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【摘 要】本文介绍了植物碎石床湿地处理低污染污水的工艺流程、参数确定、植物筛选等的方法及应用，为处理水量不大、水质变化不很大、管理水平不很高的低污染污水探索了一种科学有效的方法。
【关键词】植物碎石床湿地技术；出流改道；应用
0.前言
星云湖与抚仙湖为云南省九大高原湖泊中的二个姐妹湖，二湖与隔河相连，现状为>Ⅴ类水质的星云湖水流入基本为I类水质的抚仙湖，使具有“纳污吐清”特性、湖水更换周期达167年的抚仙湖受到严重的威胁。为了尽早扭转这一趋势，云南省决定实施抚仙湖、星云湖综合治理出流改道工程。
1.人工湿地的工艺流程及主要设计参数
1.1试验工程
1.1.1地点和目的
试验地点选在星云湖边，直接对星云湖出流湖水进行试验，试验结果不但对工程的设计有直接的指导意义，而且有很高的科学参考价值。本试验选在星云湖南岸江川县路居镇大凹村湖边，距星云湖500米。本项目试验不但为工程上马提供设计参数，还将为以后工程的运行提供管理维护经验。
1.1.2试验工艺流程及主要设计参数（以1000m3/d为例）
（1）工艺流程。
星云湖水→高等水生维菅束植物净化池→除藻池→一级水生物塘→一级植物碎石床→二级水生物塘→二级植物碎石床→植物砂滤池→出水
（2）设计主要参数。
①进水水量：1000m3/d。
②进水水质：星云湖水体平均浓度CODMn7.13mg/L；BOD54.15mg/L；叶绿素a48.61mg/m3；TN4.602mg/L；TP0.257mg/L；非离子氨0.060mg/L。
③主要构筑物设计参数（单位：米）。
A.一级水生物塘： （20.6+18.2）/2×7.5=145.5m2。
B.第一级植物碎石床： （17.9+14.6）/2×19.3=313.6m2。
C.二级水生物塘： （13.5+14.05）/2×9.2=125.1m2。
D.第二级植物碎石床： （14.01+12.55+16.85）/3×24.1=348.7m2。
E.植物砂滤池： （16.75+16.9）/2×8.9=149.7m2。
A～E的面积： 1082.6m2。
④水力停留时间。
A.一级水生物塘 5.59小时。
B.第一级植物碎石床 1.81小时。
C.二水生物塘 5.71小时。
D.第二级植物碎石床 1.77小时。
E.植物砂滤池 0.25小时。
A～E的停留时间： 15.13小时。
（3）布水。
流程各单元均采用平行布水，各单元之间进出水采用上进下出或下进上出方式。
1.1.3生态工程植物品种的选择
生态工程的植物品种主要选择适合当地条件的高等维管束植物。
（1）一级水生物塘。
考虑到以后出流水水质净化工程植物对环境的适应性，如水质、气温等生境条件。故一级水生物塘选用星云湖中的凤眼莲。
（2）第一级植物碎石床。
考虑到植物碎石床是本环境工程（即出流水水质净化工程）重要部分，同时此部分不在湖里和湖边带，故选用目前国内外人工湿地优良品种。经过近三年的筛选，主要植物为：芦苇、伞草、野姜花、风车草、菖蒲。
（3）二级水生物塘。
凤眼莲、大薸。
（4）第二级植物碎石床。
芦苇、伞草、美人蕉、马蹄莲、花叶芦荻。
（5）植物砂滤池。
芦苇、花叶芦荻。
1.1.4试验结果
本试验工程2001年9月5日建成栽种植物，经运行40个多月。40个月的运行试验结果说明，经本试验工程处理后的星云湖出水水质能够改善达到地表水III类水水质要求。结果见表2—1。由表可见试验湿地连续运行3年多的处理效果是很稳定的。
1.1.5现场试验结果及在出流改道工程中的可适性分析
从现场1000m3/d模拟试验测试结果（表2—1）可以看出：
（1）采用本生态净化工艺，星云湖湖水出流水能达到地表水III类水标准。
（2）本试验工艺除藻和去除叶绿素a效果好，去除率达99.87%和98.45%，成本又很低，不需耗能和不采用其它理化措施。
（3）非离子氨的去除能力也高，可达93.33%。
（4）BOD5去除率可达60.84%，CODMn去除率相对较低为：34.87%。
（5）TP去除率可达68.83%，TN去除率达到50.0%，NH3-N去除率54.13%。
（6）凤眼莲、大薸、芦苇、伞草、野姜花、花叶芦荻、美人蕉、风车草、马蹄莲比较适合本试验生长环境。
若采用本模拟示范试验的人工植物碎石床工艺及在星云湖出流前用挺水植物净化处理，净化1m3水仅需1.0平方米面积，水力停留时间小于24小时，就能够达到抚仙湖、星云湖出流改道工程中星云湖出流水III类水水质要求。
由于1000m3/d现场示范的条件和出流改道20万m3/d人工湿地条件基本相同，所以现场试验成果应该能够适应出流改道工程中的人工湿地。
表2—1出流水污染控制环境工程现场示范试验结果表（1000m3/d）
1.2人工湿地工程
1.2.1挺水植物带工艺设计
挺水植物带成U字型，占地总面积68.9亩，其中植物种植面积为54.2亩，沉砂区面积7.2亩，植物采用星云湖类芦苇。 1.2.2一期人工湿地工艺设计
人工湿地及砂滤池的运行水位控制在有效水深1.5m；一级生物塘水深不低于2.0m；二级生物塘的运行水位控制在有效水深2.0m。
第一期人工湿地占地面积为193.9亩，由处理系统1至处理系统4组成，含18个子系统。
（1）各子系统流程。
第一级植物碎石床→第二级植物碎石床→第二级水生物塘→第三级植物碎石床→砂滤池。
（2）进水布水方式。
一、二级人工湿地碎石床进出水采用穿孔管布水，从上部进水，从下部出水；二级生物塘采用“下—上—下”进出水方式；砂滤池采用上进下出方式布水，在顶部设置进水管均匀布水。
（3）设计坡度。
一、二级人工湿地碎石床设计底坡度0.3%～0.5%，设计水面坡度0.1%～0.2%；二级生物塘设计底坡0.3‰～0.5‰，设计水面坡度0.1%～0.2%；砂滤池设计底坡度0.2%～0.3%。
（4）工艺尺寸。
第一级人工湿地碎石床：35m×36m×1.5m，设计深度1.5m（内填碎石）。
第二级人工湿地碎石床：35m×35m×1.5m，设计深度1.5m（内填碎石）。
第二级植物塘：35m×32m×2.0m；设计深度2.0m。
第三级人工湿地碎石床：35m×53m×1.5m，设计深度1.5m（内填碎石）。
砂滤池：35m×18.5m×1.5m，设计深度1.5m（内填砂）。
1.2.3人工湿地水力负荷设计
（1）水力停留时间：19.3h；其中第一级生物塘：5.8h第一级植物碎石床：1.7h；第二级植物碎石床：1.7h；第二级生物塘：7.7h； 第三级植物碎石床：2.44h。
（2）水力负荷：0.8～1.0m3/m2.d。
1.2.4植物设计（一期）
（1）植物品种设计。
植物品种设计采用与实验相同的方案，主要品种有：凤眼莲、芦苇、伞草、野姜花、风车草、菖蒲、大薸、美人蕉、马蹄莲、花叶芦荻等。
（2）植物栽种规格。
1）植物碎石床：10棵/m2；2行/m2，每行5棵。
2）水生物塘：50棵/m2。
1.2.5人工湿地施工及初期运行
人工湿地于2005年12月开始建设，2008年10月主遂洞贯通可通水进行湿地植物的移栽，通过近一年的植被养护，环保部门对人工湿地出流水检测结果为除TN、TP稍超标外，其他指标均达到地表水III类水标准。水质指标TN、TP超标主要因为进水量可能偏大（大于设计进水量1.16m3/s）及湿地植被生长不均和生长量未达到设计生长量。
2.结束语
人工湿地污水处理系统是一个综合的生态系统，具有如下优点：
①建造和运行费用便宜；②易于维护，技术含量低；③可进行有效可靠的低污染废水处理；④可提供和间接提供效益，如水产、畜产、绿化、野生动物栖息等。但也有不足：①占地面积大；②易受病虫害影响；③生物和水力复杂性加大了对其处理机制、工艺动力学和影响因素的认识理解，设计运行参数不精确且因地域性强。另外，植物的生长状况对人工湿地系统处理效率影响极大，要达到其最优效率时，需2～3个生长周期，所以需建成几年后才达到完全稳定的运行。
【关键词】植物碎石床湿地技术；出流改道；应用
0.前言
星云湖与抚仙湖为云南省九大高原湖泊中的二个姐妹湖，二湖与隔河相连，现状为>Ⅴ类水质的星云湖水流入基本为I类水质的抚仙湖，使具有“纳污吐清”特性、湖水更换周期达167年的抚仙湖受到严重的威胁。为了尽早扭转这一趋势，云南省决定实施抚仙湖、星云湖综合治理出流改道工程。
1.人工湿地的工艺流程及主要设计参数
1.1试验工程
1.1.1地点和目的
试验地点选在星云湖边，直接对星云湖出流湖水进行试验，试验结果不但对工程的设计有直接的指导意义，而且有很高的科学参考价值。本试验选在星云湖南岸江川县路居镇大凹村湖边，距星云湖500米。本项目试验不但为工程上马提供设计参数，还将为以后工程的运行提供管理维护经验。
1.1.2试验工艺流程及主要设计参数（以1000m3/d为例）
（1）工艺流程。
星云湖水→高等水生维菅束植物净化池→除藻池→一级水生物塘→一级植物碎石床→二级水生物塘→二级植物碎石床→植物砂滤池→出水
（2）设计主要参数。
①进水水量：1000m3/d。
②进水水质：星云湖水体平均浓度CODMn7.13mg/L；BOD54.15mg/L；叶绿素a48.61mg/m3；TN4.602mg/L；TP0.257mg/L；非离子氨0.060mg/L。
③主要构筑物设计参数（单位：米）。
A.一级水生物塘： （20.6+18.2）/2×7.5=145.5m2。
B.第一级植物碎石床： （17.9+14.6）/2×19.3=313.6m2。
C.二级水生物塘： （13.5+14.05）/2×9.2=125.1m2。
D.第二级植物碎石床： （14.01+12.55+16.85）/3×24.1=348.7m2。
E.植物砂滤池： （16.75+16.9）/2×8.9=149.7m2。
A～E的面积： 1082.6m2。
④水力停留时间。
A.一级水生物塘 5.59小时。
B.第一级植物碎石床 1.81小时。
C.二水生物塘 5.71小时。
D.第二级植物碎石床 1.77小时。
E.植物砂滤池 0.25小时。
A～E的停留时间： 15.13小时。
（3）布水。
流程各单元均采用平行布水，各单元之间进出水采用上进下出或下进上出方式。
1.1.3生态工程植物品种的选择
生态工程的植物品种主要选择适合当地条件的高等维管束植物。
（1）一级水生物塘。
考虑到以后出流水水质净化工程植物对环境的适应性，如水质、气温等生境条件。故一级水生物塘选用星云湖中的凤眼莲。
（2）第一级植物碎石床。
考虑到植物碎石床是本环境工程（即出流水水质净化工程）重要部分，同时此部分不在湖里和湖边带，故选用目前国内外人工湿地优良品种。经过近三年的筛选，主要植物为：芦苇、伞草、野姜花、风车草、菖蒲。
（3）二级水生物塘。
凤眼莲、大薸。
（4）第二级植物碎石床。
芦苇、伞草、美人蕉、马蹄莲、花叶芦荻。
（5）植物砂滤池。
芦苇、花叶芦荻。
1.1.4试验结果
本试验工程2001年9月5日建成栽种植物，经运行40个多月。40个月的运行试验结果说明，经本试验工程处理后的星云湖出水水质能够改善达到地表水III类水水质要求。结果见表2—1。由表可见试验湿地连续运行3年多的处理效果是很稳定的。
1.1.5现场试验结果及在出流改道工程中的可适性分析
从现场1000m3/d模拟试验测试结果（表2—1）可以看出：
（1）采用本生态净化工艺，星云湖湖水出流水能达到地表水III类水标准。
（2）本试验工艺除藻和去除叶绿素a效果好，去除率达99.87%和98.45%，成本又很低，不需耗能和不采用其它理化措施。
（3）非离子氨的去除能力也高，可达93.33%。
（4）BOD5去除率可达60.84%，CODMn去除率相对较低为：34.87%。
（5）TP去除率可达68.83%，TN去除率达到50.0%，NH3-N去除率54.13%。
（6）凤眼莲、大薸、芦苇、伞草、野姜花、花叶芦荻、美人蕉、风车草、马蹄莲比较适合本试验生长环境。
若采用本模拟示范试验的人工植物碎石床工艺及在星云湖出流前用挺水植物净化处理，净化1m3水仅需1.0平方米面积，水力停留时间小于24小时，就能够达到抚仙湖、星云湖出流改道工程中星云湖出流水III类水水质要求。
由于1000m3/d现场示范的条件和出流改道20万m3/d人工湿地条件基本相同，所以现场试验成果应该能够适应出流改道工程中的人工湿地。
表2—1出流水污染控制环境工程现场示范试验结果表（1000m3/d）
1.2人工湿地工程
1.2.1挺水植物带工艺设计
挺水植物带成U字型，占地总面积68.9亩，其中植物种植面积为54.2亩，沉砂区面积7.2亩，植物采用星云湖类芦苇。 1.2.2一期人工湿地工艺设计
人工湿地及砂滤池的运行水位控制在有效水深1.5m；一级生物塘水深不低于2.0m；二级生物塘的运行水位控制在有效水深2.0m。
第一期人工湿地占地面积为193.9亩，由处理系统1至处理系统4组成，含18个子系统。
（1）各子系统流程。
第一级植物碎石床→第二级植物碎石床→第二级水生物塘→第三级植物碎石床→砂滤池。
（2）进水布水方式。
一、二级人工湿地碎石床进出水采用穿孔管布水，从上部进水，从下部出水；二级生物塘采用“下—上—下”进出水方式；砂滤池采用上进下出方式布水，在顶部设置进水管均匀布水。
（3）设计坡度。
一、二级人工湿地碎石床设计底坡度0.3%～0.5%，设计水面坡度0.1%～0.2%；二级生物塘设计底坡0.3‰～0.5‰，设计水面坡度0.1%～0.2%；砂滤池设计底坡度0.2%～0.3%。
（4）工艺尺寸。
第一级人工湿地碎石床：35m×36m×1.5m，设计深度1.5m（内填碎石）。
第二级人工湿地碎石床：35m×35m×1.5m，设计深度1.5m（内填碎石）。
第二级植物塘：35m×32m×2.0m；设计深度2.0m。
第三级人工湿地碎石床：35m×53m×1.5m，设计深度1.5m（内填碎石）。
砂滤池：35m×18.5m×1.5m，设计深度1.5m（内填砂）。
1.2.3人工湿地水力负荷设计
（1）水力停留时间：19.3h；其中第一级生物塘：5.8h第一级植物碎石床：1.7h；第二级植物碎石床：1.7h；第二级生物塘：7.7h； 第三级植物碎石床：2.44h。
（2）水力负荷：0.8～1.0m3/m2.d。
1.2.4植物设计（一期）
（1）植物品种设计。
植物品种设计采用与实验相同的方案，主要品种有：凤眼莲、芦苇、伞草、野姜花、风车草、菖蒲、大薸、美人蕉、马蹄莲、花叶芦荻等。
（2）植物栽种规格。
1）植物碎石床：10棵/m2；2行/m2，每行5棵。
2）水生物塘：50棵/m2。
1.2.5人工湿地施工及初期运行
人工湿地于2005年12月开始建设，2008年10月主遂洞贯通可通水进行湿地植物的移栽，通过近一年的植被养护，环保部门对人工湿地出流水检测结果为除TN、TP稍超标外，其他指标均达到地表水III类水标准。水质指标TN、TP超标主要因为进水量可能偏大（大于设计进水量1.16m3/s）及湿地植被生长不均和生长量未达到设计生长量。
2.结束语
人工湿地污水处理系统是一个综合的生态系统，具有如下优点：
①建造和运行费用便宜；②易于维护，技术含量低；③可进行有效可靠的低污染废水处理；④可提供和间接提供效益，如水产、畜产、绿化、野生动物栖息等。但也有不足：①占地面积大；②易受病虫害影响；③生物和水力复杂性加大了对其处理机制、工艺动力学和影响因素的认识理解，设计运行参数不精确且因地域性强。另外，植物的生长状况对人工湿地系统处理效率影响极大，要达到其最优效率时，需2～3个生长周期，所以需建成几年后才达到完全稳定的运行。