資大，應(yīng)用時(shí)需根據(jù)提標(biāo)要求進(jìn)行深入論證，綜合考慮尾水水質(zhì)、占地面積及場(chǎng)地、投資及運(yùn)行管理成本、季節(jié)等影響因素，同時(shí)結(jié)合當(dāng)?shù)丶夹g(shù)、經(jīng)濟(jì)、水環(huán)境等情況。

作者簡(jiǎn)介：孔令為（1984- ），浙江省環(huán)境保護(hù)科學(xué)設(shè)計(jì)研究院高級(jí)工程師，河南商丘人，博士/博士后，主要研究方向?yàn)樗�處理技術(shù)、生態(tài)修復(fù)和環(huán)保新材料研發(fā)等。

2015年4月，國(guó)務(wù)院正式發(fā)布的《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》即“水十條”中明確提出了治理目標(biāo)，截至2017年前消滅劣Ⅴ類(lèi)水體。“水十條”的重要目標(biāo)就是治理劣Ⅴ類(lèi)水，通過(guò)提高污水處理廠的排放標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到治理目的。國(guó)家環(huán)保部2015年發(fā)布的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（征求意見(jiàn)稿）中新標(biāo)準(zhǔn)排放限值總體與《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—2002）Ⅳ類(lèi)水質(zhì)要求相當(dāng)（TN除外），可以滿(mǎn)足生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠排放控制的需求（NH3-N、TN、糞大腸菌群數(shù)除外）。

浙江省于2013 年提出“五水共治” “治污先行”等重要決策，并取得了明顯的成效，2016年全省221個(gè)地表水省控監(jiān)測(cè)斷面中，劣Ⅴ類(lèi)水質(zhì)斷面占比由2013年的12.20%降至2.70%，并提出于2017年底全省徹底消滅劣Ⅴ類(lèi)水?dāng)嗝妗Ｈ欢鴱木唧w技術(shù)指標(biāo)看，即使城鎮(zhèn)污水處理廠全部執(zhí)行一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，排出的水質(zhì)依然為劣Ⅴ類(lèi)，如果沒(méi)有更高的污水排放標(biāo)準(zhǔn)，則難以實(shí)現(xiàn)消滅劣Ⅴ類(lèi)水體的目標(biāo)。同時(shí)污水廠一級(jí)A出水標(biāo)準(zhǔn)中氮、磷含量依然偏高，如果直接補(bǔ)充河道、湖泊、城市景觀用水時(shí)，會(huì)產(chǎn)生水體富營(yíng)養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)。因此，后續(xù)在達(dá)到一級(jí) A標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，城鎮(zhèn)污水處理廠需要進(jìn)行提標(biāo)處理。

NO.1

浙江省城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)現(xiàn)狀研究

目前，浙江省已建成各類(lèi)規(guī)模城鎮(zhèn)污水處理廠296座，污水處理能力達(dá)到1 224.55×104m3/d。浙江省城鎮(zhèn)污水處理廠排放的污水量約占全省總污水量的60%，是浙江省水體污染物減排與水環(huán)境質(zhì)量改善的重點(diǎn)。根據(jù)《浙江省水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》的目標(biāo)要求在2017年底前，所有城鎮(zhèn)污水處理廠出水水質(zhì)執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，而截至2016年底數(shù)據(jù)顯示，在已建成的城鎮(zhèn)污水處理廠中，出水執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的有243座，占總數(shù)的82%。浙江省城鎮(zhèn)污水處理廠的主要處理工藝為“厭氧-缺氧-好氧”的污水處理工藝（A2/O）、序批式活性污泥法（SBR）、循環(huán)式活性污泥法（CAST）、氧化溝等（見(jiàn)圖1）。

圖1 2016年浙江省城鎮(zhèn)污水處理廠處理工藝選擇情況

而現(xiàn)階段針對(duì)不同工藝和運(yùn)行狀況的城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)的主要技術(shù)有Fenton催化氧化、碳源投加、短程硝化反硝化、厭氧氨氧化、同步硝化反硝化技術(shù)、反硝化除磷技術(shù)、好氧顆粒污泥、膜生物反應(yīng)器、反硝化濾池、人工濕地等。

由于浙江省內(nèi)水環(huán)境質(zhì)量要求日趨嚴(yán)格，各地基于自身現(xiàn)狀條件對(duì)污水處理廠排放限值提出了更高的要求，目前已制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的包含金華、臺(tái)州、衢州等地。為提高治污績(jī)效，金華市在市區(qū)污水處理廠實(shí)行嚴(yán)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、低于地表水Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠排放“金華標(biāo)準(zhǔn)”，要求氨氮排放濃度≤1mg/L、總磷≤0.35mg/L；“衢州標(biāo)準(zhǔn)”與“淳安標(biāo)準(zhǔn)”明確了出水水質(zhì)除總氮外，其他污水排放指標(biāo)基本達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—2002）Ⅳ類(lèi)水質(zhì)；而臺(tái)州市路橋污水處理廠“準(zhǔn)Ⅳ類(lèi)”提標(biāo)工程是基于一級(jí)A提標(biāo)的基礎(chǔ)上的再次提標(biāo)，率先在全省實(shí)現(xiàn)出水達(dá)到“準(zhǔn)Ⅳ類(lèi)”標(biāo)準(zhǔn)。

NO.2

污水處理廠尾水人工濕地技術(shù)提標(biāo)研究

與常規(guī)尾水提標(biāo)工藝相比，人工濕地由于具有污水凈化和景觀營(yíng)造的雙重作用，且建造運(yùn)行成本較低、維護(hù)管理相對(duì)簡(jiǎn)便，在城鎮(zhèn)污水處理廠尾水深度處理中受到了較為廣泛的關(guān)注，比較適宜作為城鎮(zhèn)污水處理廠尾水深度處理的技術(shù)，將出水標(biāo)準(zhǔn)由《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)的一級(jí)B或一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)提升至《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—2002）的Ⅴ類(lèi)及以上標(biāo)準(zhǔn)，消滅劣Ⅴ類(lèi)水體。

2.1 浙江省應(yīng)用案例調(diào)研

2010年關(guān)于我國(guó)人工濕地工程情況的系統(tǒng)性研究結(jié)果顯示：人工濕地工程已在我國(guó)30%以上的地區(qū)得到應(yīng)用，建設(shè)區(qū)域較廣泛，其處理規(guī)模多為1000~20000m3/d，其中處理規(guī)模小于5000m3/d的工程數(shù)量占調(diào)查總數(shù)的62.50%，處理規(guī)模為10000~1000000m3/d的工程總量所占比例為28.70%。

目前，城鎮(zhèn)污水處理廠尾水人工濕地提標(biāo)處理在浙江省已經(jīng)有了應(yīng)用，主要集中在金華、杭州、嘉興等地區(qū)。比較典型的有浦江第一、第二和第四污水處理廠，義烏、東陽(yáng)、臨安城市污水處理廠以及海寧尖山污水處理廠。

所調(diào)研縣（市）城鎮(zhèn)污水處理廠尾水深度處理人工濕地工程的綜合分析見(jiàn)表1。從表1可知，采用人工濕地技術(shù)對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠尾水進(jìn)行深度處理的項(xiàng)目中，臨安城鎮(zhèn)污水處理廠出水標(biāo)準(zhǔn)由《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)B提升至一級(jí)A，其他均為從《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）一級(jí)A至地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅴ類(lèi)。

表1 所調(diào)研縣（市）污水處理廠深度處理綜合情況

所調(diào)研案例中，僅有臨安污水處理廠的人工濕地處理系統(tǒng)已經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，其他縣市均處于調(diào)試及試運(yùn)行階段。根據(jù)各地市測(cè)試數(shù)據(jù)（部分污水廠沒(méi)有測(cè)TN指標(biāo)），所調(diào)研城鎮(zhèn)污水處理廠尾水人工濕地深度處理效果良好（見(jiàn)表2）。

表2 所調(diào)研縣市水質(zhì)數(shù)據(jù)自行檢測(cè)結(jié)果匯總 mg·L-1

2.2應(yīng)用制約因素研究

2.2.1溫度的影響

一般來(lái)說(shuō)，人工濕地對(duì)COD有較高的去除率，大多數(shù)濕地系統(tǒng)的去除率為80%~90%，COD的去除率與各種微生物數(shù)量有明顯的相關(guān)性；人工濕地的脫氮主要靠微生物的硝化、反硝化作用來(lái)實(shí)現(xiàn)；人工濕地系統(tǒng)對(duì)磷的去除途徑最主要是基質(zhì)對(duì)磷的吸附沉淀作用，植物吸收對(duì)有機(jī)磷的去除效率影響不大。

但值得注意的是，溫度對(duì)人工濕地處理效率的影響比較顯著。大量的研究結(jié)果表明，硝化反應(yīng)的最適溫度為25~30℃，當(dāng)溫度＜15℃時(shí)，硝化細(xì)菌的硝化速率明顯下降，活性也大幅度下降；Crites等研究發(fā)現(xiàn)，在10℃時(shí)硝化速率比較穩(wěn)定，低于此溫度，濕地處理效率明顯下降；在溫度＜5℃時(shí)硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)幾乎停止，低溫會(huì)抑制硝化細(xì)菌的最大比生長(zhǎng)速率。反硝化反應(yīng)的最適溫度為20~40℃，當(dāng)溫度＜15℃時(shí)，反硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖和代謝速率都明顯下降，溫度為8℃時(shí)的反硝化速率還不到溫度為30℃時(shí)的1/7，低溫會(huì)影響反硝化菌活性，進(jìn)而影響反硝化菌的脫氮效果。Brodrick等研究發(fā)現(xiàn)反硝化速率在5℃左右時(shí)非常低，很大程度上限制了濕地脫氮作用的發(fā)揮。低溫還會(huì)影響微生物的生理特性，主要是對(duì)微生物的細(xì)胞膜及其攝取養(yǎng)分、代謝、蛋白質(zhì)的合成、細(xì)胞分裂和RNA合成造成影響。針對(duì)此問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了一系列研究。Wallace等提出在亞寒帶地區(qū)冬季，進(jìn)行適當(dāng)?shù)母綦x設(shè)計(jì)，研究表明不同覆蓋物對(duì)系統(tǒng)處理性能有很大影響。周鍵等研究了序批式人工濕地低溫脫氮效能的試驗(yàn)表明，在冬季低溫下序批式濕地運(yùn)行工況良好，出水水質(zhì)達(dá)到一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；劉學(xué)燕等將人工濕地進(jìn)行改造，使其具有防凍，高氧傳送功能，此系統(tǒng)在溫度＜4℃時(shí)硝化反應(yīng)也能進(jìn)行。但以上研究均為實(shí)驗(yàn)室短期試驗(yàn)，并不能保證整個(gè)冬季的長(zhǎng)期運(yùn)行。因此，采用人工濕地技術(shù)，需要考慮季相變非植物生長(zhǎng)季節(jié)系統(tǒng)處理效率降低的問(wèn)題。

2.2.2 基質(zhì)堵塞的影響

長(zhǎng)期運(yùn)行的人工濕地會(huì)受到有機(jī)物積累、懸浮顆粒物沉積、淤堵層在水流作用下的機(jī)械壓縮以及細(xì)小顆粒物隨水遷移等作用導(dǎo)致基質(zhì)的堵塞，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。堵塞物質(zhì)在濕地表層和上層大量累積，不僅對(duì)濕地水力停留時(shí)間有極大的影響，還會(huì)導(dǎo)致濕地出現(xiàn)表面流、短流等問(wèn)題，從而影響濕地對(duì)于污水的處理效果，導(dǎo)致出水水質(zhì)惡化。Knowles等研究了25個(gè)水平潛流人工濕地，這些濕地內(nèi)的基質(zhì)直徑在6~11mm之間，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大粒徑的基質(zhì)并沒(méi)有影響濕地的處理效果。通過(guò)增加填料的粒徑，可逐漸提高濕地的壽命。除了粒徑的大小之外，基質(zhì)的粒度和形狀同樣會(huì)影響濕地的滲透系數(shù)。填料棱角的存在會(huì)增加生物膜的附著面，減小濕地的孔隙率，加劇濕地的堵塞。Morales等研究了填料不同的排列方式對(duì)濕地堵塞的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過(guò)合理的排列，可以增加濕地的自然曝氣，從而延緩濕地的堵塞。人工濕地的堵塞是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，為了深入探討堵塞的機(jī)理，有必要對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)研究。前人考慮了生物膜堵塞和有機(jī)顆粒堵塞，并將其分開(kāi)進(jìn)行了對(duì)比研究，但實(shí)際情況要更加復(fù)雜，除這些之外，還存在無(wú)機(jī)顆粒的堵塞，以及這些堵塞相互作用的情況存在，目前還缺乏對(duì)這些問(wèn)題的詳細(xì)研究。

2.2.3 運(yùn)行維護(hù)管理的影響

雖然與傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)和工藝相比，人工濕地的運(yùn)行管理更簡(jiǎn)單，但不能因此忽視運(yùn)行管理的重要性。人工濕地存在堵塞、基質(zhì)表面板結(jié)、低溫運(yùn)行效率低、布水不均勻、植物病蟲(chóng)害以及植物需定期收割等問(wèn)題，如果不進(jìn)行科學(xué)的運(yùn)行管理，會(huì)使人工濕地系統(tǒng)功能得不到發(fā)揮，容易造成污染物去除效率降低、使用壽命減少等問(wèn)題，使得建成的人工濕地最終荒廢，大大縮短工程使用年限。

NO.3

污水處理廠尾水深度提標(biāo)可行性研究

3.1 污水處理廠尾水人工濕地處理提標(biāo)效果

對(duì)于人工濕地技術(shù)的去除率沒(méi)有準(zhǔn)確定論，這與人工濕地類(lèi)型、結(jié)構(gòu)及尺寸設(shè)計(jì)、植物選取、處理的水質(zhì)和水量等多種因素有關(guān)。因此，對(duì)于城鎮(zhèn)污水處理廠尾水人工濕地技術(shù)的去除率，并沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，只能通過(guò)研究人員的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及相似工程案例類(lèi)比分析。

《人工濕地污水處理工程技術(shù)規(guī)范》（HJ2005—2010）中對(duì)人工濕地技術(shù)污染物去除率從綜合的角度進(jìn)行了寬泛的界定（具體數(shù)值詳見(jiàn)表3），其中潛流式人工濕地，尤其是垂直流人工濕地具有更好的水質(zhì)凈化效果。

表3 人工濕地污染物去除效率 %

不同類(lèi)型人工濕地將城鎮(zhèn)污水處理廠尾水從一級(jí)A提升至地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的情況（采用表流式+潛流式組合方式，取下限值）如表4所示。通過(guò)對(duì)比可知，城鎮(zhèn)污水處理廠尾水采用人工濕地處理技術(shù)提標(biāo)，如果濕地類(lèi)型或不同類(lèi)型的組合選擇適當(dāng)，且面積設(shè)置合理，深度處理后的出水理論上基本可以滿(mǎn)足“準(zhǔn)Ⅳ類(lèi)”標(biāo)準(zhǔn)（不考慮總氮指標(biāo)）。

表4城鎮(zhèn)污水處理廠尾水人工濕地深度處理提標(biāo)預(yù)期效果 mg·L-1

3.2 人工濕地處理水量與人工濕地面積關(guān)系

圖2是人工濕地處理水量與濕地面積經(jīng)單因素方差分析后的相關(guān)性擬合圖。由圖2中擬合曲線可知，隨著濕地處理水量的增加，濕地面積也基本成曲線增長(zhǎng)（R2=0.5527）。不過(guò)線性擬合數(shù)據(jù)由于樣本量過(guò)少，不具有代表性，僅能解釋目前樣本容量下兩者間的大概關(guān)系與相關(guān)趨勢(shì)。污水深度處理提標(biāo)若采用人工濕地工藝，按純生活污水處理廠及工業(yè)廢水占比0~50%的污水處理廠提標(biāo)需求計(jì)計(jì)，需新增的土地約為40畝/104m3水，而目前浙江省的大部分城鎮(zhèn)污水處理廠在建設(shè)時(shí)未考慮深度提標(biāo)的土地預(yù)留，深度處理水質(zhì)提標(biāo)如采用人工濕地技術(shù)，土地局限性明顯，不利于提標(biāo)。

圖2 受調(diào)研人工濕地處理水量與濕地面積相關(guān)性擬合圖

3.3 人工濕地處理水量與人工濕地投資關(guān)系

我國(guó)已建成的部分人工濕地工程（處理各種廢水）占地指標(biāo)區(qū)間在0.003~0.045畝/（m3·d-1）之間，而調(diào)研中浙江省的人工濕地占地指標(biāo)區(qū)間偏小，為0.002~0.006畝/（m3·d-1）。有資料顯示，采用人工濕地技術(shù)（以潛流式人工濕地為例）將城鎮(zhèn)污水處理廠尾水水質(zhì)從《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)提升到地表水Ⅴ類(lèi)~Ⅲ類(lèi)，所需要的占地面積為0.0015~0.007 5畝/（m3·d-1），如城鎮(zhèn)污水處理廠尾水要達(dá)到或接近地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的Ⅳ類(lèi)水質(zhì)，所需占地指標(biāo)估算為0.0045畝/（m3·d-1）。一般來(lái)說(shuō)，同種工藝參數(shù)前提下（如水力負(fù)荷），處理水量的增加會(huì)導(dǎo)致占地面積的增大，面積的增大又會(huì)造成投資的增加。人工濕地處理水量與投資的關(guān)系見(jiàn)圖3。根據(jù)所調(diào)研的案例數(shù)據(jù)分析可知，隨著人工濕地處理水量的增加，人工濕地的投資呈曲線增長(zhǎng)，即人工濕地投資與進(jìn)水量的變化成正相關(guān)（R2=0.9927）。理論上采用人工濕地技術(shù)可以達(dá)到“準(zhǔn)Ⅳ類(lèi)”標(biāo)準(zhǔn)（TN除外），但投資巨大，應(yīng)根據(jù)提標(biāo)需求進(jìn)行深入論證。

圖3 受調(diào)研人工濕地處理水量與人工濕地投資的關(guān)系

NO.4

結(jié)語(yǔ)

①采用人工濕地處理達(dá)到一級(jí)A出水標(biāo)準(zhǔn)的城鎮(zhèn)污水處理廠尾水，如果濕地類(lèi)型或不同種類(lèi)的濕地組合選擇適當(dāng)，同時(shí)面積設(shè)置合理，深度處理后的出水水質(zhì)基本可以滿(mǎn)足地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅳ類(lèi)水。

②隨著人工濕地處理水量的增加，所需濕地面積呈曲線增長(zhǎng)，人工濕地面積與進(jìn)水量的變化成正比；隨著人工濕地處理水量的增加，人工濕地的投資呈曲線增長(zhǎng)，即人工濕地投資與進(jìn)水量的變化成正相關(guān)（R2=0.9927）。

③城鎮(zhèn)污水處理廠尾水人工濕地深度處理提標(biāo)工程應(yīng)該綜合考慮尾水處理達(dá)標(biāo)與否、占地面積及場(chǎng)地選擇是否合理、投資及運(yùn)行管理成本、季節(jié)影響等多種因素，應(yīng)因地制宜，針對(duì)性地組織專(zhuān)家進(jìn)行可研及后續(xù)設(shè)計(jì)論證。

④建議不要盲目跟“高標(biāo)準(zhǔn)”風(fēng)，一定要結(jié)合當(dāng)?shù)丶夹g(shù)、經(jīng)濟(jì)、水環(huán)境等綜合考慮，既要推進(jìn)提標(biāo)改造項(xiàng)目，又要做到錢(qián)花到刀刃上；鼓勵(lì)一些工業(yè)廢水占比小、處于環(huán)境敏感區(qū)域上游、具備用地條件的城鎮(zhèn)污水處理廠開(kāi)展尾水人工濕地技術(shù)處理。

本文詳細(xì)內(nèi)容參見(jiàn)2019年1月《中國(guó)給水排水》第2期 “浙江省城鎮(zhèn)污水處理廠尾水人工濕地深度提標(biāo)研究”，作者：孔令為1、邵衛(wèi)偉1、梅榮武1、王曉敏1、譚映宇1、蔣濤1、魏俊2、黃冠中1，單位：1.浙江省環(huán)境保護(hù)科學(xué)設(shè)計(jì)研究院；2.中國(guó)電建集團(tuán)華東勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司。

該文標(biāo)準(zhǔn)引用格式：

孔令為，邵衛(wèi)偉，梅榮武，等. 浙江省城鎮(zhèn)污水處理廠尾水人工濕地深度提標(biāo)研究[J]. 中國(guó)給水排水，2019，35（2）：39-43.

Kong Lingwei，Shao Weiwei，Mei Rongwu，et al. Study on constructed wetland for advanced treatment of terminal effluent of wastewater treatment plant in Zhejiang Province[J]. China Water & Wastewater, 2019，35（2）：39-43(in Chinese).

編輯：任瑩瑩

制作：文凱