許高鵬

(中國電建集團(tuán)裝備研究院有限公司，上海 200010)

人工濕地是指為處理污水人為的利用土地、填料及植物組成獨特的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)[1]，污水在床體的填料或者床體表面流動，同時在床體表面生長耐水性植物，通過植物的生長過程吸收氮、磷等營養(yǎng)元素，填料吸附各種污染物以及系統(tǒng)中微生物降解各種有機(jī)物的共同作用[2]，將污水進(jìn)行強(qiáng)化降解處理。

云南某造紙廠污水根據(jù)《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB3544-2008)要求尾水排放到水體中，最終流入瀘江河。瀘江河屬珠江水系，按珠江水系退水要求，2020年所有排入珠江的水要達(dá)到Ⅳ類水質(zhì)要求，2030年要達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)要求。為滿足環(huán)保和水務(wù)部門對廢水排放和退水日益強(qiáng)化的要求，因此有必要在現(xiàn)有廢水處理的基礎(chǔ)上，對造紙尾水進(jìn)行深度凈化處理，實現(xiàn)水質(zhì)提升。人工濕地具有建設(shè)投資費用低、后期運行成本低、能耗低以及管理維護(hù)方便等[3]優(yōu)點，在有閑置空地可利用的情況下，非常適合作為污水水質(zhì)提升處理的首選。

目前，該造紙廠兩條生產(chǎn)線主要用于商品卷煙用紙的生產(chǎn)，主要的造紙廢水為造紙白水，其廢水中含有大量細(xì)小植物纖維以及輕質(zhì)碳酸鈣，造成其尾水中也含有大量SS物質(zhì)。該廠區(qū)西南側(cè)有部分閑置低洼區(qū)域，因此擬利用該地形建造處理量4 000 m3/d的人工濕地處理系統(tǒng)對現(xiàn)有尾水進(jìn)行深度處理，該項目于2019年3月竣工，經(jīng)過6個月的穩(wěn)定運行后，在2019年10月水質(zhì)提升至地表Ⅳ類水質(zhì)要求，后期又經(jīng)過調(diào)試運行，補(bǔ)種水生生物塘的沉水植物，至2020年2月份建立完整的食物鏈系統(tǒng)，目前出水穩(wěn)定達(dá)到地表Ⅲ類水質(zhì)要求，為我國造紙尾水水質(zhì)提升提供了一定的借鑒意義。

1 造紙尾水處理工藝

造紙尾水水質(zhì)提升處理工藝如圖1所示。

圖1 造紙尾水水質(zhì)提升處理工藝

2 工藝設(shè)計參數(shù)

該項目濕地系統(tǒng)設(shè)計流量為4 000 m3/d，造紙污水二級生化處理廠進(jìn)水水質(zhì)情況為CODcr平均進(jìn)水質(zhì)量濃度為73.40 mg/L，BOD5平均進(jìn)水質(zhì)量濃度為16.30 mg/L，NH4-N+平均進(jìn)水質(zhì)量濃度為5.9 mg/L。出水穩(wěn)定達(dá)到地表Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。各單元具體設(shè)計參數(shù)如下：

1) 調(diào)節(jié)池

共1座，規(guī)格22 m×16.0 m×4.3 m，總有效容積1 408 m3；水力停留時間為8.4 h。

2) 初沉池

共1座，規(guī)格8.60 m×4.0 m×4.3 m，總有效容積138 m3；表面水力負(fù)荷1.2 m3/(m2·h)

3) 表流人工濕地

表流人工濕地共3級，其中一級規(guī)格為(長×寬×高，下同)228 m×100 m×0.5 m，二級規(guī)格為171 m×100 m×0.5 m，三級規(guī)格為171 m×100 m×0.5 m，串聯(lián)，總有效面積為57 000 m3；水力負(fù)荷0.07 m3/(m2·d)，水力停留時間為4.27 d。濕地內(nèi)進(jìn)行分格分區(qū)，防止短流，為便于植物生長管理，長寬比控制為2.5。采用厚度1.0 mm的HDPE復(fù)合土工布，其下鋪設(shè)600 g/m3土工布保護(hù)層做防滲處理，防滲膜上鋪設(shè)土工布保護(hù)層，上鋪設(shè)種植土，厚度≥400 mm。

4) 水生生物塘

水生生物塘的水域面積為13 500 m2，有效水深為1.5 m，有效容積為20 250 m3，水力停留時間為5.1 d。防滲處理同表流人工濕地。增氧曝氣為太陽能曝氣機(jī)，設(shè)計功率為1.21 kW/1 000 m2水域，合計15臺，備用2臺。

5) 潛流人工濕地

潛流人工濕地規(guī)格為180 m×50 m×1.5 m(長×寬×高)，有效水深1.3 m，總有效面積為9 000 m3；水力負(fù)荷0.443/(m2·d)，水力停留時間為4.27 d。濕地內(nèi)進(jìn)行分格分區(qū)，防止短流，同時便于植物生長管理，長寬比控制為2.5。防滲處理同表流人工濕地。

潛流人工濕地的填料粒徑為8 mm～16 mm，從上到下分別為覆蓋層200 mm，粒徑8 mm～16 mm礫石、濾料層800 mm，粒徑為5 mm～10 mm填料、過渡層3 mm采用格網(wǎng)、排水層8 mm～16 mm礫石。其中，覆蓋層主要為防止水流沖刷，填料層為主要生化反應(yīng)區(qū)降低污染物濃度，過渡層起到阻隔上層填料位移堵塞排水層的作用。

6) 污泥脫水裝置

采用板框壓濾機(jī)，過濾面積為40 m2，電機(jī)功率2.2 kW。

7) 各單元水生植物配置

水生植物是食物鏈的起點，同時能夠改善生態(tài)環(huán)境，為微生物和動物提供棲息、生存和繁衍提供條件[4]，本項目建設(shè)地位于云南，因此選用當(dāng)?shù)鼐哂袃?yōu)勢的水生植物物種用于人工濕地凈化處理中，并且根據(jù)各單元處理目標(biāo)和水位生長條件的不同進(jìn)行篩選，其中，表流人工濕地主要以蘆葦、鳶尾、再力花、菖蒲、梭魚草為主，水生生物塘主要以苦草、金魚藻、黑藻為主，并輔以睡蓮、荷花和生態(tài)浮床。生態(tài)浮床主要以銅錢草為主。潛流人工濕地主要以鳶尾、菖蒲、梭魚草、千屈菜為主，具體設(shè)計參數(shù)如表1。

表1 各單元水生植物配置參數(shù)

3 結(jié)果及討論

3.1 污染物的去除分析

在各個單元進(jìn)出水處進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測，監(jiān)測項目為CODcr、BOD5、NH4-N+、TP以及pH，自2019年3月竣工試運行開始，連續(xù)11個月，出水穩(wěn)定達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)要求，檢測頻次為每月1次，各單元的平均進(jìn)出水水質(zhì)如第237頁表2。

3.2 污染物減排量核算分析

造紙尾水按照《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB3544-2008)標(biāo)準(zhǔn)要求以及污水站排放水質(zhì)為根據(jù)，進(jìn)行水質(zhì)參數(shù)設(shè)計，其中，造紙尾水的化學(xué)需氧量(CODcr)在深度處理前的監(jiān)測范圍為43 mg/L～75 mg/L，均值為55.34 mg/L；五日生化需氧量(BOD5)在深度處理前的監(jiān)測范圍為17 mg/L～35 mg/L，均值為28.62 mg/L；氨氮在深度處理前的監(jiān)測范圍為6.52 mg/L～9.5 mg/L，均值為7.36 mg/L；總磷在深度處理前的監(jiān)測范圍為2.32 mg/L～3.52 mg/L，均值為2.91 mg/L，經(jīng)過初沉池→三級表流人工濕地→水生生物塘→潛流人工濕地工藝處理后，各單元處理效果見表2，其最終出水水質(zhì)能夠滿足地表Ⅳ類水質(zhì)要求。經(jīng)計算分析其最終的污染物消減量分別為：CODcr60 t/a、BOD536.56 t/a、氨氮13.40 t/a、總磷4.15 t/a。

3.3 工程造價及運行費用

云南某廢紙造紙尾水水質(zhì)提升治理工程設(shè)計處理規(guī)模為4 000 m3/d, 總投資289萬元, 每噸水工程投資在722.5元。具體如表3。

表2 各單元的平均進(jìn)出水水質(zhì)

表3 項目工程造價及運行費用

日運行費用主要為水生生物塘中增氧曝氣的電費，本工程裝機(jī)容量合計16.5 kw,每天開啟頻次為3次，每次1 h，當(dāng)?shù)仉娰M按照0.50元計算，日運行費用為0.005 6元/t水，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

4 結(jié)語

采用“表流人工濕地+水生生物塘+潛流人工濕地”工藝對造紙尾水進(jìn)行深度處理，通過微生物+水生植物協(xié)同互作形成得生境共同作用下，對尾水進(jìn)一步處理，在平均進(jìn)水CODcr55.34 mg/L、BOD528.62 mg/L、氨氮8.36 mg/L、總磷2.91 mg/L的情況下，去除效率分別為74.26%、88.60%、97.56%、97.59%，出水能夠穩(wěn)定達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)Ⅲ類水的要求，具有投資造價低、運行費用低、出水水質(zhì)穩(wěn)定等特點。