王　冰，劉東林，田光輝，夏雨波，宗振海，蔡　蕓

(1.天津地熱勘查開發(fā)設(shè)計院，天津 300250；2.中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津 300170)

?

復合人工濕地處理天津地熱溫泉棄水探析

王冰1，劉東林1，田光輝1，夏雨波2，宗振海1，蔡蕓1

(1.天津地熱勘查開發(fā)設(shè)計院，天津 300250；2.中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津 300170)

[摘要]天津市的地熱溫泉旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，然而地熱溫泉棄水的大量直接排放，對周邊環(huán)境造成了影響。針對天津市地熱溫泉棄水的問題，構(gòu)建復合人工濕地系統(tǒng)，在凈化溫泉棄水的同時，建立與溫泉景觀相融的水環(huán)境，凈化后出水可以用于農(nóng)業(yè)灌溉和景觀綠化，實現(xiàn)環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和社會效益最大化。根據(jù)天津地熱溫泉棄水的水質(zhì)特點，制定了相對應的處理工藝，并預測了污水的處理程度，為天津市溫泉棄水資源化利用和保護水資源提供新思路。

[關(guān)鍵詞]復合人工濕地；地熱；溫泉棄水；資源化

天津市蘊藏著豐富的中低溫地熱資源，地熱資源已成為天津經(jīng)濟發(fā)展和改善城市環(huán)境質(zhì)量不可多得的清潔能源。由于地熱水中含有多種對人體有益的礦物成分，使其具有獨特的療養(yǎng)功能，日益受到人們的青睞[1-3]。近年來，天津市的溫泉旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛。目前，天津市共有八家溫泉旅游單位，其中具有一定規(guī)模的主要有靜海團泊湖溫泉酒店、光河谷、寶坻溫泉城、龍達溫泉城、東麗湖溫泉歡樂谷等，溫泉旅游設(shè)施建筑面積約21萬 m2，全市溫泉洗浴約1 104萬人次/年，每年溫泉洗浴的地熱棄水近200萬 m3。因為各溫泉旅游單位基本無污水處理設(shè)施，大量未經(jīng)處理的洗浴污水直接排入地表河道或市政管網(wǎng)，造成附近地區(qū)的水污染和土壤污染，產(chǎn)生了一定的環(huán)境問題，長此以往將影響人民健康和溫泉旅游業(yè)發(fā)展。

目前，人工濕地系統(tǒng)主要應用于處理常規(guī)污水(生活污水、工業(yè)污水等)，在處理地熱溫泉洗浴廢水方面的研究較少[4-6]。針對天津市地熱溫泉棄水的問題，通過構(gòu)建復合人工濕地系統(tǒng)，在凈化溫泉棄水的同時，建立與溫泉景觀相融的水環(huán)境，凈化后出水可用于農(nóng)業(yè)灌溉和景觀綠化，實現(xiàn)環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和社會效益最大化。通過開展溫泉棄水的回收利用建設(shè)，提高水資源的利用率，緩解水資源危機的問題，為天津市溫泉棄水資源化利用提供新思路，并為美麗天津建設(shè)做出貢獻。

1人工濕地簡介

人工濕地是一種人工生態(tài)系統(tǒng)，它是由人工進行建造并控制的，在濕地填料的基礎(chǔ)上種植特定的濕地植物，對自然濕地進行模擬，進而形成人工濕地生態(tài)系統(tǒng)。人工濕地生態(tài)系統(tǒng)能夠利用基質(zhì)-微生物-植物這個復合生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學和生物的協(xié)調(diào)作用，通過過濾、吸附、沉淀、離子交換、微生物同化分解和植物吸收等途徑，在實現(xiàn)對污水凈化的同時，能夠維持植物多樣性并構(gòu)成景觀的一部分，實現(xiàn)廢水的資源化與無害化，產(chǎn)生良好的環(huán)境效益。人工濕地具有投資低、耗能少、操作簡單、運行成本低等優(yōu)點[7-9]。

人工濕地按水流流態(tài)可分為水平流濕地、垂直流濕地；按構(gòu)造可分為表面流濕地、潛流人工濕地。復合人工濕地是在人為控制下，根據(jù)實際需求并考慮人工濕地的流態(tài)、構(gòu)造等因素，選用多種形態(tài)的人工濕地構(gòu)建成的復合人工濕地系統(tǒng)。復合人工濕地具有出水穩(wěn)定、處理效果好、氮磷去除能力強、運轉(zhuǎn)維護管理方便、工程基建與運行費用低以及對負荷變化適應能力強等特點，比較適合規(guī)模較小的溫泉旅游單位。

2地熱溫泉棄水的水質(zhì)分析

2.1地熱溫泉棄水的水質(zhì)

洗浴廢水具有水量大、污染輕和水質(zhì)穩(wěn)定等特點，地熱溫泉棄水除了具有普通洗浴廢水的特點，還具有尾水溫度高、含氟量高和總礦化度高等特點。表1為天津市某溫泉旅游區(qū)的地熱溫泉棄水(代號為1)水質(zhì)檢測結(jié)果，可知：1號溫泉棄水的pH值為8.40，總礦化度為1 704.8 mg/L，總堿度為410.4 mg/L。按照舒卡列夫分類法，水化學類型為HCO3·Cl-Na型。經(jīng)評價，1號溫泉棄水具有輕微腐蝕性，不會生成碳酸鈣垢、硫酸鹽和硅酸鹽垢。由于受技術(shù)條件和取樣方法限制，部分指標未測得，根據(jù)類似溫泉棄水的水質(zhì)推測1號溫泉棄水的部分污染物指標如下：懸浮物(SS)≤200 mg/L，動植物油≤20 mg/L，陰離子表面活性劑(LAS)≤5 mg/L，糞大腸菌群數(shù)≤104 個/L，BOD5≤100 mg/L[10]。

表1　1號溫泉棄水各元素含量表

(注：實測數(shù)據(jù)；桶狀液體；分析單位：天津市地質(zhì)礦產(chǎn)測試中心；檢測依據(jù)：DZ/T0064-1993、GB/T8538-2008、GB7466～7494-1987；主要儀器：AA6800原子吸收儀、722RS分光光度計、752N紫外分光光度計、ICP等離子體發(fā)射光譜儀)

2.2地熱流體使用標準

地熱流體應用于農(nóng)業(yè)應用及循環(huán)利用等領(lǐng)域，需要達到一定的標準。水體的農(nóng)業(yè)應用及排放標準見表2。參照表2可知，1號溫泉棄水中的氟化物和總礦化度含量高于標準。

3溫泉棄水處理工藝選擇

根據(jù)1號溫泉棄水的水質(zhì)，采用生物強化沉淀+曝氣+復合人工濕地相結(jié)合的污水處理工藝流程，見圖1。工程主要由預處理系統(tǒng)和復合濕地系統(tǒng)兩部分組成。其中預處理系統(tǒng)包括格柵、生物強化沉淀池、石灰沉淀池和曝氣池；復合濕地系統(tǒng)包括垂直流濕地、水平流濕地和表層流濕地。利用濕地中的基質(zhì)、微生物、植物的綜合作用進行凈化，降低各類污染物的濃度，使凈化后的水能夠用于農(nóng)業(yè)灌溉或綠化用水。工藝的主要結(jié)構(gòu)功能見圖1。

圖1　溫泉棄水處理工藝流程圖

3.1生物強化沉淀池

通過格柵去除漂浮雜物后的污水進入生物強化沉淀池，生物強化沉淀池的水流方式采用平流式。在生物強化沉淀池中，上層為水生植物，下層布設(shè)填料，通過吸附、生物助凝沉淀等機制去除水體中的細顆粒及膠體狀SS，澄清水質(zhì)；生物強化沉淀池提供了較大的生物基質(zhì)和人工基質(zhì)表面積，在水體富氧條件下通過接觸氧化分解有機污染物，促進有機氮的氨化和氨氮的硝化。最終通過水生植物收獲和沉淀污泥的定期清理將系統(tǒng)中積累的氮、磷、有機污染物去除，保持系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定的功能。水生植物采用常綠漂浮植物(如大薸)。

3.2石灰沉淀池

采用石灰沉淀池對生物強化沉淀池出水進行處理，去除一部分氟、無機鹽類及重金屬離子。石灰沉淀池的主體結(jié)構(gòu)為池體、加藥區(qū)和沉淀區(qū)。廢水進入石灰沉淀池，通過化學作用和物理作用實現(xiàn)對廢水中的氟、無機鹽類進行去除，定期投入生石灰，將系統(tǒng)中積累的污染物去除，保持系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定的功能[11]。

3.3跌水曝氣池

經(jīng)過生物強化沉淀池和石灰沉淀池的污水中溶解氧含量很低，為了增加后續(xù)濕地系統(tǒng)的溶解氧濃度，提高其處理效果，有必要對石灰沉淀池的出水進行跌水曝氣。通過出水的復氧，為后續(xù)濕地創(chuàng)造較好的氧化環(huán)境。

3.4垂直流濕地

經(jīng)過預處理工藝系統(tǒng)之后，污水中的顆粒污染物大部分被去除。在垂直流濕地種植凈化能力較強的多年生濕生植物，形成一定的有氧環(huán)境，繼續(xù)完成凈化過程；水流在填料床中自下向上流動，在填料表面形成生物膜，去除污水中的有機物和氨氮[12]。植物可選用水葫蘆、菖蒲、睡蓮、蘆葦?shù)?，其中水葫蘆和蘆葦?shù)某Ч^好。

3.5水平流濕地

水平流濕地主要由池體、填料、布水系統(tǒng)和植物等構(gòu)成。污水從一端進入，經(jīng)過布水系統(tǒng)均勻進入填料基質(zhì)中，可以充分利用填料表面生長的生物膜、植物的根系及填料的截留等作用，降低BOD、COD等有機物濃度，并且達到較好的脫氮除磷效果[13]。至此，污水中的各類污染物的濃度去除效果良好，水質(zhì)得到了很好的凈化，感官指標可以達到景觀用水要求。植物可選用美人蕉、馬蹄蓮、西伯利亞鶯尾、菖蒲、傘竹、中山杉、垂柳等濕生植物。

3.6表面流濕地

表面流濕地，類似于自然濕地，水位較淺。污水從濕地表面流過，濕地與污水大面積的接觸，具有較長的污水停留時間，對懸浮物、有機質(zhì)的去除效果較好。垂直流濕地的出水經(jīng)過表面流濕地單元，各類污染物進一步去除，可以達到凈化目的，用于灌溉或直接排放。植物可選用蘆葦、水杉、河柳、慈姑、河藕等濕生植物。

表2　水體的農(nóng)業(yè)應用及排放標準

4溫泉棄水處理程度

地熱溫泉棄水經(jīng)過復合人工濕地處理，預測可達到以下處理程度，見表3。

表3　溫泉棄水處理程度表

5結(jié)語

(1)復合人工濕地作為污水凈化處理的典型代表，在地熱溫泉棄水的資源化處理中技術(shù)可行。

(2)復合人工濕地具有運行成本低、操作簡單、易于維護等優(yōu)點，并能充分發(fā)揮水資源的生產(chǎn)潛力，與周圍景觀相融合，適用于溫泉度假旅游區(qū)，能夠產(chǎn)生較高的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益，具有良好的發(fā)展前景。

(3)復合人工濕地是個復雜的水處理生態(tài)系統(tǒng)，本文只是探討了復合人工濕地處理地熱溫泉棄水的可行性，若要付諸實踐，應綜合考慮環(huán)境地理條件，進行凈化機理研究、凈化植物選擇、運行參數(shù)確定和運行維護等工作。因此今后還要深入地開展研究工作，促進其在地熱溫泉棄水資源化方面的發(fā)展。

參考文獻

[1]林黎，趙蘇民，王心義. 天津地熱水開發(fā)利用狀況及保護對策研究[J].河南理工大學學報：自然科學版.2006,25(2):105-110.

[2]劉杰，宋美鈺，田光輝. 天津地熱資源開發(fā)利用現(xiàn)狀及可持續(xù)開發(fā)利用建議[J]. 地質(zhì)調(diào)查與研究.2012,35(1):67-73.

[3]關(guān)鋅. 我國地熱資源開發(fā)利用現(xiàn)狀及對策與建議[J].中國礦業(yè).2010，19(5)：7-9.

[4]孫國鼐，馬靜，湯萌萌. 人工濕地技術(shù)在生活污水處理中的應用研究[J].北方環(huán)境.2013，25(11)：78-82.

[5]陳蓉，劉樹元，邱川，等. 人工濕地處理生活污水的凈化機理及影響因素[J]. 廣東化工.2013，40(262)：141-142.

[6]鄭毅，陳景賽. 人工濕地在工業(yè)園區(qū)污水處理中的應用淺析[J]. 科技&向?qū)?2014，5：,46.

[7]梁繼東，周啟星，孫鐵珩，等. 人工濕地污水處理系統(tǒng)研究及性能改進分析[J]. 生態(tài)學雜志.2003，22(2)：49-55.

[8]劉淑芳. 人工濕地處理污水技術(shù)的應用[J]. 科技情報開發(fā)與經(jīng)濟.2008，18(24)：203-204.

[9]龔帆，王文成，趙吉剛. 人工濕地污水處理技術(shù)綜述[J]. 上海船舶運輸科學研究所學報.2013,36(4):15-19.

[10]路學軍，潘繼征. 人工濕地方法處理溫泉旅游度假區(qū)洗浴廢水的探討[J]. 內(nèi)蒙古環(huán)境科學.2009,21(1):50-55.

[11]蔡義漢. 地熱直接利用[M]. 天津大學出版社.2004.

[12]李麗，王全金，胡常福，等. 潛流與復合垂直人工濕地處理村鎮(zhèn)生活污水試驗[J]. 工業(yè)水處理.2014，34(1)：33-36.

[13]徐漢，劉強，龍婉婉，等. 水平潛流和垂直流人工濕地對生活污水凈化效果的比較研究[J]. 井岡山大學學報：自然科學版.2013，34(5)：31-35.

Analysis on Geothermal Hot Springs Wastewater Treatment with Composite Artificial Wetland in Tianjin

WANGBing1，LIU Dong-lin1，TIAN Guang-hui1，XIA Yu-bo2，ZONG Zhen-hai1，CAIYun1

(1.Tianjin Geothermal Exploration and Development- Designing Institute, Tianjin 300250；2. China Geological Survey, Tianjin Geological Survey Center, Tianjin 300170)

Abstract:The geothermal hot springs tourism of Tianjin developed rapidly, but a large number of geothermal hot spring wastewater discharged directly which had an impact on the surrounding environment. For Tianjin geothermal hot spring wastewater issues, we built composite artificial wetland system, in which the hot spring wastewater could be purified while building water environment blending with the landscape. The purified water can be used for agricultural irrigation and landscaping, that will produce maximal environmental, economic and social benefits. According to characteristics of Tianjin geothermal hot spring wastewater, we developed a corresponding treatment process, and predicted the extent of wastewater treatment. These will provide new ideas for hot spring wastewater resources utilization and water resources protection in Tianjin.

Key words:Composite artificial wetland；Geothermal；Hot spring wastewater and Resources

[中圖分類號]P314.1

[文獻標識碼]A

[文章編號]1004-1184(2016)02-0058-03

[作者簡介]王冰(1985-)，女，遼寧本溪人，工程師，主要從事水文地質(zhì)與地熱勘查研究工作。

[收稿日期]2015-10-28