苏州人工湿地尾水处理技术应用

苏州人工湿地尾水处理技术应用

以常熟新材料产业园尾水提标湿地为例

杜建强 杜滢明 张翔 张瑛

苏州德华生态环境科技股份有限公司

杜建强，杜滢明，张翔等.2023.苏州人工湿地尾水处理技术应用—以常熟新材料产业园尾水提标湿地为例[J]. 湿地科学与管理, 19(5): 54-59

为探究污水处理厂尾水处理的长期效益以及探究双碳政策下尾水提标湿地的贡献，开展进出水水质监测及碳储量分析研究。以常熟新材料产业园尾水提标湿地为例开展应用研究，结果表明：尾水提标湿地出水主要指标（COD_Cr、氨氮、总磷等）稳定优于地表Ⅳ类水标准；垂直流湿地的硝化效率高，实验期间不同温度和运行水位情况下，硝化效率平均为0.820；湿地碳储量丰富，年生态碳汇固碳量达1419t CO₂。常熟新材料产业园尾水提标湿地的组合型工艺运行长效稳定，运行9a湿地出水稳定优于地表Ⅳ类水标准，该湿地具有丰富的碳汇，体现了湿地的多功能效益。

一、尾水提标湿地

项目针对污水厂尾水大水量低浓度的特点进行了工艺创新，采用“调节池—垂直流湿地—生态塘—表面流湿地—饱和流湿地”的组合工艺路线。项目工艺流程图如图1所示，主要包括进水布水段、硝化段、脱磷段、沉淀段、反硝化段5个功能步骤：1）进水布水段是项目地势的最高点，利用污水厂尾水排放口的原有动力，把尾水提升到调节池，通过自动布水系统，把尾水分配到垂直流湿地。2）硝化段由20个并联的垂直流湿地滤床单元（编号A-T）组成，根据地势高低的不同分为3个级别，包括第1级4个单元（A-D）、第2级7个单元（编号E-K）、第3级9个单元（编号L-T）。3）脱磷段为应急调磷装置，通过添加铝盐和钙盐应急除磷。4）沉淀段设有的深水区具有最优的磷沉淀效果；从深水区流出的水在表面流湿地得到复氧，并通过种植的挺水植物实现悬浮物的进一步沉淀。5）反硝化段由两个饱和流湿地处理单元组成，各单元采用“丰”字形结构，在有限的面积内形成最长的水流路径，防止短流的发生。饱和流湿地的进水端设有碳源添加系统。项目设计水质指标见表1。

二.湿地净化效率

2015—2023年常熟新材料产业园尾水提标项目运行期间进出水污染物浓度的监测数据显示（图3）：尾水经过湿地净化，项目出水的主要指标稳定优于《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅳ类水标准，其中NH₃-N和TP浓度优于地表Ⅲ类水标准（GB3838-2002）。湿地对NH₃-N和TN的最高年平均去除率分别为91.38%和87.55%，湿地出水COD_Cr、NH₃-N、TN、TP的年平均浓度分别低于25mg/L、0.7mg/L、1.5mg/L、0.04mg/L。

三、垂直流湿地硝化作用效率

垂直流湿地为项目核心处理工艺段，2015—2016年开展了不同运行工况、不同温度的垂直流湿地硝化作用效率研究(表2）。从表2可知，垂直流湿地的主要功能为硝化作用（效率为0.820），反硝化作用（效率为0.284）相比明显较弱；而当滤床满水运行时，同时具备一定的反硝化作用，反硝化作用效率约为0.5。可见，对于硝化效率的重要影响因素是滤床内部运行水位的控制，滤床放空运行条件是增加硝化作用效率的有效方法，而控制滤床满水位，垂直流湿地可以起到一定的总氮去除作用，此时滤床可同时实现硝化和部分反硝化作用。表3为不同温度、相同滤床水深条件的硝化效率对比研究，在温度14℃、20℃、42℃的情况下，温度对于硝化作用的影响不明显。

四、尾水提标湿地固碳效果

2023年6月对垂直流湿地和长江边自然湿地芦苇采样分析表明：垂直流湿地内的芦苇生长平均高度可达4.8m，比长江边芦苇平均高1m；垂直流湿地内芦苇茎粗可达2cm，比长江边自然区芦苇平均粗1cm。垂直流湿地与自然区湿地碳储量分析结果如表4所示。尾水提标湿地面积5.9万m^2，单位面积固碳量为24.09kgCO₂，项目每年可产生生态碳汇固碳量1419tCO₂，是自然湿地芦苇生态碳汇量的2.1倍，对园区实现碳中和具有非常重要的意义（表4）。

五、尾水提标湿地与自然湿地的固碳效益对比

本研究垂直流湿地芦苇地上部分含碳量为1.68kgC/m²，远高于长江边自然湿地芦苇地上部分含碳量（0.78kgC/m²）。当前对于人工湿地碳汇量研究鲜有报道，研究对象主要为自然湿地。结果表明：垂直流湿地芦苇含碳量较自然湿地具有显著优势，其原因在于：1）长江水质为地表II类水，水位不稳定，长江边自然湿地相对于尾水湿地，获得的营养物质较少，生长环境不稳定；而尾水为劣Ⅴ类水，含有更多营养盐，项目每天持续处理尾水，同时进水的有效控制以及滤床布水集水系统的合理布置，使尾水被均匀地分配到各个垂直流滤床单元，所有植物均能持续、均匀得到营养；2）垂直流湿地多单元间歇布水运行，休床阶段空气更容易进入滤床内的空隙，促进了湿地植物和微生物的呼吸作用；3）滤床内部构建的固定床生物反应系统，滤料及根系微生物丰富，微生物膜能够将难降解有机物转化为小分子得以供植物利用。垂直流湿地固碳能力机理研究以及增汇技术有待进一步探究。

结语

尾水人工湿地在各地逐步推广应用，为促进尾水提标湿地技术的发展及应用，不断提高尾水人工湿地的净化效益和综合效益，建议：1）对于本案例继续研究其长期运行效果，不断总结经验，为相关指南和标准的完善提供理论依据；

2）增加既去污又增加碳汇的湿地，充分发挥湿地的综合效应，并加强碳汇监测，与其他湿地做出科学对比；

3）加强生物多样性监测和评估，积累尾水湿地生物多样性数据。